高層建筑耐火鋼控軋控冷工藝畢業(yè) 論文

1、. 圖書分類號(hào)：密 級(jí)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文高層建筑耐火鋼控軋控冷工藝研究RESEAR CH ON THE C ONTROLLEDROLLING AND C OOLING PROC ESS OFHIGH-RISE BUILDING FIRE-RESISTANTSTEEL學(xué)生姓名朱鵬飛 班 級(jí)09材控2學(xué)號(hào)20090610213 學(xué)院名稱機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)名稱材料成型及控制工程 指導(dǎo)教師孫瑩2013年 5月 22日徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或

2、撰寫過的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名： 日期： 年 月 日徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。論文作者簽

3、名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要鋼結(jié)構(gòu)作為當(dāng)代建筑的一種重要形式，代表了當(dāng)今建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)。然而，有一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的致命缺陷是防火性能差。為了防止火災(zāi)引起的鋼結(jié)構(gòu)建筑的災(zāi)難性破壞，確保人員、財(cái)產(chǎn)的安全，因此建筑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用耐火涂層保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)。但是，噴涂耐火涂層的長(zhǎng)期工作會(huì)危害工人的健康，并且延長(zhǎng)了工期，增加了建造成本。此外，耐火涂層還減少了建筑物的有效使用面積，噴涂作業(yè)的飛濺物還易引發(fā)環(huán)境污染。因此，安全、環(huán)保、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本是當(dāng)代建筑不可避免的發(fā)展趨勢(shì)，在這一發(fā)展趨勢(shì)下，耐火鋼應(yīng)運(yùn)而生。本論文采用了實(shí)驗(yàn)室試制的耐火鋼，對(duì)它們的力學(xué)性能進(jìn)行了檢測(cè)與分析，并通

4、過在不同的溫度下回火，研究了回火溫度及回火時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼微觀組織的影響，探討了耐火鋼性能與微觀組織之間的關(guān)系。本文利用Gleele1500熱模擬機(jī)對(duì)含Cr 、Mo 、Ti 和Nb 等合金元素的建筑用耐火鋼進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，含有鐵素體和粒狀貝氏體組織的試驗(yàn)鋼有優(yōu)良的綜合性能，經(jīng)過550回火后可很好的滿足450MPa 級(jí)建筑用耐火鋼的各項(xiàng)技術(shù)要求，這為工業(yè)化大生產(chǎn)提供了理論指導(dǎo)。關(guān)鍵詞 耐火鋼；控軋控冷工藝；屈強(qiáng)比AbstractSteel structure of Modern architecture is an important form of structure, the repres

5、entative of the current structure of the new trend of development. But steel structure buildings have a fatal shortcoming, that is poor fireproof performance. In order to prevent fire to steel structure construction caused catastrophic damage, to ensure the peoples safety and property, so the buildi

6、ng standard refractory coating protection of steel structure. However, spraying refractory coating work health hazards to workers, extended the time limit for a project, increase construction costs. In addition, refractory coating also reduces the building the effective use area, spray splashes also

7、 causes environmental pollution. Therefore, safety, environmental protection, reduce costs and improve labor productivity is the development trend of Modern architecture, refractory steel precisely in order to adapt to this trend of development and. This paper adopts laboratory of refractory steel,

8、has carried on the mechanical properties of testing and analysis and by different temperatures during tempering, tempering temperature and tempering Time on the effect on microstructure, on the microstructure and mechanical properties of the relationship between the refractory steel. By using the Gl

9、eele1500 thermal simulation machine containing Nb, Ti, Mo and Cr alloy steel were studied, the results show that, with ferrite and granular bainite steel has good comprehensive performance, after 550 tempering can well satisfy the 450MPa fire resistant steel for buildings the technical requirements

10、for the industrialized production, which provides theoretical guidance.Keywords fire-resistant Controlled rolling and Controlled Cooling yield-strength ratio目 錄摘要 Abstra C t 1 緒論11. 1 引言11. 2耐火鋼11. 2. 1耐火鋼的概念11. 2. 2耐火鋼的性能指標(biāo)21. 2. 3影響耐火鋼高溫強(qiáng)度的因素41. 2. 4國(guó)外耐火鋼的現(xiàn)狀及發(fā)展51. 2. 5國(guó)內(nèi)耐火鋼的現(xiàn)狀及發(fā)展61. 3控扎控冷技術(shù)71. 3.

11、1控制軋制71. 3. 2控制冷卻81. 4研究的背景、意義和目的121. 4. 1研究意義121. 4. 2研究背景121. 4. 3研究目的121. 5研究?jī)?nèi)容12 2 450MPa 級(jí)低屈強(qiáng)比耐火鋼的研究132. 1化學(xué)成分132. 2實(shí)驗(yàn)方案13 2. 2. 1實(shí)驗(yàn)材料132. 2. 2實(shí)驗(yàn)方法142. 3實(shí)驗(yàn)結(jié)果152. 3. 1力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果152. 3. 2實(shí)驗(yàn)鋼的顯微組織172. 4討論202. 4. 1鐵素體晶粒組織對(duì)屈強(qiáng)比的影響202. 4. 2珠光體、貝氏體含量對(duì)屈強(qiáng)比的影響202. 4. 3終軋溫度對(duì)屈強(qiáng)比的影響222. 4. 4終冷溫度對(duì)屈強(qiáng)比的影響222. 5本章

12、小結(jié)23 3 合金元素對(duì)450MPa 級(jí)低屈強(qiáng)比耐火鋼的影響243. 1微合金的發(fā)展243. 1. 1微合金的特點(diǎn)243. 1. 2微合金元素在耐火鋼中的作用253. 1. 2. 1微合金對(duì)鋼料常溫力學(xué)性能的影響263. 1. 2. 2微合金對(duì)鋼料高溫力學(xué)性能的影響273. 2本章小結(jié)28 結(jié)論29 致謝30 參考文獻(xiàn)311 緒論1.1 引言高層建筑鋼是現(xiàn)代大都市的標(biāo)志，美國(guó)紐約的曼哈頓帝國(guó)大廈自1931年建成以來(lái)，其世界第一高樓的記錄不斷被打破。最近落成的迪拜塔，以其令人難以想象的高度超過了臺(tái)北101大樓，成為無(wú)可爭(zhēng)議的大金世界第一。20世紀(jì)摩天大樓主要集中在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，但9.11

13、事件之后，我國(guó)高速增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)促進(jìn)了高層建筑的發(fā)展，到2009年年底全國(guó)100m 以上的高層建筑有1500余幢1，其中僅上海就有200多幢；建成和在建的300m 以上摩天大樓有60幢2，占全球的3/4以上，天津擁有的數(shù)量最多（14幢），重慶位居第二（7幢）。如今我國(guó)到處可見高聳入云的塔吊和鱗次櫛比的高樓大廈，它中的每一根鋼筋、每一塊水泥和玻璃都記錄著共和國(guó)騰飛的輝煌。盡管高層建筑是人們心目中評(píng)價(jià)城市規(guī)模的一把尺子，然而，“高處不勝寒”，拔地而起的高層建筑需要有抵御強(qiáng)風(fēng)、暴雨、雷擊、地震、自重以及其他各種災(zāi)害的能力，因而要求為其承擔(dān)載荷的鋼鐵材料要具有比普通材料更優(yōu)越的綜合性能，即除了應(yīng)有的強(qiáng)度、

