MPaIII级钢筋的生产.ppt
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400MPa级热轧钢筋的生产Productionof400MPaProductionof400MPaGr.hotGr.hotrollderibbodrollderibbodbarbar东涛东涛DongTaoDongTao付俊岩付俊岩FuFuJunyanJunyan中信微合金化技术中心中信微合金化技术中心CITICCBMMCITICCBMMMicroalloyingTechnoloygMicroalloyingTechnoloygcentercenter2004.7.152004.7.151提要今后数年我国对400MPa级钢筋实际需求将保持高增长,改善生产条件和提高技术水平是钢筋生产企业的迫切要求。
本文依据国内外的生产经验,力图说明铌微合金化钢筋生产的基本原理和技术要点。
2内容内容n400MPa级热轧钢筋生产的工艺途径n铌微合金化作为钢筋生产首选方案的依据n铌微合金化钢筋生产的工艺要点3400MPa级热轧钢筋的生产现状及未来需求级热轧钢筋的生产现状及未来需求表1(万吨)*为粗钢设计能力及预测消费量年份19982000200120022003*设计能力2005*设计能力2010*设计能力1)粗钢总产量1145912850181552469732078.0139983.432)钢材表观消费量104001310015500196222220024000280003)建材总消费量4366.856237.947810.079148.011220014424171604)钢筋消费量2208.452814.763687.924492.69570057706860占2)比例%21.2421.4923.7922.9225.6824.0924.5占3)比例%40.0737.7040.3341.6846.7340.0039.985)400MPa钢筋_26.467376.7034180.800540800100030003500占4)比例%_0.942.084.039.4813.817.343.751.04400MPa级热轧钢筋的工艺途径级热轧钢筋的工艺途径n主要工艺途径微合金化微合金化余热处理余热处理超微晶化超微晶化2525MnSiMnSi2020MnSiNbMnSiNb(0.030.05%(0.030.05%NbNb)2020MnSiVMnSiV(0.040.08%V)(0.040.08%V)2020MnTiMnTi(.010%Ti)(.010%Ti)轮缘回火轮缘回火韧芯回火韧芯回火Q235(DIFT)Q235(DIFT)dd6m6m1151.11.1微合金化微合金化微合金化微合金化AlSiTiVCrMnZrNbMoREHfTaW周周期期33445566簇簇VVIVIIVVIVIINbNb的特性的特性与与CC、NN高亲和力高亲和力在在-Fe-Fe和和-Fe-Fe中析出中析出能力能力-Fe-Fe中析出强化中析出强化与氧无不利作用与氧无不利作用图图11铌在元素周期表中的位置铌在元素周期表中的位置61.11.1微合金化微合金化微合金化微合金化aabbcc图图22NbNb、VV和和TiTi对抗拉强度和夏比对抗拉强度和夏比VV形冲击形冲击50%50%FATTFATT的影响的影响a-a-空冷;空冷;b-b-加速冷却;加速冷却;c-c-控轧后直接淬火控轧后直接淬火71.21.2余热处理余热处理余热处理余热处理图图33带肋钢筋穿水冷却过程的组织变化带肋钢筋穿水冷却过程的组织变化81.31.3超细晶化超细晶化超细晶化超细晶化图图44普碳钢普碳钢Q235Q235钢筋铁素体晶粒尺寸与屈服强度关系钢筋铁素体晶粒尺寸与屈服强度关系及晶粒尺寸为及晶粒尺寸为66mm时的低温冲击力时的低温冲击力由东北大学与鞍钢已共同完成了由东北大学与鞍钢已共同完成了“超级钢热