780MPa級低屈強比建筑結構用鋼組織調(diào)控與工藝開發(fā).pdf

1、隨著我國建筑鋼結構的快速發(fā)展，為克服因擴大用鋼量而導致的資源、環(huán)境、能源等問題，建筑用鋼的升級換代迫在眉睫。因此，急需開發(fā)出高性能、易焊接、低成本綠色化的建筑結構用鋼，并形成自主創(chuàng)新的工藝技術，以滿足持續(xù)旺盛的市場需求。
　　本文針對780MPa級低屈強比建筑用鋼，通過從鐵素體/珠光體組織(Q235～Q460級別)向非平衡貝氏體/馬氏體組織的控制，在提高強度的同時，改善屈強比、韌塑性等綜合力學性能。本研究以相變控制獲得適當復相組織

2、為手段，以NG-TMCP技術及亞溫熱處理技術為工藝路徑，以開發(fā)780MPa級低屈強比建筑用鋼的新型生產(chǎn)工藝為目的，開展的創(chuàng)新性工作及主要結果如下:
　　(1)基于連續(xù)冷卻條件下過冷奧氏體的組織演變行為與特征，提出了“控軋+弛豫+超快冷”的780MPa級低屈強比建筑用鋼新型生產(chǎn)工藝。
　　貝氏體相變孕育期隨變形量的增大而縮短，CCT曲線上移。在奧氏體未再結晶區(qū)內(nèi)，降低變形溫度有利于新相的形成及晶粒的細化。隨連續(xù)冷卻速率的提高，

3、組織演變總體趨勢為:PF+GS/GB→GS/GB→GS/GB+LB→LB，并且貝氏體相變起始溫度呈降低趨勢，組織結構向亞單元更加精細的板條結構轉(zhuǎn)變，硬度相應增大。增大變形量或降低變形溫度有利于M-A島的生成與組織細化，其形貌向不規(guī)則形狀或圓粒狀發(fā)展，分布狀態(tài)的有序度降低。貝氏體鐵素體和M-A島的形成由貧碳區(qū)和富碳區(qū)特征所決定，基于此創(chuàng)新性地提出780MPa級低屈強比建筑用鋼的“控軋+弛豫+超快冷”新型生產(chǎn)工藝。
　　(2)利用熱力

4、模擬實驗機，研究了HOP與“控軋+弛豫+超快冷”新工藝下的組織演變行為，確定了組織調(diào)控的原則，并深入地分析討論了M-A島硬質(zhì)第二相的影響因素。
　　HOP工藝的組織調(diào)控要點在于:通過終冷溫度與保溫時間調(diào)節(jié)貝氏體的轉(zhuǎn)變量;高速率的在線回火加熱制度有利于獲得高密度的位錯及細小彌散的析出，促進小尺寸M-A島的大量生成?！翱剀?弛豫+超快冷”工藝的組織調(diào)控要點在于:降低終冷溫度，組織向板條亞結構轉(zhuǎn)變，M-A島含量先增大后減小;提高冷卻速率

5、有利于板條貝氏體鐵素體的生成，M-A島含量下降，有效晶粒尺寸減小;提高終道次變形溫度或減小變形量，貝氏體鐵素體板條束排布的有序度增大，易于原奧氏體晶界的顯現(xiàn)。弛豫處理有利于形成較大區(qū)域的貧碳區(qū)與富碳區(qū)，促進了貝氏體鐵素體與M-A島的形成，易于獲得低屈強比復相組織。弛豫后采用高冷卻速率，避免了亞結構的過度粗化，有利于組織的強韌化。
　　(3)針對“控軋+弛豫+超快冷”新型工藝，通過熱軋實驗建立了“工藝控制參數(shù)—顯微組織—綜合力學性能

6、”之間的關系，并對M-A島的形成及特征、屈強比的控制等目前認識尚不完全而需進一步深入研究的關鍵問題進行了討論。
　　基于“控軋+弛豫+超快冷”新型工藝路線，獲得的12mm、20mm、40mm典型厚度規(guī)格的實驗鋼，其力學性能滿足780MPa級低屈強比建筑用鋼的標準要求。超快速冷卻技術的應用，通過增大化學勢的起伏進而提高了相變驅(qū)動力，有利于增強相變強化作用，晶粒及亞結構更加細小、均勻。針對于厚規(guī)格(40mm)鋼板，超快速冷卻條件下，其

7、心部在近似于連續(xù)冷卻的過程中易于M-A島的形成，最終獲得了以貝氏體鐵素體為基體，其上彌散分布尺寸不等、形狀不規(guī)則M-A島的復相組織;近表面的顯微組織則以板條貝氏體為主，少量的M-A島以粒狀貝氏體形式存在于組織中。超快速冷卻技術確保了厚規(guī)格鋼板的高強度、低屈強比性能。
　　(4)針對RQ-IQ-T與TMCP-IQ-T工藝，研究了工藝參數(shù)對顯微組織與力學性能的影響，分析討論了IQ對屈強比以及沖擊斷裂行為的影響機制。
　　RQ-I

8、Q-T工藝獲得的顯微組織由條狀鐵素體與回火馬氏體構成，在780℃保溫30min的亞溫淬火條件下，綜合力學性能滿足780MPa級低屈強比建筑用鋼的要求。TMCP-IQ-T工藝獲得的顯微組織由塊狀鐵素體與回火馬氏體組成，最佳亞溫淬火條件為780～800℃保溫30min。逆轉(zhuǎn)奧氏體的形成是IQ工藝重要特征，以長島狀或薄膜狀分布在板條邊界上，與基體滿足K-S取向關系。沖擊裂紋在條狀鐵素體中沿長軸和相邊界或剪切條狀鐵素體進行擴展;在塊狀鐵素體中主

9、要以穿晶方式進行擴展。條狀鐵素體與回火馬氏體雙相組織具有較高的大角度晶界百分數(shù)，對裂紋擴展具有較大的阻礙作用。
　　(5)針對典型的不同性能實驗鋼，首次研究了顯微組織、力學性能、應變時效、低周疲勞之間的關系，分析討論了抗震性能的主要影響因素及其相互協(xié)同作用。
　　應變時效過程中，固溶間隙溶質(zhì)原子通過柯氏氣團釘扎位錯，導致強度與硬度升高，塑性與韌性降低。低周疲勞壽命主要由塑性所決定，同時也與強度有關。在4％與6％的大應變幅循環(huán)