14、韌性和塑性外，還要有良好的Z 向性能、抗震性能和耐火性能。建筑業(yè)是中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，也是中國(guó)鋼材消費(fèi)量最大的行業(yè)。中國(guó)正處于工業(yè)化快速發(fā)展的時(shí)期，基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模較大，同時(shí)城鎮(zhèn)化水平正在不斷提高，因此對(duì)建筑用鋼材的需求量迅速增加，并將在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)有一個(gè)穩(wěn)定需求3。在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，存在兩大問題：鋼的腐蝕和火災(zāi)時(shí)鋼構(gòu)件的軟化。在自然氣候下，鋼材受蝕減薄5年可達(dá)1mm 以上。另一方面，當(dāng)鋼的溫度達(dá)到350攝氏度及其以上時(shí)，鋼的屈服強(qiáng)度下降至規(guī)定的室溫屈服強(qiáng)度的2/3或更低，低于鋼結(jié)構(gòu)要求的屈服強(qiáng)度。因此，建筑物所使用的鋼材在高溫狀態(tài)下會(huì)因強(qiáng)度降低而失去承載能力，致使建筑物倒塌而造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)

15、損失。為使鋼構(gòu)件的溫度在火災(zāi)期間不超過350攝氏度，鋼結(jié)構(gòu)必須用耐火涂層加以保護(hù)，這樣就會(huì)使得建筑成本增加、工期延長(zhǎng)，同時(shí)在噴涂耐火材料時(shí)，還會(huì)危害人的身體健康并造成嚴(yán)重的環(huán)境污染；此外，建筑的有效空間也因防火包覆而減少并影響美觀。由此，特別提出了開發(fā)耐火鋼的課題。在美國(guó)9.11事件后，鋼結(jié)構(gòu)建筑用的鋼防火性能更加引起了人們的高度重視4。1.2 耐火鋼1. 2. 1耐火鋼的概念對(duì)火災(zāi)有一定抵抗能力的鋼材我們稱之為耐火鋼，在日本耐火鋼被歸屬于焊接結(jié)構(gòu)用軋制鋼材一類，在我國(guó)它被歸屬于建筑用低合金結(jié)構(gòu)鋼的范疇。耐火鋼與普通的建筑用鋼不同，普通的建筑用低合金結(jié)構(gòu)鋼如15MnV 、16Mn 等在達(dá)到35

16、0左右溫度時(shí)他們的屈服強(qiáng)度將降至室溫時(shí)的2/3以下，這低于建筑結(jié)構(gòu)要求的屈服強(qiáng)度（承載許用應(yīng)力）。因此必須噴涂耐火絕熱涂層，這不僅費(fèi)工費(fèi)時(shí)，對(duì)操作人員的身體健康也有影響。建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量增加了，室內(nèi)空間因而相應(yīng)減少，建造成本增加。為減少直到不用絕熱涂層，鋼材被要求能夠在高溫下保持較高的強(qiáng)度水平，于是耐火鋼自此產(chǎn)生。耐火鋼生產(chǎn)中通過加入鈮、鉬等元素合金化，使其能夠在350600的高溫下13小時(shí)內(nèi)仍保持較高的強(qiáng)度水平，從而增加建筑物抵抗火災(zāi)的能力，提高建筑物的安全及穩(wěn)定性。耐火鋼合金元素含量對(duì)比普通建筑用低合金結(jié)構(gòu)鋼，顯然要稍高一些。1. 2. 2耐火鋼的性能指標(biāo)高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi), 將造成巨大的

17、人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失。例如, 發(fā)生于2001年震驚世界的9.11事件中，美國(guó)紐約世貿(mào)大廈遭到飛機(jī)撞擊后1小時(shí)，兩座高達(dá)417m 的摩天大樓相繼轟然倒塌。事后經(jīng)研究證明，世貿(mào)大廈姊妹樓倒塌的直接原因并非由飛機(jī)的強(qiáng)大撞擊所造成，而是飛機(jī)爆炸后燃油所釋放的巨大熱量，使大廈鋼結(jié)構(gòu)框架難以再承受巨大的負(fù)荷，最終導(dǎo)致兩座雄偉的建筑變?yōu)橐黄瑥U墟。這個(gè)事件提醒人們，高層建筑用鋼不僅要具有良好的強(qiáng)韌性、理想的抗震性能，還要有耐火性能。2002年年初，國(guó)內(nèi)某廢鋼用戶購(gòu)得因9.11事件倒塌的紐約世貿(mào)中心一批建筑廢鋼，為了了解20世紀(jì)70年代初國(guó)外建筑用鋼板的主要特點(diǎn)及其實(shí)物質(zhì)量，在這些廢鋼中分揀出若干試樣進(jìn)行了化學(xué)成

18、分、常規(guī)性能及高溫性能的分析實(shí)驗(yàn)，得到了具有參考價(jià)值的數(shù)據(jù)，如表1-1和1-2所示。表1-1紐約世貿(mào)大廈鋼板的化學(xué)成分 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%） 表1-2紐約世貿(mào)大廈鋼板的力學(xué)性能 從表1-2可知，世貿(mào)大廈所用鋼材的屈強(qiáng)比很低，說(shuō)明世貿(mào)大廈具有較好的抗震性能。但同時(shí)也可以看出，其耐火性能明顯不足（600下鋼的屈服強(qiáng)度只有115MPa ），這表明當(dāng)時(shí)高層建筑用鋼還沒有考慮耐火性能的要求。因此有理由相信，耐火能力不足導(dǎo)致了這兩座摩天大廈在大型波音飛機(jī)高速撞擊后巋然不動(dòng)，卻在燃燒幾十分鐘后轟然倒塌。耐火耐候鋼作為新一代建筑用鋼，必須具有抗層狀撕裂性能、焊接性能、耐火性能和防腐性能良好等優(yōu)點(diǎn)。耐火鋼性能的基本

19、要求是，在600下保溫2小時(shí)，屈服強(qiáng)度不低于標(biāo)準(zhǔn)要求屈服強(qiáng)度最低值的2/3。普通建筑用鋼（如Q235、Q345）屈服強(qiáng)度在350以上高溫時(shí)陡降，低于室溫強(qiáng)度的2/3，不能滿足耐火要求。為了防止火災(zāi)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑帶來(lái)的災(zāi)難性破壞，必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)噴涂很厚的防火漆層進(jìn)行保護(hù)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑噴涂防火材料造成成本成倍增加，且工期延長(zhǎng)，美觀受到影響，建筑的有效空間也因防火包覆而減少。另外，噴涂作業(yè)的飛濺還會(huì)造成環(huán)境的污染。因此，減少防火涂層，有效降低建筑成本和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，是當(dāng)代建筑用鋼的發(fā)展的大趨勢(shì)，耐火鋼正是在這一趨勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生的。1987年3月，新耐火鋼設(shè)計(jì)法在日本建筑省頒布，該法律規(guī)定，高層建筑必須具

