Die Einflussfaktoren der Eigenschaften von mikrolegierten hochfesten Stäben der Güteklasse VN mit 500 MPa

Der Einfluss des Stickstoffgehalts auf die mechanischen Eigenschaften von mikrolegierten hochfesten Stäben aus VN-Stahl mit 500 MPa wurde durch Produktionstests untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass der Stickstoffgehalt von 81 ppm auf 269 ppm anstieg, sich die Korngröße der Stahlstäbe nicht signifikant änderte und die Streckgrenze der Stahlstäbe von 526 MPa auf 607 MPa anstieg. Die Streckgrenze erhöhte sich um 15.4 %; die Zugfestigkeit stieg von 678 MPa auf 738 MPa und die Zugfestigkeit stieg um 8.8 %; das Festigkeit-Strecken-Verhältnis verringerte sich von 1.29 auf 1.22. Die Verstärkungswirkung von Stickstoff in VN-mikrolegierten hochfesten Stäben ist hauptsächlich eine Ausscheidungsverstärkung, und die Ausscheidungsverstärkung ist der Hauptgrund für die Abnahme des Festigkeits-Streckgrenzen-Verhältnisses von VN-Stahlstäben.

Einleitung

Im Januar 2012 haben das Ministerium für Wohnungsbau und Stadt-Land-Entwicklung und das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie gemeinsam ein Dokument herausgegeben, das Leitlinien zur Beschleunigung der Anwendung von hochfesten Stäben vorschlägt: Bis Ende 2015 wird die Produktion von hochfesten 80 % der gesamten Bewehrungsstahlproduktion entfielen auf hochfeste Stäbe. Für große Hochhäuser und öffentliche Gebäude mit großen Spannweiten wird 500 MPa bevorzugter Bewehrungsstab verwendet. Mit den Anforderungen des wirtschaftlichen Bauens meines Landes steigt die Nachfrage nach hochfesten Stäben mit 500 MPa in Baukonstruktionen. Aufgrund der hohen Produktionsgeschwindigkeit von Stabstahl und der hohen Walztemperatur liegt die Walzendtemperatur in der Regel über 1000 ℃. Seine technologischen Eigenschaften bestimmen, dass das Legierungsdesign der Stabstähle für den Einsatz der Vanadium-Mikrolegierungstechnologie geeignet ist [1]. Die Stickstofferhöhung soll Vanadium erreichen. Die Hauptmethode zur Verstärkung von mikrolegierten Stäben ist förderlich, die Vanadiummenge zu reduzieren und Vanadiumressourcen zu schonen [2-4]. Die VN-Mikrolegierungstechnologie hat sich als Mainstream-Produktionstechnologie für die Entwicklung hochfester schweißbarer Stahlstangen im In- und Ausland bewährt. Eine Vielzahl von Studien hat gezeigt [1-9], dass die VN-Mikrolegierungstechnologie hauptsächlich auf der Erhöhung des Stickstoffs beruht, um die Ausscheidung von Vanadium in Form von Vanadiumcarbid, Vanadiumnitrid oder Vanadiumcarbonitrid zu fördern, wodurch fein dispergierte Partikel der zweiten Phase gebildet werden eine starke ausscheidungsverstärkungswirkung Zur Erhöhung der Festigkeit von Stahl. Ein übermäßiger Stickstoffanstieg verursacht jedoch andere Leistungsmängel der Stahlstäbe, insbesondere den seismischen Leistungsindex des Stahlstabs. Der Einfluss des Stickstoffgehalts auf die mechanischen Eigenschaften der 500 MPa VN mikrolegierten Stahlstäbe wird durch Produktionstests untersucht. Analyse des Verstärkungsmechanismus von Stickstoff in mikrolegierten VN-Stahlstäben und des Einflusses von Stickstoff auf die Festigkeit und das Streckverhältnis von VN-mikrolegierten Stahlstäben, was die Entwicklung von VN-mikrolegierten hochfesten seismischen Stahlstäben ist.

Schaffen Sie eine Grundlage für die Produktion.

