HRB400E抗震钢筋研制与开发

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建筑结构的快速发展对建筑用钢材提出了越来越高的要求。特别是在汶川地震后，高强度、高性能抗震钢筋的生产开发成为国内外的研究热点。根据地震时高应变低周疲劳的受力特点，抗震钢筋要求在具有同级别普通钢筋的强度水平外，还需要满足对实测抗拉强度与实测屈服强度特征值之比≥1.25，实测屈服强度与屈服强度特征值之比≤1.30，钢筋的总伸长率不小于9％的条件。细晶强化是通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法。根据Hall-Petch公式，晶粒细化是目前唯一可以做到既提高强度，又改善塑性和韧性的方法。在钢筋的生产中，普遍采用微合金化和控制轧制的方式来实现晶粒的细化，以获得良好的综合性能，因此，本文研制的HRB400E抗震钢筋将在生产HRB400高强度钢筋的基础上利用钒氮微合金化技术调整钢的化学成分，并通过控制精轧温度与轧后水冷+空冷的冷却方式得到室温细小的铁素体+珠光体组织。
　　本文在转炉冶炼过程中进行钒氮微合金化，随后按照钢坯加热-粗轧-中轧-精轧-冷却的方式控制轧制。为防止出现轧制纤维组织和得到具有大量变形带的奥氏体未再结晶晶粒，从而相变以后能得到细小的铁素体晶粒组织，精轧最后一个道次即终轧温度控制在Ar3即910℃附近。N元素的加入可以促进V元素的析出，通过电解相测得钢筋中的析出钒比例为31.82％。一方面析出钒为奥氏体向铁素体的相变提供较多的非均匀形核位置，有利于奥氏体中先共析铁素体的析出，同时水冷+轧后空冷使钢筋再结晶大部分在珠光体和细片状珠光体转变温度区间进行，可一定程度提高钢筋中珠光体组织的比例，从而改善组织均匀性；另一方面析出钒通过在钢中奥氏体晶界的沉淀钉扎作用达到细化晶粒的目的。通过平均截线法测得钢筋的平均晶粒度约为11级，组织均为先共析铁素体+珠光体，由于边部冷却速度较快引起珠光体形核率增加，使珠光体边部含量较心部多，且粗轧温度在890-910℃，可能造成1150℃开轧时的奥氏体成分不均，从而在空冷时产生网状先共析铁素体。利用XRF测定了研制出的钢筋的主要化学成分为：（wt％）：C=0.24，Mn=1.31，V=0.036，N=0.008，碳当量Ceq=0.47；室温拉伸试验得到钢筋母材的屈服强度为475MPa，抗拉强度632MPa，实测抗拉强度与实测屈服强度特征值之比为1.33，钢筋的实测屈服强度与屈服强度特征值之比1.19，总延伸率约26％；焊接件的平均屈服强度和抗拉强度分别为Rel=473MPa，Rm=610MPa，断裂位置在焊缝，成脆性断裂；钢筋具有良好的反弯性能以及钢筋的表面质量、尺寸精度。所有条件都符合抗震钢筋的国家标准，故通过本文的钒氮微合金化+控制轧制的方式可以成功生产出HRB400E，对工业生产具有较好的指导意义。

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作者
许后昌;
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作者单位

重庆大学;

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授予单位重庆大学;
学科材料工程
授予学位硕士
导师姓名黄光杰;
年度 2010
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TG335.64;TG142.13;
关键词
建筑材料; 钢筋轧制; 微合金化; 晶粒细化;

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