20、有一定的耐火能力，減少或省掉噴涂耐火材料，而且對(duì)鋼材耐火時(shí)間也提出相應(yīng)的要求。為了達(dá)到建筑部門對(duì)耐火鋼材的要求，以歐洲一些鋼鐵公司以及新日鐵為首的日本鋼鐵公司已經(jīng)著手研究和開發(fā)新型耐火鋼種。設(shè)定耐火溫度是耐火鋼技術(shù)要求的關(guān)鍵，建筑物的耐火能力不僅取決于采用的結(jié)構(gòu)鋼本身的耐高溫性能，并且與防火涂層的厚度有關(guān)。提高鋼的耐火溫度，可減少防火涂層6。20世紀(jì)70年代，法國(guó)Creusot-Loire 公司研制出耐9001000的含Mo 鋼，由于Mo 含量過高，所以至今沒有使用。90年代初期，歐洲一些國(guó)家和日本的新日鐵公司對(duì)不同鋼材的高溫性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，所有鋼的屈服強(qiáng)度在500600范圍內(nèi)均急劇

21、下降。當(dāng)溫度達(dá)到700以上時(shí)，鋼的屈服強(qiáng)度降到50MPa 以下。對(duì)軋制后的鋼材進(jìn)行直接淬火-回火處理，雖然提高了鋼的常溫屈服強(qiáng)度，但在600以上高溫區(qū)，其屈服強(qiáng)度降低很大，然而軋制狀態(tài)下鋼材在600左右屈服強(qiáng)度降低較少。耐火鋼的耐火性能可用較高溫度（耐火溫度）下的屈服強(qiáng)度與室溫屈服強(qiáng)度之比來(lái)表征。RT UT L L r -=e e R R 式（1.1） 式中，R eL -UT 為耐火溫度（UT ）下的屈服強(qiáng)度；R eL -RT 為室溫（RT ）下的屈服強(qiáng)度。設(shè)定耐火溫度需要考慮發(fā)生火災(zāi)時(shí)承載鋼材所處的環(huán)境溫度和開發(fā)鋼材的經(jīng)濟(jì)性。若耐火溫度設(shè)定在700，必須添加大量的合金元素才能保證鋼的高溫強(qiáng)度

22、，這不僅對(duì)鋼的使用性能造成很大影響，而且大大增加了建筑成本，也降低了鋼材的焊接性能。相反，若耐火溫度設(shè)定在500，雖然合金元素的數(shù)量有一定的減少，但耐火鋼使用的最初目的卻無(wú)法達(dá)到。經(jīng)過綜合分析，將耐火鋼溫度設(shè)定在600，雖然能節(jié)省一定數(shù)量的合金元素，但達(dá)不到使用耐火鋼的最初目的。經(jīng)過綜合分析，將耐火溫度定為600，而將耐火性能（r ）的門檻值定為2/3。日本JISG3136標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定450MPa 和490MPa 級(jí)低屈強(qiáng)比耐火鋼的成分指標(biāo)如表3-1和表3-2所示。1. 2. 3影響耐火鋼高溫強(qiáng)度的因素1 生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝對(duì)耐火鋼的性能有著顯著的影響。提高鋼坯的加熱溫度, 鋼中的Nb 、Mo 合金

23、元素充分溶解, 固溶量增加, 鋼中貝氏體體積分?jǐn)?shù)因而相應(yīng)增加, 但是奧氏體晶粒也會(huì)因?yàn)榧訜釡囟鹊纳叨L(zhǎng)大, 這會(huì)導(dǎo)致鐵素體晶粒粗化, 降低鋼的韌塑性, 因此需要綜合考慮。加熱溫度一般控制在11001300之間，在900以下鋼的室溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度都會(huì)降低隨著終軋溫度的升高而降低 ,在900附近達(dá)到最低值, 然后隨終軋溫度的升高而增加。在終軋溫度低于800時(shí), 是奧氏體和鐵素體兩相區(qū)軋制，鋼的強(qiáng)度會(huì)因?yàn)殍F素體產(chǎn)生加工硬化而升高, 一般的鋼材都會(huì)采取低溫控軋來(lái)獲得其良好的低溫韌性。而對(duì)于建筑用耐火鋼來(lái)說(shuō), 不必著重強(qiáng)調(diào)其低溫韌性，因此可在較高的溫度下終軋, 當(dāng)終軋溫度約為1000時(shí), 鋼的組織粗化

24、, 其高溫強(qiáng)度隨著貝氏體體積分?jǐn)?shù)增加而相應(yīng)有所提高。經(jīng)空冷和爐冷的金相組織為少量的粒狀貝氏體和多變形鐵素體, 而粒狀貝氏體主要是鋼料水冷后的組織, ,耐火鋼的高溫強(qiáng)度隨著冷卻速度的提高而逐漸增加, 但韌性和塑性逐漸降低, 這點(diǎn)還需結(jié)合情況再全面考慮。2 微合金在耐火鋼中的作用（1）耐火鋼中Mo 對(duì)其性能的影響Mo 是提高鋼的高溫強(qiáng)度的合金材料中最為有效的一種, 大部分的Mo 以固溶的形式存在于鐵素體中, 強(qiáng)化了鐵素體基體。Mo 在鐵素體中擴(kuò)散速度在高溫下較慢, 因而可顯著提高鋼的蠕變強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度, 并且在高溫時(shí)Mo 與N 、C 結(jié)合形成氧化物, 發(fā)生釘扎作用。Mo 對(duì)過冷奧氏體的穩(wěn)定性還有提

25、高作用, 鋼中貝氏體體積分?jǐn)?shù)隨著Mo 的加入而相應(yīng)增加, 高位錯(cuò)密度的貝氏體組織的存在使得耐火鋼得到了良好的高溫性能。同時(shí)滲碳體內(nèi)Mo 的固溶度僅為4%, 極易析出碳化物, 這些碳化物可以導(dǎo)致其在高溫下的二次硬化, 使高溫屈服強(qiáng)度增強(qiáng)。通過Mo 的加入，在別的碳化物質(zhì)點(diǎn)也會(huì)形成相應(yīng)偏析層, 偏析層的作用可有效防止碳化物的聚集長(zhǎng)大, 使其高溫屈服強(qiáng)度得到提高。此外, 碳化物的析出驅(qū)動(dòng)力也會(huì)因?yàn)镸o 的加入而降低, 碳化物的形核過程得到延緩, 碳化物會(huì)更加細(xì)小地在基體中呈現(xiàn)彌散分布, 從而高溫屈服強(qiáng)度得到強(qiáng)化。隨w(Mo的增加, 室溫下鋼的強(qiáng)度稍有降低, 而高溫下鋼的強(qiáng)度卻呈線性增加, Mo 的加

