高层建筑耐火钢控轧控冷工艺研究毕业论文

1、图书分类号: 密 级：徐州尤程f院毕业设计（论文）高层建筑耐火钢控轧控冷工艺研究RESEARCH ON THE CONTROLLEDROLLING AND COOLING PROCESS OFHIGH-RISE BUILDING FIRE-RESISTANTSTEEL学生姓名09 材控 2 学号 200906 10213学院名称机电工程学院专业名称材料成型及控制工程指导教师2013 年 5 月 22 0徐州工程学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下,独立进行 研究工作所取得的成果。除文中已经汪明引用或参考的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写

2、过的作品或成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名:日期： 年 月 日徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定,即: 本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复E卩件 和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文 的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库 进行发布和检索，可以采用影卩、缩E卩或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。

3、导师签名：日期：论文作者签名: 日期：徐州工程学院毕业设让（论文）摘要钢结构作为当代建筑的一种重要形式，代表了当今建筑结构的发展趋势。然而，有一 个钢结构的致命缺陷是防火性能差。为了防止火灾引起的钢结构建筑的灾难性破坏，确保 人员、财产的安全，因此建筑标准规定用耐火涂层保护钢结构。但是，喷涂耐火涂层的长 期工作会危害工人的健康，并且延长了丄期，增加了建造成本。此外，耐火涂层还减少了 建筑物的有效使用面积，喷涂作业的飞溅物还易引发环境污染。因此，安全、环保、提高 劳动生产率和降低成本是当代建筑不可避免的发展趋势，在这一发展趋势下，耐火钢应运 而生。本论文采用了实验室试制的耐火钢，对它们的力学性能

4、进行了检测与分析，并通过 在不同的温度下回火，研究了回火温度及回火时间对实验钢微观组织的影响，探讨了耐火 钢性能与微观组织之间的关系。本文利用GleelelSOO热模拟机对含Cr、Mo. Ti和Nb等 合金元素的建筑用耐火钢进行了研究，结果表明，含有铁素体和粒状贝氏体组织的试验钢 有优良的综合性能，经过550-C回火后可很好的满足450MP;i级建筑用耐火钢的各项技术 要求，这为丄业化大生产提供了理论指导。关键词 耐火钢；控轧控冷工艺；屈强比32AbstractSteel structure of Modern architecture is an important form of stru

5、cture, the representative of the current structure of the new trend of developnlent. 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 prope

6、rty, so the building 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, s

7、pray splashes also causes environmental pollution. Therefore, safety, environmental protectioru reduce costs and imp rove labor productivity is the devel op inent trend of Modern architecture, refractory steel precisely in order to adapt to this trend of developmenl and. This paper adopts laboratory

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

9、 steel. By using the GIeelel500 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 com prehensive p erformance, after 5509 temp ering can well satisfy the 450MPa fire resistant steel for buildings t

10、he technical requirements for the industrialized production, which provides theoretical guidance.Keywords fire-resistant Controlled rolling and Controlled Cooling yield-strength ratioIIIII24567781212121212131313131415151720202022222324242425摘要Abstract1绪论1. 1 引言1.2耐火钢1. 2. I耐火钢的概念1.2.2耐火钢的性能指标 -1.2.3

11、影响耐火钢高温强度的因素1.2.4国外耐火钢的现状及发展1.2.5国内耐火钢的现状及发展1.3控扎控冷技术1.3. 1控制轧制1.3.2控制冷却1.4研究的背景、意义和目的1.4. 1研究意义1.4. 2研究背景1.4.3研究目的1.5研究内容2 450MPa级低屈强比耐火钢的研究2. 1化学成分2.2实验方案 2. 2. 1实验材料2.2.2实验方法2. 3实验结果2.3. 1力学性能检验结果2.3.2实验钢的显微组织2.4讨论2.4. 1铁素体晶粒组织对屈强比的影响2. 4.2珠光体、贝氏体含量对屈强比的影响2. 4.3终轧温度对屈强比的影响2. 4.4终冷温度对屈强比的影响2. 5本章小