轧带肋线材研究超级钢热轧带肋线材研究”,并于,并于20032003年年1212月月批量生产了批量生产了Q235Q235线材,晶粒细化到线材,晶粒细化到55mm,实现了屈服强度翻番,强屈比大于实现了屈服强度翻番,强屈比大于1.31.391.31.3超细晶化超细晶化超细晶化超细晶化图图520520MnSiNbMnSiNb晶粒度与屈服强度的关系晶粒度与屈服强度的关系10铌铌铌铌微合金化作为钢筋生产首选方案的依据微合金化作为钢筋生产首选方案的依据微合金化作为钢筋生产首选方案的依据微合金化作为钢筋生产首选方案的依据2.12.1抑制再结晶抑制再结晶抑制再结晶抑制再结晶晶粒粗化晶粒粗化晶粒粗化晶粒粗化表表22溶质阻止再结晶参量测算数据溶质阻止再结晶参量测算数据(=2/s)=2/s)112.12.1抑制再结晶抑制再结晶抑制再结晶抑制再结晶晶粒粗化晶粒粗化晶粒粗化晶粒粗化图图66几种含几种含NbNb钢的动态钢的动态RTTRTT与与PTTPTT曲线,曲线,表示出沉淀与再结晶的相互作用表示出沉淀与再结晶的相互作用温温度度CC122.22.2扩大奥氏体非再结晶区轧制窗口扩大奥氏体非再结晶区轧制窗口扩大奥氏体非再结晶区轧制窗口扩大奥氏体非再结晶区轧制窗口表表33一系列低碳微合金钢的无再结晶温度一系列低碳微合金钢的无再结晶温度TTNRNR范围范围132.22.2扩大奥氏体非再结晶区轧制窗口扩大奥氏体非再结晶区轧制窗口扩大奥氏体非再结晶区轧制窗口扩大奥氏体非再结晶区轧制窗口图图77不同的变形条件下产生的奥氏体组织的示意图不同的变形条件下产生的奥氏体组织的示意图142142变变形形温温度度142.22.2扩大奥氏体非再结晶区轧制窗口扩大奥氏体非再结晶区轧制窗口扩大奥氏体非再结晶区轧制窗口扩大奥氏体非再结晶区轧制窗口图图80.03%80.03%NbNb钢中铁素体晶粒尺寸随钢中铁素体晶粒尺寸随SvSv的变化的变化实实152.32.3形变诱导铁素体相变(形变诱导铁素体相变(形变诱导铁素体相变(形变诱导铁素体相变(DIFT)DIFT)图图99形变诱导铁素体相变与传统形变诱导铁素体相变与传统TMCPTMCP的关系的关系162.32.3形变诱导铁素体相变(形变诱导铁素体相变(形变诱导铁素体相变(形变诱导铁素体相变(DIFT)DIFT)DIFTDIFT与通常的与通常的-相变有所不同,它是一种动态的以形相变有所不同,它是一种动态的以形核为主的、快速形成的铁素体,以超细晶为特征。
核为主的、快速形成的铁素体,以超细晶为特征。
在工艺操作上,又有一些特点:
在工艺操作上,又有一些特点:
1)1)出现于出现于Ar3Ar3的形变,一般在的形变,一般在Ar3+2030Ar3+2030CC;2)2)过冷度、形变量、形变速率对过冷度、形变量、形变速率对DIFTDIFT十分敏感;十分敏感;3)3)铁素体形核由奥氏体晶界向晶向扩展;铁素体形核由奥氏体晶界向晶向扩展;4)4)DIFDIF又极易再结晶并随之粗化;又极易再结晶并随之粗化;5)5)铌的析出有利于铌的析出有利于DIFTDIFT发生发生172.42.4促进中温转变促进中温转变促进中温转变促进中温转变图图1010晶粒尺寸和贝氏体体积百分数与冷却速率的关系晶粒尺寸和贝氏体体积百分数与冷却速率的关系182.42.4促进中温转变促进中温转变促进中温转变促进中温转变图图1111NbNb、VV和和TiTi对加速冷却钢中贝氏体和铁素体对加速冷却钢中贝氏体和铁素体体积分数的影响体积分数的影响192.52.5铁素体晶内析出铁素体晶内析出铁素体晶内析出铁素体晶内析出图图1212质点阻止晶粒长大的效果质点阻止晶粒长大的效果质点(体积)分数质点(体积)分数%晶晶粒粒尺尺寸寸(半半径径)nnmm202.52.5铁素体晶内析出铁素体晶内析出铁素体晶内析出铁素体晶内析出图图130.01-0.5%130.01-0.5%CC钢析出强化产生的屈服强度增量钢析出强化产生的屈服强度增量(13001300CC均热,均热,600600CC等温处理达到最大强度增量)等温处理达到最大强度增量)212.62.6含铌钢筋强化因素的综合分析含铌钢筋强化因素的综合分析含铌钢筋强化因素的综合分析含铌钢筋强化因素的综合分析强化三类机制:
强化三类机制:
1.1.晶粒细化晶粒细化2.2.铁素体晶内析出铁素体晶内析出3.3.贝氏体组织及基体位错亚结构贝氏体组织及基体位错亚结构抑制再结晶与晶粒粗化抑制再结晶与晶粒粗化奥氏体非再结晶区形变奥氏体非再结晶区形变形变诱导铁素体的相变形变诱导铁素体的相变过冷奥氏体过冷奥氏体-细化细化22图图1414含铌钢筋强化因素的强度增量分析含铌钢筋强化因素的强度增量分析0200Rel238MPa100贝氏体强化、位错亚结构铁素体晶内析出强化过冷奥氏体相变细化形变诱导铁素体相变超细晶非再结晶奥氏体区形变抑制再结晶奥氏体晶粒粗化Rel462MPa(强度增量Mpa)126418256045300400500F+14%P+少量Bd=812umQ345+0.032%Nb,16mmTf+860轧后3.5/s冷却Q235,16mmTf=980轧后空冷F+18%Pd=18-24UM屈服强度ReL(Mpa)23铌铌铌铌微合金化钢筋生产的技术要点微合金化钢筋生产的技术要点微合金化钢筋生产的技术要点微合金化钢筋生产的技术要点3.13.1由用途和技术要求选择化学成分规范由用途和技术要求选择化学成分规范由用途和技术要求选择化学成分规范由用途和技术要求选择化学成分规范图图1515钢筋的典型应力应变图钢筋的典型应力应变图欧洲钢筋及伸展盘条对最大力下的伸长率欧洲钢筋及伸展盘条对最大力下的伸长率gtgt(均匀伸长率)均匀伸长率)分为三级:
分为三级:
A.2.5%B.5.0%C.7.5%A.2.5%B.5.0%C.7.5%241)1)铁素体铁素体铁素体铁素体-珠光体珠光体珠光体珠光体-少量贝氏体型组织少量贝氏体型组织少量贝氏体型组织少量贝氏体型组织2)2)拉伸应力拉伸应力拉伸应力拉伸应力/应变曲线具有明显屈服平台应变曲线具有明显屈服平台应变曲线具有明显屈服平台应变曲线具有明显屈服平台表表44推荐化学成分(推荐化学成分(%)252)2)铁素体铁素体铁素体铁素体-珠光体珠光体珠光体珠光体-少量贝氏体型组织少量贝氏体型组织少量贝氏体型组织少量贝氏体型组织拉伸应力拉伸应力拉伸应力拉伸应力/应变曲线呈连续屈服特征应变曲线呈连续屈服特征应变曲线呈连续屈服特征应变曲线呈连续屈服特征表表44推荐化学成分(推荐化学成分(%)263.23.2确定钢坯的适宜均热温度确定钢坯的适宜均热温度确定钢坯的适宜均热温度确定钢坯的适宜均热温度铌碳氮化物的固溶度积公式铌碳氮化物的固溶度积公式铌碳氮化物的固溶度积公式铌碳氮化物的固溶度积公式273.23.2确定钢坯的适宜均热温度确定钢坯的适宜均热温度确定钢坯的适宜均热温度确定钢坯的适宜均热温度表表66NbNb在奥氏体中最大溶解度(在奥氏体中最大溶解度(%)均热温度(C)0.20C,0.004N0.20C,0.008N13000.1290.064512500.1050.052512000.08420.042111500.06670.033411000.05190.025910500.03970.019810000.02970.01499500.02170.01089000.01540.0077对于含铌量为对于含铌量为0.04%0.04%的钢,在普通含氮量和较高含氮量的情况下均热温度的钢,在普通含氮量和较高含氮量的情况下均热温度283.33.3控制终轧温度控制终轧温度控制终轧温度控制终轧温度图图1616终轧温度对铁素体晶粒尺寸的影响终轧温度对铁素体晶粒尺寸的影响终轧温度(终轧温度(CC)293.33.3控制终轧温度控制终轧温度控制终轧温度控制终轧温度表表7
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