26、入使得鋼材室溫屈強(qiáng)比下降, 這有效提高了鋼結(jié)構(gòu)的抗震性。(2 耐火鋼中Nb 對(duì)其性能的影響Nb 能夠產(chǎn)生析出, 從而表現(xiàn)出顯著的析出強(qiáng)化效果, Nb 與C 、N 原子能形成析出相Nb(CN, 這一析出相的硬度大，熔點(diǎn)高。當(dāng)它開始析出時(shí), Nb(CN通過與基體保持的半共格聯(lián)系, 提高了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力, 而且由于第二相質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)度大, 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的彎曲大, 因而材料的屈服強(qiáng)度會(huì)有相應(yīng)的增加, 在熱處理制度不同的情況下, Nb(CN的尺寸有著良好的穩(wěn)定性, 所以高溫下Nb （CN ）的析出相不容易發(fā)生溶解、聚集長(zhǎng)大的現(xiàn)象, 這對(duì)鋼在高溫下的組織穩(wěn)定性無(wú)疑有著一定的提高作用。(3 耐火鋼中V 、Ti 、

27、Cr 對(duì)其性能的影響V 、Ti 微合金化元素與Nb 的作用相似, 微量的Ti 在鋼中會(huì)生成難溶的細(xì)小彌散的第二相粒子TiN, 釘扎奧氏體晶界, 對(duì)熱影響區(qū)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大有抑制作用, 能夠提高焊后韌性, 而且這種彌散分布細(xì)小析出相對(duì)奧氏體晶粒的加熱時(shí)的長(zhǎng)大, 拉伸過程中塑性滑移都會(huì)起到一定的阻礙作用。鋼中的析出物在高溫下通常容易聚集長(zhǎng)大，因而減弱析出物的析出強(qiáng)化, 但V 的碳化物在析出時(shí)因?yàn)榕c基體保持共格, 會(huì)通過在周圍產(chǎn)生很強(qiáng)的應(yīng)力場(chǎng), 從而有效的阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng), 使鋼得到強(qiáng)化, 且在高溫下V 的碳化物穩(wěn)定, 不易溶解及聚集長(zhǎng)大。Cr 可以有效地提高鋼的抗蠕變性能和高溫抗氧化性, 可以使鋼的高

28、溫強(qiáng)度得到有效提高, 但同時(shí)它的影響比較復(fù)雜, 因?yàn)镃r 在鐵素體中的擴(kuò)散系數(shù)較高, 與碳容易結(jié)合，形成碳化物, 析出溫度為500, 但其容易聚集長(zhǎng)大, 穩(wěn)定性較差。另外Cr 的加入會(huì)使得Mo2C 的組織穩(wěn)定性降低, 并降低二次硬化溫度。(4 C 對(duì)耐火鋼性能的影響另外, 因?yàn)樽鳛橐环N焊接結(jié)構(gòu)用鋼, 為提高鋼的焊接性能, 其碳含量必須得到控制, 目前一般將建筑用耐火鋼的碳含量控制在0.2%以下。單獨(dú)添加某種金屬元素會(huì)使得鋼的高溫強(qiáng)度得到提高, 復(fù)合添加多種金屬元素使得鋼的高溫強(qiáng)度提高得更加顯著, 各種金屬之間有著協(xié)同作用, 如Mo 通過在碳化物周圍偏析, 阻止了NbC 顆粒的粗化, 從而使得鋼

29、的高溫強(qiáng)度得到進(jìn)一步提高。因此，研究人員開發(fā)出來(lái)了多種體系的微合金鋼, 如低碳Mn2Mo2Nb2Ti 合金鋼、低碳Mn2Mo2V 合金鋼、及Mn2Mo2Nb 等合金鋼。隨著工藝水平的提高，生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展, 研究人員還開發(fā)了無(wú)Mo 的Nb2Ti 和Nb2V 微合金化耐火鋼, 通過使Ti 、Nb 、V 微合金針狀鐵素體組織中的高溫析出從而來(lái)提高鋼的高溫強(qiáng)度。1. 2. 4 國(guó)外耐火鋼的現(xiàn)狀及發(fā)展2001年震驚世界的9.11事件中，美國(guó)紐約世貿(mào)大廈遭到飛機(jī)撞擊后1h ，兩座高達(dá)417m 的摩天大樓相繼轟然倒塌。事后經(jīng)研究證明，世貿(mào)大廈姊妹樓倒塌的直接原因并非由飛機(jī)的強(qiáng)大撞擊所造成，而是飛機(jī)爆炸后燃油

30、所釋放的巨大熱量，使大廈鋼結(jié)構(gòu)框架難以再承受巨大的負(fù)荷，最終導(dǎo)致兩座雄偉的建筑變?yōu)橐黄瑥U墟。這個(gè)事件提醒人們，高層建筑用鋼不僅要具有良好的強(qiáng)韌性、理想的抗震性能，還要有耐火性能。鋼的耐火性能從未有過的被重視起來(lái)。美國(guó)、日本、德國(guó)、法國(guó)現(xiàn)如今走在耐火鋼研發(fā)的最前線。近年來(lái), 世界經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)勢(shì)頭強(qiáng)勁，鋼鐵工業(yè)更是在2004年第一次超過了10億t, 預(yù)計(jì)鋼鐵產(chǎn)量在將來(lái)還將呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)的勢(shì)頭7。而在世界范圍內(nèi), 鋼鐵工業(yè)無(wú)疑一直是耐火材料行業(yè)的主要用戶, 而鋼鐵工業(yè)的強(qiáng)勁發(fā)展趨勢(shì)也印證了耐火材料行業(yè)在未來(lái)總的發(fā)展方向。盡管在鋼鐵生產(chǎn)中耐火材料起著重要作用, 但隨著日漸激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和不斷變化的商業(yè)環(huán)境,

31、 使得耐火鋼行業(yè)受到了嚴(yán)重的影響。但隨著鋼鐵產(chǎn)量的不斷增長(zhǎng), 世界鋼鐵業(yè)對(duì)耐火鋼產(chǎn)品的需求還是相當(dāng)可觀的。盡管耐火材料用戶行業(yè)的產(chǎn)量預(yù)計(jì)將呈增長(zhǎng)趨勢(shì), 但由于世界范圍內(nèi)大多數(shù)行業(yè)的耐火鋼消耗呈下降趨勢(shì), 噸鋼耐火鋼的消耗在降低(發(fā)達(dá)國(guó)家現(xiàn)在為8.5-10kg, 故耐火材料行業(yè)應(yīng)朝著提高質(zhì)量、增加品種、開發(fā)和生產(chǎn)出高附加值、性價(jià)比先進(jìn)的產(chǎn)品的趨勢(shì)發(fā)展。耐火材料行業(yè)為了適應(yīng)鋼鐵工業(yè)的不斷發(fā)展, 開發(fā)使用了優(yōu)質(zhì)、高效、長(zhǎng)壽、多功能的耐火鋼產(chǎn)品, 改進(jìn)和提高了現(xiàn)有耐火鋼制品的質(zhì)。1. 2. 5 國(guó)內(nèi)耐火鋼的現(xiàn)狀及發(fā)展耐火鋼具有與普通建筑用鋼相當(dāng)?shù)暮附有阅?、室溫力學(xué)性能及其它性能, 不僅可以裸露使用在一