12、结3合金元素对450MPa级低屈强比耐火钢的影响3.1微合金的发展3. 1. 1微合金的特点3. 1.2微合金元素在耐火钢中的作用3. 1.2.1微合金对钢料常温力学性能的影响3-1.2. 2微合金对钢料高温力学性能的影响3. 2本章小结结论致谢262728293031参考文献1绪论1.1引言高层建筑钢是现代大都市的标志，美国纽约的曼哈顿帝国大厦自1931年建成以来， 其世界第一高楼的记录不断被打破。最近落成的迪拜塔，以其令人难以想象的高度超过了 台北IOI大楼，成为无可争议的大金世界第一。20世纪摩天大楼主要集中在美国、日本等发达国家，但9.H事件之后，我国高速增长 的经济促进了高层建筑的发

13、展，到2009年年底全国100m以上的高层建筑有1500余幢山, 其中仅上海就有200多幢；建成和在建的300m以上摩天大楼有60幢,占全球的3/4以 上，天津拥有的数量最多（14幢），重庆位居第二（7槿）。如今我国到处可见高耸入云的 塔吊和鳞次栉比的高楼大厦，它中的每一根钢筋、每一块水泥和玻璃都记录着共和国腾飞 的辉煌。尽管高层建筑是人们心U中评价城市规模的一把尺子，然而，“高处不胜寒”，拔地 而起的高层建筑需要有抵御强风、暴雨、雷击、地震、自重以及其他各种灾害的能力，因 而要求为其承担载荷的钢铁材料要具有比普通材料更优越的综合性能，即除了应有的强 度、韧性和塑性外，还要有良好的Z向性能、抗

14、震性能和耐火性能。建筑业是中国国民经济的支柱产业，也是中国钢材消费量最大的行业。中国正处于工 业化快速发展的时期，基础设施规模较大，同时城镇化水平正在不断提高，因此对建筑用 钢材的需求量迅速增加，并将在相当长时间内有一个稳定需求。建筑的有效空间也因防火包覆而减在美国9.11事件后，钢结构建筑用在钢结构建筑中，存在两大问题：钢的腐蚀和火灾时钢构件的软化。在自然气候下， 钢材受蚀减薄5年可达1mm以上。另一方面，当钢的温度达到350摄氏度及其以上时， 钢的屈服强度下降至规定的室温屈服强度的2/3或更低，低于钢结构要求的屈服强度。因 此，建筑物所使用的钢材在高温状态下会因强度降低而失去承载能力，致使

15、建筑物倒塌而 造成人员伤亡和财产损失。为使钢构件的温度在火灾期间不超过350摄氏度，钢结构必须 用耐火涂层加以保护，这样就会使得建筑成本增加、工期延长，同时在喷涂耐火材料时， 还会危害人的身体健康并造成严重的环境污染；此外， 少并影响美观。曲此，特别提出了开发耐火钢的课题。 的钢防火性能更加引起了人们的高度重视。12耐火钢121耐火钢的概念 轧制钢材一类，在我国它被归属于建筑用低合金结构钢的范畴。对火灾有一定抵抗能力的钢材我们称之为耐火钢,在日本耐火钢被归属于焊接结构用耐火钢与普通的建筑用钢不同，普通的建筑用低合金结构钢如15MnV、16Mn等在 达到350-C左右温度时他们的屈服强度将降至室

16、温时的2/3以下，这低于建筑结构要求的 屈服强度（承载许用应力）。因此必须喷涂耐火绝热涂层，这不仅费工费时，对操作人员 的身体健康也有影响。建筑结构的质量增加了，室内空间因而相应减少，建造成本增加。 为减少直到不用绝热涂层，钢材被要求能够在高温下保持较高的强度水平，于是耐火钢自 此产生。耐火钢生产中通过加入規、钮等元素合金化，使其能够在35060（rC的高温下卜3小 时内仍保持较高的强度水平，从而增加建筑物抵抗火灾的能力，提高建筑物的安全及稳定 性。耐火钢合金元素含量对比普通建筑用低合金结构钢，显然要稍高一些。1.2.2耐火钢的性能指标高层建筑一旦发生火灾，将造成巨大的人员伤害和财产损失。例如

