耐火鋼中Mo的強(qiáng)化機(jī)理及其替代研究.pdf

1、隨著市場需求的加大以及對建筑品質(zhì)的要求越來越高，迫切需要加快研發(fā)具有高強(qiáng)度的低Mo系列低成本耐火鋼，以期實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)建筑的低成本、輕量化，達(dá)到節(jié)約原材料、節(jié)能減排的低碳經(jīng)濟(jì)目的。本文設(shè)計了一系列Mo含量為0-0.9 wt.％的簡化耐火鋼成分的Fe-Mo-C模型鋼，利用兩種熱處理工藝制度使Fe-Mo-C鋼獲得鐵素體和鐵素體+貝氏體兩種組織，分離并定量解析Mo的各種高溫強(qiáng)化機(jī)理，得出Mo的主要高溫強(qiáng)化機(jī)理，并基于此提出利用Nb、V、Ti的沉淀

2、強(qiáng)化和貝氏體相變強(qiáng)化共同強(qiáng)化低Mo高強(qiáng)耐火鋼的設(shè)計思想。根據(jù)此設(shè)計思想，成功開發(fā)出Mo含量小于0.15 wt.%，室溫屈服強(qiáng)度為488.7-508.9 MPa，達(dá)到Q500級別的低成本高強(qiáng)耐火鋼。相對目前常規(guī)耐火鋼，Mo含量降低70%以上，每噸鋼合金成本降低約1550元，屈服強(qiáng)度提高42%以上。此外，還根據(jù)上述研究結(jié)果提出抗拉強(qiáng)度級別從490-790 MPa的低成本耐火鋼設(shè)計中Mo含量、貝氏體體積分?jǐn)?shù)和微合金元素添加量與高溫屈服強(qiáng)度的關(guān)

3、系式。主要研究內(nèi)容和成果如下。
　　利用電子顯微探針（EPMA）和透射電子顯微鏡（TEM）分析得出Mo元素在Fe-Mo-C鋼不同組織中的分布。鐵素體組織：Mo<0.3 wt.%時，Mo基本固溶在鐵素體中；Mo≥0.3 wt.%時，Mo會以Mo2C的形式析出。珠光體和貝氏體組織：Mo首先固溶在珠光體和貝氏體組織的鐵素體基體中；當(dāng)鐵素體基體達(dá)到飽和時，多余的Mo會與Fe、C形成復(fù)合的合金滲碳體。
　　通過分離并定量解析Mo的固溶

4、強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和貝氏體相變強(qiáng)化對耐火鋼高溫強(qiáng)度的影響，得出Mo在耐火鋼中主要高溫強(qiáng)化機(jī)理為固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化：Mo<0.3 wt.%時，為固溶強(qiáng)化；Mo≥0.3 wt.%時，為固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化。Mo≤0.5 wt.%時，其固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化效果明顯，每添加0.1 wt.%的Mo，600℃的屈服強(qiáng)度增量為14.76 MPa（σss+σppt=147.6CMo+54.76）；Mo>0.5 wt.%后，其強(qiáng)化效果減弱。
　　貝氏體相變

5、強(qiáng)化對耐火鋼的高溫強(qiáng)度有重要影響，每增加1 vol.%的貝氏體，600 ℃的屈服強(qiáng)度增量為1.655 MPa（σBs=8.833+1.655 fB）。
　　鐵素體晶粒尺寸對耐火鋼高溫強(qiáng)度的影響不明顯。鐵素體晶粒尺寸從18.2μm增加到26.3μm，600 ℃的屈服強(qiáng)度僅增加4.3 MPa。
　　低Mo（<0.3 wt.%）高強(qiáng)耐火鋼的設(shè)計思想為：通過Nb、V、Ti的沉淀強(qiáng)化和貝氏體相變強(qiáng)化替代Mo的固溶強(qiáng)化從而降低Mo含量。

6、
　　通過控制終軋后冷卻速度和Nb、V、Ti微合金化，成功開發(fā)了Q345（Mo：約0.3 wt.%）和Q500（Mo：約0.15 wt.%）兩種強(qiáng)度級別的低成本高強(qiáng)耐火鋼。兩種強(qiáng)度級別耐火鋼具都有低的屈強(qiáng)比（<0.634）、較好的延伸率（>22.3%）與沖擊韌性（0℃沖擊功>35 J）和高的強(qiáng)度，其中Q500級別耐火鋼的室溫屈服強(qiáng)度到達(dá)488.7-508.9 MPa。兩種強(qiáng)度級別耐火鋼均有良好耐火性能，其YS(600℃)/YS(R

7、T)均超過2/3。
　　經(jīng)驗證，本文得出關(guān)于Mo的固溶強(qiáng)化和貝氏體相變強(qiáng)化對耐火鋼的高溫屈服強(qiáng)度強(qiáng)化效果的定量關(guān)系式是可靠的。由此還推導(dǎo)出了抗拉強(qiáng)度級別從490-790 MPa的低成本耐火鋼設(shè)計中Mo含量（CMo，wt.%）、貝氏體體積分?jǐn)?shù)（fB，vol.%）和微合金元素添加量（析出相體積分?jǐn)?shù)fppt，vol.%）與高溫屈服強(qiáng)度（YS(600℃)）的關(guān)系式：此公式省略。
　　微合金元素Nb的沉淀強(qiáng)化對耐火鋼高溫強(qiáng)度的影響可以