32、般的氣候條件下, 還可以提高其涂裝性, 涂在耐火鋼上的涂層遠(yuǎn)比普碳鋼上的涂層失效年限長(zhǎng)。耐火鋼的耐火性要求在600時(shí)屈服強(qiáng)度(R eL 下降值不大于規(guī)定的室溫屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的1/3。耐火鋼可通過減少防火包覆和防火涂料的使用量, 從而降低成本、減少污染、縮短工期, 是一種可持續(xù)發(fā)展的、具有綠色環(huán)保功效的經(jīng)濟(jì)類鋼材。目前, 耐火鋼已開始在國(guó)內(nèi)一些耐火耐候等級(jí)高要求的大型商務(wù)樓、廠房、民居等建筑鋼結(jié)構(gòu)得以應(yīng)用, 住宅建筑行業(yè)為耐火鋼的發(fā)展提供了廣闊的空間。隨著技術(shù)的創(chuàng)新，科學(xué)的發(fā)展, 工程材料為適應(yīng)環(huán)境保護(hù)的需要提出了更為嚴(yán)格的要求, 鋼筋的耐腐蝕性、耐火性能已成為科研人員的主要研究課題, 在工業(yè)化國(guó)

33、家，長(zhǎng)時(shí)間使用壽命的各種耐腐蝕鋼筋正在不斷得到需求和應(yīng)用。中國(guó)建筑用鋼材在2010年總消費(fèi)量約1億9千萬(wàn)噸, 約占國(guó)民鋼材總消費(fèi)量的53%,其中紋鋼筋消費(fèi)量在7200萬(wàn)噸, 占建筑用鋼的38%，線材消費(fèi)量達(dá)到5200萬(wàn)t, 占建筑用鋼的27%，薄板的消費(fèi)量達(dá)到2400萬(wàn)噸，占建筑用鋼的13%。中國(guó)鋼鐵工業(yè)科技進(jìn)步腳步的加快，先進(jìn)裝備的研發(fā)，生產(chǎn)技術(shù)的改良，以及產(chǎn)能的高速提高，使建筑用鋼材國(guó)產(chǎn)化的目標(biāo)基本上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。高技術(shù)含量、高附加值鋼材的深入研究及其進(jìn)行的大量投入, 將使國(guó)內(nèi)的高端產(chǎn)品的質(zhì)量和性能上一新臺(tái)階, 且基本實(shí)現(xiàn)立足于國(guó)內(nèi)。雖然國(guó)內(nèi)外耐火鋼研究還再存在著一定的差距，但隨著國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)

34、域人才的引進(jìn)，生產(chǎn)設(shè)備的引入及研發(fā)，國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)不斷被國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)消化吸收，并總結(jié)出了一套適合國(guó)內(nèi)鋼材生產(chǎn)需要的完備知識(shí)體系，我國(guó)耐火耐候鋼正在一步步的走上國(guó)產(chǎn)化的道路。1. 3控軋控冷1. 3. 1控制軋制20世紀(jì)20年代，就研究鋼在熱加工時(shí)的溫度和變形量等條件對(duì)顯微組織和力學(xué)性能的影響。1925年德國(guó)人哈內(nèi)門(H.Hanemann 等作了這方面的實(shí)驗(yàn)和工廠試驗(yàn)。第二次世界大戰(zhàn)中荷蘭、比利時(shí)、瑞典等國(guó)一些沒有熱處理設(shè)備的軋鋼廠，把終軋的溫度控制在900以下，給予2030的壓下量, 生產(chǎn)出具有良好韌性的鋼材。1958年發(fā)現(xiàn)含微量鈮的低碳鋼，通過適當(dāng)?shù)能堉乒に嚕商岣邚?qiáng)度和韌性，使控制軋制技術(shù)得

35、到進(jìn)一步發(fā)展。1968年美國(guó)采用控制軋制法生產(chǎn)出性能良好(s42.2kgf/mm 的含鈮鋼板, 用來(lái)制造大口徑輸油管。澳大利亞和加拿大用控制軋制法生產(chǎn)出輸油管和其他結(jié)構(gòu)用的高強(qiáng)度鋼板。60年代中期，英國(guó)鋼鐵研究協(xié)會(huì)進(jìn)行了一系列研究，提出降低鋼的含碳量改善延性和焊接性，利用鈮或釩獲得高的強(qiáng)度，采用控制軋制法來(lái)保證鋼的韌性；還研究了鈮對(duì)奧氏體再結(jié)晶的抑制作用，以及對(duì)細(xì)化奧氏體晶粒的有效作用等。60年代后期，日本用控制軋制法生產(chǎn)出低溫韌性好的鋼板，發(fā)展出一系列新的生產(chǎn)工藝8?？刂栖堉剖菍⒔饘偎苄宰冃瓮虘B(tài)相變結(jié)合在一起，使材料在加工時(shí)通過軋制溫度、變形量、變形速率等控制獲得所需外形和尺寸的同時(shí)，獲得

36、理想組織和優(yōu)異強(qiáng)韌性的熱軋技術(shù)。這是不但能生產(chǎn)出強(qiáng)度、韌性都很高的鋼材，而且還可以節(jié)約能耗?？刂栖堉茖?duì)軋機(jī)的設(shè)備生產(chǎn)控制水平、強(qiáng)度和動(dòng)力均提出了較高要求。控制軋制工藝主要使用在含有微量元素的低碳鋼種中，鋼中常含有釩、鈦、鈮, 其總量一般小于0.1%?？刂栖堉浦饕峭ㄟ^控制軋制的參數(shù)，包括變形量、溫度等，從而控制再結(jié)晶過程，獲得所需要的組織和性能。鋼的再結(jié)晶開始溫度會(huì)隨著某些元素的加入升高很多，同時(shí)適當(dāng)?shù)亟档蛙堉茰囟?，使多道次變形的效果得到疊加，再結(jié)晶在較低的溫度和較大的變形量下進(jìn)行，使鋼材獲得符合要求的組織和性能。根據(jù)塑性變形、再結(jié)晶和相變條件，控制軋制可分為三階段9。在奧氏體再結(jié)晶區(qū)控制軋制