17、,发生于2001年震 惊世界的91事件中，美国纽约世贸大厦遭到飞机撞击后1小时，两座高达417m的摩天 大楼相继轰然倒塌。事后经研究证明，世贸大厦姊妹楼倒塌的直接原因并非由飞机的强大 撞击所造成，而是飞机爆炸后燃油所释放的巨大热量，使大厦钢结构框架难以再承受巨大 的负荷，最终导致两座雄伟的建筑变为一片废墟。这个事件提醒人们，高层建筑用钢不仅要具有&好的强韧性、理想的抗震性能，还要 有耐火性能。2002年年初，国内某废钢用户购得因9.11事件倒塌的纽约世贸中心一批建筑 废钢，为了了解20世纪70年代初国外建筑用钢板的主要特点及其实物质量，在这些废钢 中分拣出若干试样进行了化学成分、常规性能及高温

18、性能的分析实验，得到了具有参考价 值的数据，如表1-1和1-2所示。表11纽约世贸大厦钢板的化学成分（质量分数，）CSiMnCrMoPs0210.020880.090,0080.0140.015表1-2纽约世贸大厦钢板的力学性能钢板厚度/mmRdMPuA/%R&600 V)/MPaRel/RmRMMPuAkv(dC)/J6*122633611505647140从表1-2可知，世贸大厦所用钢材的屈强比很低，说明世贸大厦具有较好的抗震性能。 但同时也可以看出，其耐火性能明显不足（6009下钢的屈服强度只有115MP,这表明 当时高层建筑用钢还没有考虑耐火性能的要求。因此有理III相信，耐火能力不足

19、导致了这 两座摩天大厦在大型波音飞机高速撞击后g然不动，却在燃烧儿十分钟后轰然倒塌。耐火耐候钢作为新一代建筑用钢，必须具有抗层状撕裂性能、焊接性能、耐火性能和 防腐性能罠好等优点。耐火钢性能的基本要求是，在6009下保温2小时，屈服强度不低 于标准要求屈服强度最低值的2/3O普通建筑用钢（如Q235、Q345）屈服强度在3509以上高温时陡降，低于室温强度的 2/3,不能满足耐火要求。为了防止火灾对钢结构建筑带来的灾难性破坏，必须对钢结构喷 涂很厲的防火漆层进行保护，对钢结构建筑喷涂防火材料造成成本成倍增加，且工期延长, 美观受到影响，建筑的有效空间也因防火包覆而减少。另外，喷涂作业的飞溅还会

20、造成环 境的污染。因此，减少防火涂层，有效降低建筑成本和提高劳动生产率，是当代建筑用钢 的发展的大趋势，耐火钢正是在这一趋势下应运而生的。1987年3月，新耐火钢设计法 在日本建筑省颁布，该法律规定，高层建筑必须具有一定的耐火能力，减少或省掉喷涂耐 火材料，而且对钢材耐火时间也提出相应的要求。为了达到建筑部门对耐火钢材的要求，以欧洲一些钢铁公司以及新日铁为首的日本钢 铁公司已经着手研究和开发新型耐火钢种。设定耐火温度是耐火钢技术要求的关键，建筑 物的耐火能力不仅取决于采用的结构钢本身的耐高温性能，并且与防火涂层的疗度有关。 提高钢的耐火温度，可减少防火涂层。式（1.1）20世纪70年代，法国C

21、reusot-Loire公司研制出耐900-1000C的含Mo钢，山于Mo 含量过高，所以至今没有使用。90年代初期，欧洲一些国家和日本的新日铁公司对不同钢 材的高温性能进行了研究。结果表明，所有钢的屈服强度在500600C范ffl内均急剧下降。 当温度达到700C以上时，钢的屈服强度降到50MPa以下。对轧制后的钢材进行直接淬火 -回火处理，虽然提高了钢的常温屈服强度，但在6009以上高温区，其屈服强度降低很大, 然而轧制状态下钢材在600C左右屈服强度降低较少。耐火钢的耐火性能可用较高温度（耐 火温度）下的屈服强度与室温屈服强度之比来表征。Rcl-RT必须添加大量的合金元素才能保证钢的高温

