加硼低合金高強度H型鋼的研究與開發(fā).pdf

1、H型鋼是一種截面面積分配更加優(yōu)化、強重比更加合理的經(jīng)濟斷面高效型材，具有抗彎能力強、施工簡單、節(jié)約成本和結(jié)構(gòu)重量輕等優(yōu)點，已被廣泛應用于高層建筑、工業(yè)廠房、橋梁結(jié)構(gòu)、船舶港口、石油鉆井平臺等方面，所以H型鋼是我國提倡發(fā)展的型材品種之一。隨著低溫地帶資源開發(fā)和高技術領域應用，用戶對高強度、高韌性（特別是良好的低溫韌性）H型鋼的需求量越來越大。
　　 本課題研究的開展是鑒于在成分和工藝優(yōu)化前，企業(yè)試制的原Q345EH型鋼存在低溫沖擊

2、韌性波動較大且-40℃沖擊韌性不合要求的問題。為了找到一條適合當前生產(chǎn)條件的成分和工藝路線，本研究嘗試從成分設計上尋求突破，首次將硼引入到低溫用H型鋼的開發(fā)中。經(jīng)歷原生產(chǎn)鋼分析、實驗室冶煉鋼研究和實際生產(chǎn)線應用，成功開發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型加硼Q345E大H型鋼及其生產(chǎn)技術。生產(chǎn)出來的H型鋼在熱軋態(tài)即可滿足-40℃低溫應用的要求，為企業(yè)帶來了豐厚的經(jīng)濟效益和社會效益，提升了我國高端H型鋼的競爭力。
　　 在本研究中，綜合利

3、用了常溫拉伸試驗、系列溫度沖擊試驗、熱模擬試驗、光學顯微鏡、體視顯微鏡、電子探針、掃描電鏡、透射電鏡等試驗方法和檢測手段，系統(tǒng)研究了不同條件下的試驗鋼的組織和性能。本研究的重點是硼對組織和性能的影響。在以往的研究中，硼主要用來提高鋼的淬透性，而在本研究中通過添加微量的硼，來達到改善低溫沖擊韌性的目的。
　　 本文的研究步驟為:第一步，以企業(yè)當時試制的原Q345EH型鋼為研究對象，對鋼材的性能和組織進行了測試和分析，評估了其低溫沖

4、擊性能，探討影響其韌性的組織和冶金因素。第二步，提出加硼改善低溫沖擊韌性的思路，在實驗室冶煉不同硼含量的試驗鋼，研究微量硼對試驗鋼組織和性能的影響，探尋加硼思路的可行性，并初步探討韌化機理。第三步，對含硼試驗鋼進行熱力物理模擬試驗，研究此新鋼種的相變行為，為工業(yè)化生產(chǎn)提供工藝參考，也為熱處理工藝提供知識儲備。第四步，在實驗室研究的基礎上指導工業(yè)化應用，并對工業(yè)化新產(chǎn)品進行組織和性能的研究，綜合探討韌化機理。
　　 通過對實驗室冶

5、煉鋼研究發(fā)現(xiàn)，硼的加入顯著降低了鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，使得鋼在-40℃時的低溫沖擊韌性獲得大幅度的提高，其沖擊功遠大于國標要求。強度及延伸率也沒有因為硼的加入而降低。硼的加入改變了Nb(C,N)粒子的尺寸和分布，使之更均勻且彌散化，細化了轉(zhuǎn)變后的鐵素體晶粒，達到細晶強化的目的。鋼中大部分的硼以固溶狀態(tài)存在，只發(fā)現(xiàn)極少量的Fe23(C，B)6。硼在晶界的偏聚能夠防止P、S等雜質(zhì)元素的晶界偏聚，加上硼自身具有提高晶界結(jié)合力的作用，從而降低了材料

6、的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，提高材料的低溫沖擊韌性。
　　 通過熱力物理模擬試驗，研究了含硼鋼的相變行為，制定了適合當前生產(chǎn)條件的軋制工藝，以指導實際生產(chǎn)應用。加硼Q345E大H型鋼的生產(chǎn)工藝路線為:鋼坯在1250～1300℃進行均熱，并保證出鋼溫度在1250℃以上。鋼材的終軋溫度范圍在890～930℃之間，軋后可快冷至750℃上冷床再自然冷卻。軋制過程中的總變形量、道次變形量等參數(shù)保持不變。
　　 通過工業(yè)生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)的含硼H型

7、鋼的低溫沖擊性能獲得大幅度的提高，證明工業(yè)化生產(chǎn)加硼H型鋼的可行性。加硼后的H型鋼中仍然存在有帶狀組織，但是其低溫沖擊功卻有明顯的提高，特別是在-40℃時的低溫沖擊功遠高于國標規(guī)定值，說明帶狀組織不是決定H型鋼沖擊功高低的主要因素。通過對比同等晶粒度的含硼鋼和無硼鋼的低溫沖擊韌性，證實了硼的晶界強化對低溫韌性的有效作用。因此，微量硼提高低溫沖擊韌性的機理歸結(jié)為:(1)晶粒細化:硼和鈮的復合作用使晶粒細化提高韌性;(2)晶界強化:硼在晶界