Testmaterialien und -methoden

Um hochfeste Stäbe mit einer konstanten Leistung von 500 MPa zu entwickeln, hat das Stahlwerk der Konzerngesellschaft nacheinander drei Arten von VN-mikrolegierten Stählen mit unterschiedlichem Stickstoffgehalt erschmolzen und den gleichen Herstellungsprozess für Betonstahl (natürliche Abkühlung nach dem Walzen) verwendet, um die Produktion zu testen von 500MPa Stahlstangen. Die drei Stähle werden mit 1#, 2#, 3# bezeichnet und ihre chemischen Hauptkomponenten sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Raffinieren von drei Stahlsorten mit unterschiedlichem Stickstoffgehalt und Stranggießen zu Knüppeln mit Spezifikationen von 150 mm × 150 mm × 6000 mm, Senden an das Stabwerk der Konzerngesellschaft, um zu Stahlstäben mit Spezifikationen von Φ 25 mm zu walzen, und Strecken der Stahlstabproben von 1 # , 2# und 3# In dem Experiment wurden die Streckgrenze bzw. Zugfestigkeit der drei Stähle getestet, das Festigkeits-Streckgrenzen-Verhältnis von 1#-, 2#- und 3#-Stahlstäben berechnet und die metallographische Struktur von die drei Stähle wurden beobachtet.

Entsprechend den Zugversuchsergebnissen von 1#-, 2#- und 3#-Stahlstäben ist die Kurve in Abbildung 1 dargestellt. Die Kurve in Abbildung 1 zeigt, dass mit steigendem Stickstoffgehalt die Streckgrenze und Zugfestigkeit der Stahlstäbe sequentiell erhöhen. Die Streckgrenze des 1#-Stahlstabs beträgt 526 MPa und die Zugfestigkeit beträgt 678 MPa; die Streckgrenze des 2#-Stahlstabs beträgt 553 MPa und die Zugfestigkeit beträgt 698 MPa; Die Streckgrenze des 3#-Stahlstabs beträgt 607 MPa und die Zugfestigkeit beträgt 738 MPa. Der Stickstoffgehalt stieg von 81 PPM auf 269 PPM, die Streckgrenze von Stahlstäben stieg von 526 MPa auf 607 MPa, eine Zunahme von 81 MPa, und die Streckgrenze erhöhte sich um 15.4 %; gleichzeitig stieg die Zugfestigkeit von 678 MPa auf 738 MPa mit einer Zunahme von 60 MPa und die Zunahme der Zugfestigkeit betrug 8.8 %.

Entsprechend den Streckgrenzen- und Zugfestigkeitswerten von 1#-, 2#- und 3#-Stahlstäben werden die Festigkeits-Streckgrenzen-Verhältnisse der drei jeweils berechnet und in die in Abbildung 2 gezeigte Kurve eingezeichnet. Die Kurve in Abbildung 2 zeigt, dass mit steigendem Stickstoffgehalt das Verhältnis von Festigkeit zu Streckgrenze der Stahlstäbe sukzessive abnimmt. Unter diesen betragen die Festigkeits-Streckgrenzen-Verhältnisse von 1#-, 2#- und 3#-Stahlstäben 1.29, 1.26 und 1.22 der Reihe nach.

Einfluss des Stickstoffgehalts auf die Korngröße von Stabstahl

Abbildung 3 zeigt die metallographische Mikrostruktur von 1#-, 2#- und 3#-Stahlstäben. Die detaillierten Informationen der drei metallographischen Mikrostrukturen sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2 listet die Phasenzusammensetzung und die Strukturkorngröße von 1#, 2#, 3# Stahlstäben auf. Die drei Stahlstrukturen sind Ferrit + Perlit, und die Ferritkorngröße 1# beträgt etwa 9 - 9.5, die Ferritkorngröße 2# beträgt etwa 9.5, die Ferritkorngröße 3# beträgt etwa 9-9.5. Die Daten in Tabelle 2 zeigen, dass sich mit der Zunahme des Stickstoffgehalts die Korngröße des Stabstahls nicht signifikant ändert oder dass die Zunahme des Stickstoffs keinen signifikanten Einfluss auf die Mikrostruktur des mikrolegierten VN-Stahlstabs hat.