37、，在奧氏體再結(jié)晶溫度以上的溫度范圍（950）內(nèi)進(jìn)行軋制時(shí)，使變形和再結(jié)晶交替進(jìn)行，達(dá)到細(xì)化奧氏體晶粒的目的。由細(xì)化的奧氏體變成的鐵素體，其晶粒也是細(xì)化的，從而也鋼的韌性也就得到了相應(yīng)的提高。在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)控制軋制，在奧氏體再結(jié)晶開始溫度到Ar 3以上進(jìn)行軋制，使奧氏體晶粒拉長(zhǎng)，同時(shí)在晶內(nèi)形成大量變形帶，增加了奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變時(shí)的晶核生成能，獲得極細(xì)小的鐵素體晶粒，從而鋼的韌性得到提高，并會(huì)在鋼中形成鈮的碳化物和氮化物，以抑制再結(jié)晶。在奧氏體和鐵素體兩相區(qū)控制軋制，在奧氏體和鐵素體兩相區(qū)溫度范圍內(nèi)(Ar 3以下 進(jìn)行軋制時(shí), 伴隨著珠光體析出的硬化和加工硬化從而提高了鋼的強(qiáng)度，降低韌性-脆

38、性的轉(zhuǎn)變溫度。但是由于產(chǎn)生了織構(gòu)，板厚方向的強(qiáng)度和沖擊韌性都降低了?？刂栖堉萍夹g(shù)已在生產(chǎn)中取得成效，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。除含微量鈮、釩、鈦的鋼外，含錳鋼和硅錳鋼的控制軋制也取得成效。把控制軋制的原理應(yīng)用于各種鋼材（如不銹鋼、軸承鋼等）生產(chǎn)中，改進(jìn)軋制工藝制度，以提高鋼材的綜合性能，就形成了“廣義的”控制軋制的概念。中國(guó)蘊(yùn)藏著豐富的含鈮、釩、鈦礦物，為應(yīng)用、發(fā)展控制軋制技術(shù)提供了良好的資源條件。中國(guó)自1975年系統(tǒng)地研究了控制軋制技術(shù)，已在生產(chǎn)鈮鋼、釩鈦鋼和低錳鋼等低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼方面取得成效。1. 3. 2控制冷卻熱軋后對(duì)鋼材進(jìn)行的旨在控制相變組織和提高鋼材力學(xué)性能的冷卻。控制冷卻是在精軋機(jī)后

39、輸出輥道上設(shè)置一個(gè)一定長(zhǎng)度的冷卻帶，鋼材熱軋后通過冷卻帶，按一定的冷卻制度進(jìn)行的冷卻。冷卻制度根據(jù)鋼的化學(xué)成分和對(duì)鋼材的組織性能的要求決定。鋼材的軋后控制冷卻，是20世紀(jì)50年代興起的技術(shù)，問世以后發(fā)展很快，已應(yīng)用在線材、帶鋼、厚板、鋼管和型鋼的生產(chǎn)上。在控制冷卻的發(fā)展史上，線材控制冷卻是最早的。1957年美國(guó)路易斯(D Lewis 提出，在精軋機(jī)和卷取機(jī)之間的輸送管中噴水對(duì)線材進(jìn)行冷卻。1959年克魯姆(E J Crum 發(fā)明的一種“LOOPRO ”線材控制冷卻方法得到應(yīng)用。由于能源危機(jī)和石油工業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)了控制冷卻在帶鋼生產(chǎn)上的應(yīng)用。采用控制軋制和軋后控制冷卻工藝可生產(chǎn)出高寒地區(qū)應(yīng)用的具

40、有高強(qiáng)度和好的低溫韌性的管線用鋼。厚板生產(chǎn)應(yīng)用控制冷卻(見鋼板控制冷卻 比帶鋼生產(chǎn)要晚些，1980年在日本福山制鐵所厚板廠建成世界第一個(gè)厚板在線控制冷卻裝置。近年來(lái)控制冷卻在鋼管和型鋼生產(chǎn)上也有應(yīng)用。1 理論基礎(chǔ)軋后控制冷卻的機(jī)理根據(jù)鋼材冷卻的3個(gè)階段而有所不同。(1 第一階段：從終軋到A r3溫度區(qū)間。終軋后，特別是在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制后，在奧氏體內(nèi)產(chǎn)生了大量變形和位錯(cuò)，奧氏體晶粒產(chǎn)生了很大變形。如在相變前進(jìn)行定強(qiáng)度的冷卻，既可阻止碳化物過早析出，又可阻止在高溫下奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，同時(shí)也可增加相變的過冷度，適當(dāng)固定位錯(cuò)，為變形奧氏體以后的相變做好組織上的準(zhǔn)備。(2 第二階段：從A r3到以

41、后的相變溫度區(qū)間。奧氏體在此溫度區(qū)間上發(fā)生相變。在這個(gè)溫度區(qū)間冷卻速度起著決定的作用。在得到F+P的范圍內(nèi)，冷卻上速度越大，得到的珠光體比例越多，珠光體的片層間距也越小，鐵素體晶粒也細(xì)小。如以5-15o C/s的冷卻速度進(jìn)行冷卻，則可得到F+B組織。在得到F+B的范圍內(nèi)冷卻速度越大，得到的貝氏體比例越大，貝氏體組織也越細(xì)小。在第二階段，選擇適當(dāng)?shù)睦鋮s速度是非常重要的。而冷卻速度的選擇則要根據(jù)鋼的化學(xué)成分和所要求的鋼材性能來(lái)決定。(3 第三階段：第二階段后的空冷?？绽渲饕鹱曰鼗鸷拖汕岸慰炖洚a(chǎn)生的應(yīng)力的作用，也有增大析出強(qiáng)化和使相變組織均勻化的作用。2 強(qiáng)韌化機(jī)理經(jīng)控制冷卻的鋼材，其強(qiáng)度和韌

42、性都有提高，尤其是強(qiáng)度提高很大。強(qiáng)韌化機(jī)制包括：鐵素體晶粒的細(xì)化，由貝氏體或其他相的強(qiáng)化，析出強(qiáng)化(見強(qiáng)韌性控制 的增大。3 冷媒的冷卻能力水屬于沸騰型冷媒，在鋼鐵生產(chǎn)中多采用水冷卻。在金屬學(xué)中常用冷卻速度來(lái)表示冷卻能力，因?yàn)樗苤庇^，但冷卻速度不能用于傳熱計(jì)算的邊界條件。在機(jī)械工程和化學(xué)工程中一直是采用傳熱系數(shù)h 和熱流束q 作為傳熱計(jì)算的邊界條件。h 和q 是客觀的，h 和q 的關(guān)系是：Q=h(s -C 式（1.2）式中s是鋼材表面溫度；C是冷媒溫度。傳熱系數(shù)h 能定量地表示冷媒的冷卻能力，它對(duì)選擇冷媒的種類和冷卻方法，對(duì)冷卻設(shè)備的設(shè)計(jì)和鋼材加工中的傳熱現(xiàn)象的分析，都是很有用處的。鋼材的表

43、面溫度s和表面性狀、水量密度、流動(dòng)狀態(tài)及水的溫度等對(duì)水冷卻的傳熱系數(shù)h 有著復(fù)雜的影響。因此在各種冷卻條件下h 值的變化是比較大的，根本原因是蒸氣膜的破壞方法左右著熱量的傳遞。鋼材表面溫度s對(duì)水的冷卻能力有很大的影響，如圖1-2。 1 表面有厚的氧化層 2 表面有薄的氧化層 圖 1-2 表面溫度與傳熱系數(shù)的關(guān)系4 冷卻制度的控制參數(shù)對(duì)使用單一冷卻速度的常規(guī)冷卻制度來(lái)說(shuō)，主要控制開始冷卻溫度、冷卻速度和終止冷卻溫度。對(duì)使用具有兩個(gè)以上冷卻速度的冷卻制度來(lái)說(shuō)，除控制開始冷卻溫度、終止冷卻溫度和幾個(gè)冷卻速度外，還要控制不同冷卻速度間的轉(zhuǎn)變溫度。開始冷卻溫度是冷卻開始時(shí)的鋼材的溫度。終止冷卻溫度是水冷

44、終止空冷開始時(shí)的鋼材的溫度。開始冷卻溫度、冷卻速度和終止冷卻溫度對(duì)鋼材的組織和性能都有影響，因此必須根據(jù)鋼材的化學(xué)成分和所要求的組織性能來(lái)選擇。冷卻速度和終止冷卻溫度是通過控制水量密度和冷卻時(shí)間(調(diào)整冷卻帶長(zhǎng)度和鋼材的運(yùn)行速度 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。5 方法及應(yīng)用各種冷卻方法的名稱和定義因人而異，有的也相當(dāng)不明確，根據(jù)日本平田的定義區(qū)分如下：(1 層流冷卻把水加壓從噴嘴噴射出來(lái)，形成噴流，在噴流的出口速度比較低時(shí)，形成平滑的層流噴流。該噴流在某一定距離落下，就產(chǎn)生軸對(duì)稱的振動(dòng)，致使噴流破壞，形成液滴流。在不產(chǎn)生振動(dòng)的范圍內(nèi)，噴射距離較長(zhǎng)，可得到強(qiáng)冷卻，所以使用在噴射距離460遠(yuǎn)，并需要進(jìn)行強(qiáng)冷卻的地方。如

45、在熱軋輸出輥道上采用的管層流冷卻和幕狀層流冷卻。 （2）噴流冷卻若增加噴流出口速度，層流就變成了紊流噴流，在噴流表面產(chǎn)生疙瘩狀的混亂而達(dá)到噴流破斷，用達(dá)到破斷前的連續(xù)的噴流進(jìn)行冷卻的方法叫噴流冷卻。這種冷卻方法穿透性好，在水膜厚的場(chǎng)合使用，如厚板的壓力淬火和輥式淬火。(3 噴射冷卻把水加壓從噴嘴噴出時(shí)，在大于連續(xù)噴流的流速下，液流破斷，形成液滴群，沖擊固體表面，用這種液滴群進(jìn)行冷卻的方法叫噴射冷卻。噴射噴嘴可控制的冷卻能力范圍不太寬，并且需要比上述冷卻方法更高的水壓；可用于鋼板控制冷卻的下部冷卻。 (4 噴霧冷卻使用加壓空氣把水噴成霧狀進(jìn)行的冷卻。使用空氣的目的是：加速液滴，提高冷卻能力；把液

46、滴微細(xì)化，給予不太大的動(dòng)能，微調(diào)冷卻能力。由于使用空氣和水，配管系統(tǒng)和噴嘴結(jié)構(gòu)也稍變復(fù)雜，但能在從空冷到強(qiáng)水冷卻的較廣的范圍內(nèi)控制冷卻的能力。當(dāng)有必要在大范圍內(nèi)控制冷卻能力和水的使用量受到限制并有必要進(jìn)行強(qiáng)冷卻時(shí)，噴霧冷卻是有效的。(5 浸漬冷卻把鋼材浸在冷卻水中進(jìn)行冷卻的方法。這是早就有的最簡(jiǎn)單的冷卻方法。用此法冷卻，對(duì)冷卻能力的控制是困難的，冷卻的均勻性也差。為此常使用水流或空氣流對(duì)靜止的冷卻水進(jìn)行攪拌，以提高冷卻能力和冷卻均勻性。 (6 管內(nèi)流水冷卻水在管內(nèi)或平行板問流動(dòng)對(duì)鋼材進(jìn)行冷卻的方法。對(duì)于冷卻水平行于傳熱面流動(dòng)和水沖擊傳熱面兩種情況來(lái)說(shuō)，一般認(rèn)為后者具有大的冷卻能力。但實(shí)際上，沒

47、有自由表面的平行水流，有可能達(dá)到更大的冷卻能力。 (7 空冷把高溫物體放置在自然條件下，不進(jìn)行任何水或空氣的強(qiáng)制冷卻，只靠自然對(duì)流和輻射散失熱量。 (8 強(qiáng)制風(fēng)冷該法是介于空冷和弱水冷之間的一種噴射氣體的冷卻方法，通常叫做風(fēng)冷，廣泛地應(yīng)用于鋼鐵生產(chǎn)過程中。以上8種冷卻方法，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)工藝需要進(jìn)行選擇，并優(yōu)先考慮冷卻能力(或可能達(dá)到的冷卻速度 、冷卻的可控制性和冷卻的均勻性等特點(diǎn)。對(duì)于冷卻裝備還要考慮盡量節(jié)省水耗量、節(jié)省動(dòng)力、節(jié)省投資、占地面積小、噪聲小和維修方便等方面。 6 應(yīng)用效果控制冷卻的應(yīng)用效果有：(1 節(jié)省能耗，降低生產(chǎn)成本。利用鋼材軋后余熱，通過控制冷卻控制相變過程，可以部分

48、取代以前一直采用的軋后經(jīng)再加熱進(jìn)行的正火或淬火一回火的熱處理工藝。節(jié)省了再加熱的能耗，減少了工序，縮短了生產(chǎn)周期，從而降低了生產(chǎn)成本。(2 提高鋼材強(qiáng)度改善鋼材韌性。經(jīng)控制冷卻的鋼材，強(qiáng)度可以提高很大，韌性也得到改善。(3 降低碳當(dāng)量提高焊接性能。對(duì)于某一強(qiáng)度級(jí)別的鋼材，可以降低原鋼種的碳含量和合金元素含量，使碳當(dāng)量降低，從而提高焊接性能。另外還可能用給定化學(xué)成分的鋼號(hào)，采用不同的控制冷卻工藝，生產(chǎn)出不同級(jí)別的鋼材來(lái)。(4 控制冷卻與控制軋制相結(jié)合，選擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)成分，可創(chuàng)造出新的鋼種。如已生產(chǎn)出含Ni3.5%的控制冷卻型低溫用鋼，代替含Ni3.5%的熱處理型低溫用鋼。控冷后得到非常細(xì)小的貝氏