Analyse und Diskussion

Analyse des Verstärkungsmechanismus von Stickstoff in 500 MPa mikrolegiertem VN-Stahl

Die Testergebnisse in diesem Artikel zeigen, dass der Stickstoffgehalt von mikrolegierten Stäben aus VN-Stahl mit 500 MPa von 81 PPM auf 269 PPM gestiegen ist und die Korngröße der Stäbe rund 9-9.5 beträgt. Das heißt, die Zunahme des Stickstoffs hat keine offensichtliche Auswirkung auf die Struktur von VN-mikrolegierten Stahlstäben. Gleichzeitig haben sich die Streckgrenze und Zugfestigkeit der Stäbe unterschiedlich stark erhöht, wobei die Streckgrenze um 81 MPa und die Zugfestigkeit um 60 MPa zugenommen hat. Gegenwärtig umfassen die wichtigsten Festigkeitstheorien von Stahlwerkstoffen die Mischkristallverstärkung, die Feinkornverstärkung, die Phasenänderungsverstärkung und die zweite Phasenverstärkung. Offensichtlich schließen die Testergebnisse in diesem Artikel den Effekt der Feinkornverstärkung eindeutig aus, während Mischkristallverstärkung und Phasenänderung Die Verstärkungseffekte wie die Verstärkung sind für die drei in diesem Artikel getesteten Stähle im Wesentlichen gleich, mit Ausnahme der Verstärkung des zweiten Phase. Eine Vielzahl von theoretischen Studien und Praktiken hat gezeigt, dass Stickstoff in vanadiumhaltigen mikrolegierten Stählen durch Vanadium fixiert wird, um Vanadiumnitrid zu bilden den Stahl durch den Wechselwirkungsmechanismus mit der Gleitversetzung, d. h. die Ausscheidungsverstärkungswirkung.

Einschlägige Studien haben gezeigt, dass eine Erhöhung des Stickstoffs die Ausfällung von Vanadium begünstigt. Das heißt, Stickstoff fördert die Ausfällung von Vanadium und erhöht den Volumenanteil der Teilchen der zweiten Phase. Die konsistenten Forschungsergebnisse zeigen, dass die Festigkeit des Stahls proportional zum Volumenanteil der Partikel der zweiten Phase von der Hälfte ist. Daher ist, wenn der Vanadiumgehalt ausreichend ist, die Stickstofferhöhung im VN-mikrolegierten Stahl tatsächlich Der Volumenanteil der Teilchen der zweiten Phase (Vanadiumnitrid, Vanadiumcarbonitrid) im Stahl wird erhöht, so dass die Wirkung der Ausscheidungsverstärkung stärker ist. Die Testergebnisse in diesem Papier zeigen, dass mit zunehmendem Stickstoffgehalt die Streckgrenze und Zugfestigkeit von VN-Stahlstäben der Güteklasse 500 MPa sequentiell ansteigen. Offensichtlich stimmen die Testergebnisse in dieser Arbeit mit den Ergebnissen verwandter theoretischer Studien überein.

Analyse des Einflusses von Stickstoff auf das Festigkeits-Streckgrenze-Verhältnis von 500 MPa mikrolegierten Stäben der Güte VN

Die Testergebnisse in dieser Arbeit zeigen, dass mit steigendem Stickstoffgehalt die Streckgrenze und Zugfestigkeit von VN-Mikrolegierungsstahlstäben nicht im gleichen Verhältnis ansteigen. Die Erhöhung der Streckgrenze beträgt 15.4 % und die Erhöhung der Zugfestigkeit beträgt 8.8 %. Gerade weil die Erhöhung der Streckgrenze größer ist als die Erhöhung der Zugfestigkeit, tritt das Phänomen auf, dass das Festigkeits-Streckgrenze-Verhältnis von Stahlstäben abnimmt.

Die Streckgrenze von Stahlwerkstoffen und der mikroskopische Kontrollmechanismus der Zugfestigkeit sind offensichtlich unterschiedlich. Die Streckgrenze wird hauptsächlich durch die großräumige Verschiebung von Versetzungen im Material gesteuert, während der Bruch hauptsächlich durch die Initiierung und Ausbreitung von Mikrorissen im Material gesteuert wird. . Daher betrachtet die Untersuchung der Materialausbeute hauptsächlich das Versetzungsverhalten im Material, während die Untersuchung des Materialbruchs hauptsächlich das Verhalten von Mikrorissen im Material berücksichtigt. Die Streckgrenze von Stahlwerkstoffen bezieht sich auf die Festigkeit, wenn die Versetzungsquelle im Material aktiviert wird und eine große Anzahl beweglicher Versetzungen rutscht, wodurch das Material nachgibt oder eine gewisse plastische Verformung erzeugt. Der Ausscheidungsverstärkungsmechanismus der Zweitphasenteilchen ist der Wechselwirkungsmechanismus zwischen den Zweitphasenteilchen und der Gleitversetzung. Dieser Wechselwirkungsmechanismus wird in den Cut-Through-Mechanismus und den Orowan-Mechanismus unterteilt, egal ob es sich um den Cut-Through-Mechanismus oder den Orowan-Mechanismus handelt Stahl. Die Zugfestigkeit von Stahlwerkstoffen hängt hauptsächlich mit der Bildung und Ausbreitung von Mikrorissen im Stahl zusammen. Die Bildung von Mikrorissen beinhaltet die Behinderung der Bewegung von Mikroversetzungen, die unweigerlich die Bildung und Ausbreitung von Mikrorissen behindert Expansion, wodurch die Zugfestigkeit von Stahl bis zu einem gewissen Grad verbessert wird. Daher wird, während die Streckgrenze von Stahl verbessert wird, auch seine Zugfestigkeit bis zu einem gewissen Grad verbessert.

Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn die Größe der zweiten Phase sehr klein ist, die Wirkung der Ausscheidungsverstärkung bei der Erhöhung der Streckgrenze von Stahl größer ist als die Wirkung der Erhöhung der Zugfestigkeit von Stahl. Die Testergebnisse in diesem Artikel zeigen, dass der Beitrag der Ausscheidungsverstärkung zur Streckgrenze 81 MPa beträgt. Der Beitragswert der Zugfestigkeit beträgt 60 MPa. Die Ergebnisse dieser Arbeit belegen, dass der Beitrag der Ausscheidungsverstärkung zur Streckgrenze größer ist als der der Zugfestigkeit. Selbst wenn die Streckgrenze und Zugfestigkeit von Stahl in gleichem Maße erhöht werden, nimmt das Streckverhältnis von Stahl ab. Alles in allem wird der ausscheidungsverstärkende Effekt der Partikel der zweiten Phase schließlich das Streckverhältnis des Stahls verringern. Daher ist mit der Zunahme des Stickstoffgehalts das Festigkeits-Streckgrenze-Verhältnis des Stahlstabs umso geringer, je stärker die Ausscheidungsverstärkungswirkung des VN-Stahlstabs ist.

Die Aufklärung der Forschungsergebnisse zur Entwicklung der seismischen Bewehrung mit 500 MPa

In den Testergebnissen dieses Artikels beträgt der Stickstoffgehalt von 500 MPa mikrolegierten Stäben aus VN-Stahl 81 PPM, 136 PPM, 269 PPM, und die entsprechenden Stabstahlfestigkeits- und Streckgrenzenverhältnisse sind 1.29, 1.26, 1.22, d VN mikrolegierte Stäbe variieren mit steigendem und sinkendem Stickstoffgehalt, eine detaillierte Analyse der Gründe wurde bereits durchgeführt. Gegenwärtig muss der Hauptindex der seismischen Leistungsfähigkeit von hochfesten antiseismischen Stahlstäben nicht weniger als 1.25 betragen. Daher aus den Forschungsergebnissen dieses Artikels für die Entwicklung von mikrolegierten hochfesten antiseismischen Stahlstäben der Klasse VN mit 500 MPa, um sicherzustellen, dass der Hauptindex der seismischen Leistung stark ist Der Inhalt sollte hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung streng kontrolliert werden. Es ist angemessener, den Stickstoffgehalt innerhalb von 130 ppm zu kontrollieren.

Zusammenfassung

• 1) Mit steigendem Stickstoffgehalt ändert sich die Korngröße des VN-mikrolegierten hochfesten Stabstahls nicht wesentlich.
• 2) Streckgrenze und Zugfestigkeit von VN-mikrolegierten hochfesten Stäben steigen mit steigendem Stickstoffgehalt, aber das Streckgrenzenverhältnis sinkt mit steigendem Stickstoffgehalt.
• 3) Die Verstärkungswirkung von Stickstoff in VN-mikrolegierten hochfesten Stahlstäben ist hauptsächlich eine Ausscheidungsverstärkung, und die Ausscheidungsverstärkung ist der Hauptgrund für die Abnahme des Festigkeits-Streckgrenzen-Verhältnisses von VN-Stahlstäben.
• 4) Für die Entwicklung von mikrolegierten hochfesten seismischen Stäben der Sorte VN mit 500 MPa sollte der Stickstoffgehalt im Stahl innerhalb von 130 ppm kontrolliert werden.

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