49、體組織，即使碳當(dāng)量很低也能達(dá)到需要的強(qiáng)度，低溫韌性也好。1. 4研究的意義、背景及目的1. 4. 1研究的意義各種嚴(yán)峻、苛刻的使用環(huán)境對(duì)材料的使用性能提出了更高的要求。低屈強(qiáng)比耐火鋼的研究是關(guān)系到國(guó)民生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域尤其是建筑行業(yè)的發(fā)展。1. 4. 2研究的背景高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，將造成巨大的人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失。例如，發(fā)生于2001年震驚世界的9.11事件中，美國(guó)紐約世貿(mào)大廈遭到飛機(jī)撞擊后1h ，兩座高達(dá)417m 的摩天大樓相繼轟然倒塌。事后經(jīng)研究證明，世貿(mào)大廈姊妹樓倒塌的直接原因并非由飛機(jī)的強(qiáng)大撞擊所造成，而是飛機(jī)爆炸后燃油所釋放的巨大熱量，使大廈鋼結(jié)構(gòu)框架難以再承受巨大的負(fù)荷，最終導(dǎo)致兩座雄

50、偉的建筑變?yōu)橐黄瑥U墟。這個(gè)事件提醒人們，高層建筑用鋼不僅要具有良好的強(qiáng)韌性、理想的抗震性能，還要有耐火性能。自1978年始中國(guó)引入微合金化和控制軋制技術(shù)以來(lái)，微合金化加控軋控冷技術(shù)的應(yīng)用日趨成熟，目前已成為開發(fā)鋼材的主要技術(shù)手段。為了適應(yīng)我國(guó)現(xiàn)代建筑事業(yè)的發(fā)展需要，國(guó)內(nèi)建筑用耐火鋼的研制、生產(chǎn)也逐步跟上步伐。耐火鋼技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化也急需開展。Q235和SM400作為普通的建筑用鋼可以滿足抗震性能的要求，然而這些建筑鋼在350以上的高溫時(shí)屈服強(qiáng)度會(huì)突然下降，特別是在600時(shí)，它們的屈服強(qiáng)度會(huì)小于室溫屈服強(qiáng)度的2/3，已經(jīng)不能滿足高層建筑所需的耐火性能要求。為了適應(yīng)高層建筑的發(fā)展，提高鋼材的耐火性能，

51、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試制。1. 4. 3研究的目的通過控扎控冷及合金化等手段，使耐火鋼不僅要求滿足普通建筑用鋼的標(biāo)準(zhǔn)，室溫力學(xué)性能等同或優(yōu)于普通建筑用鋼，而且還要求具有較低的屈強(qiáng)比和優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、良好的焊接性能和加工成型性能等。1. 5研究?jī)?nèi)容(1 熱溫度對(duì)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的顯微組織的影響低合金鋼在高溫?zé)峒庸み^程奧氏體晶粒尺寸和形態(tài)是控制鋼材成品性能的重要基礎(chǔ)，因此，找出熱溫度對(duì)低合金鋼連續(xù)轉(zhuǎn)變的顯微組織的影響規(guī)律，有重要意義。(2 高溫加熱、變形奧氏體連續(xù)冷卻時(shí)相變和顯微組織研究明確不同溫度的高溫加熱和變形奧氏體以不同的冷卻速度進(jìn)行連續(xù)冷卻時(shí)對(duì)組織的轉(zhuǎn)變的影響，對(duì)控制在熱加工過程中低合金鋼組織的轉(zhuǎn)變以及

52、為得到需要的組織有著極為重要的意義。(3 高溫變形奧氏體等溫相變的顯微組織研究高溫?zé)峒庸r(shí)奧氏體在不通的過冷度下的等溫轉(zhuǎn)變過程，對(duì)轉(zhuǎn)變完成的顯微組織有很大的影響。(4 在Gleeble-1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行熱模擬試驗(yàn)，研究變形和連續(xù)冷卻過程中組織轉(zhuǎn)變情況。2 450MPa 級(jí)低屈強(qiáng)比耐火鋼的研究Q235和SM400作為為普通的建筑用鋼滿足抗震性能要求，然而這些建筑鋼在350以上的高溫時(shí)屈服強(qiáng)度會(huì)突然下降，特別是在600時(shí)，它們的屈服強(qiáng)度會(huì)小于室溫屈服強(qiáng)度的2/3，已經(jīng)不能滿足高層建筑所需的耐火性能要求。為了適應(yīng)高層建筑的發(fā)展，提高鋼材的耐火性能，根據(jù)日本JISG3136標(biāo)準(zhǔn)要求, 450

53、MPa 級(jí)低屈強(qiáng)比耐火鋼的性能指標(biāo)為：表2-1 450MPa 低屈強(qiáng)比耐火鋼力學(xué)性能要求 2. 1化學(xué)成分設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想1 碳、錳元素是高強(qiáng)度低合金鋼的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。但是，為使高層建筑用鋼具有良好的焊接性能，控制焊接碳當(dāng)量eq C 是非常重要的措施。因此，在鋼的成分設(shè)計(jì)上采用低碳微合金化的設(shè)計(jì)思想，加入鈮、釩、鈦等這些微合金元素的一種或幾種，從而降低對(duì)焊接性能影響最大的碳含量。2 在不影響焊接性能的前提下，為了提高鋼在600下的屈服強(qiáng)度，Mo 、Cr 、Nb 是必須添加的合金因素10。3 為保證高層用鋼具有良好的塑性和韌性，還要最大限度地控制磷、硫等有害于塑性和韌性的雜質(zhì)含量。4 成本盡可能低。2

54、. 2實(shí)驗(yàn)方案2. 2. 1實(shí)驗(yàn)材料基于上述思想，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了3種不同成分鋼，化學(xué)成分如表2-2所示。其中A 為不含鈮鋼，B 為含鈮鋼，C 鋼含有鈮并且碳含量較多。實(shí)驗(yàn)所用鋼坯是在100kg 中頻感應(yīng)爐中冶煉。鋼錠被鍛成鍛坯，鍛坯尺寸為150mm100 mm45mm 。表2-2 450MPa 級(jí)耐火鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，% 2. 2. 2實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)工藝A ：3種實(shí)驗(yàn)鋼的熱軋實(shí)驗(yàn)在375375二輥可逆式軋機(jī)上進(jìn)行，鍛坯的加熱溫度為1200，保溫1h 。熱軋工藝分為兩階段（再結(jié)晶未再結(jié)晶區(qū)）控制軋制，變形過程為45mm 33%30mm 50%15mm 45%8mm 25%6mm 。軋后立即進(jìn)行噴淋冷卻，冷卻速度為12/s，冷卻到所需的終冷溫度，具體實(shí)驗(yàn)工藝如圖2-1所示。為了與實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)卷取過程相一致，將熱軋板放入保溫爐保溫1h ，然后隨爐冷卻。 圖2-1控制熱加工工藝示意圖實(shí)驗(yàn)工藝B ：將實(shí)驗(yàn)鋼A 、B 按圖2-1所示的工藝進(jìn)行熱軋實(shí)驗(yàn)。加熱溫度、各道次變形量及各道次變形溫度與實(shí)驗(yàn)方法1相同。與實(shí)驗(yàn)方法1不同的是，終軋后并不立即冷卻，而是空冷到700時(shí)才開始噴淋冷卻，冷卻速度為12/s。 圖2-2 高溫拉伸試樣尺寸常溫及高溫拉伸試樣均從熱軋實(shí)驗(yàn)板中心部位橫