22、强度，这不仅对钢的使用 而且大大增加了建筑成本，也降低了钢材的焊接性能。相反，若耐火 虽然合金元素的数量有一定的减少，但耐火钢使用的最初U的却无法式中，ReL-UT为耐火温度（UT）下的屈服强度；Rcl-RT为室温（RT）下的屈服强度。 设定耐火温度需要考虑发生火灾时承载钢材所处的环境温度和开发钢材的经济性。若耐火 温度设定在7（xrc, 性能造成很大影响， 温度设定在5（xrc,徐州工程学院毕业设计(论文)达到。经过综合分析，将耐火钢温度设定在6(xrc,虽然能节省一定数量的合金元素，但 达不到使用耐火钢的最初日的。经过综合分析，将耐火温度定为6009,而将耐火性能(幺) 的门槛值定为2/3

23、O日本JISG3136标准规定450MPa和490MPa级低屈强比耐火钢的成分 指标如表3-1和表3-2所不。1.2.3影响耐火钢高温强度的因素1)生产匸艺生产工艺对耐火钢的性能有着显著的影响。提高钢坯的加热温度，钢中的Nb、Mo合 金元素充分溶解，固溶量增加，钢中贝氏体体积分数因而相应增加，但是奥氏体晶粒也会W 为加热温度的升高而长大，这会导致铁素体晶粒粗化，降低钢的韧塑性，因此需要综合考 虑。加热温度一般控制在110013009之间，在9(xrc以下钢的室温强度和高温强度都会 降低随着终轧温度的升高而降低，在9(xrc附近达到最低值,然后随终轧温度的升高而增 加。在终轧温度低于80(rc时

24、,是奥氏体和铁素体两相区轧制，钢的强度会因为铁素体产生 加工硬化而升高，一般的钢材都会采取低温控轧来获得其ft好的低温韧性。而对于建筑用 耐火钢来说，不必着重强调其低温韧性，因此可在较高的温度下终轧，当终轧温度约为 lootrc时，钢的组织粗化,其高温强度随着贝氏体体积分数增加而相应有所提高。经空冷和 炉冷的金相组织为少量的粒状贝氏体和多变形铁素体，而粒状贝氏体主要是钢料水冷后的 组织，耐火钢的高温强度随着冷却速度的提高而逐渐增加，但韧性和塑性逐渐降低，这点 还需结合悄况再全面考虑。2)微合金在耐火钢中的作用(1) 耐火钢中Mo对其性能的影响Mo是提高钢的高温强度的合金材料中最为有效的一种，大

25、部分的Mo以固溶的形式存 在于铁素体中，强化了铁素体基体。Mo在铁素体中扩散速度在高温下较慢，因而可显著提 高钢的蠕变强度和高温强度，并且在高温时Mo与N、C结合形成氧化物，发生钉扎作用。 Mo对过冷奥氏体的稳定性还有提高作用，钢中贝氏体体积分数随着Mo的加入而相应增加, 高位错密度的贝氏体组织的存在使得耐火钢得到了良好的高温性能。同时渗碳体内Mo的 固溶度仅为4%,极易析出碳化物，这些碳化物可以导致其在高温下的二次硬化，使高温屈服 强度增强。通过M。的加入，在别的碳化物质点也会形成相应偏析层,偏析层的作用可有效 防止碳化物的聚集长大，使其高温屈服强度得到提高。此外，碳化物的析出驱动力也会因为

26、 Mo的加入而降低，碳化物的形核过程得到延缓,碳化物会更加细小地在基体中呈现弥散分 布，从而高温屈服强度得到强化。随w(Mo)的增加，室温下钢的强度稍有降低，而高温下钢 的强度却呈线性增加,Mo的加入使得钢材室温屈强比下降,这有效提高了钢结构的抗震 性。(2)耐火钢中Nb对其性能的影响Nb能够产生析出，从而表现出显著的析出强化效果,Nb与C、N原子能形成析出相 Nb(CN),这一析出相的硬度大，熔点高。当它开始析出时,Nb(CN)通过与基体保持的半共 格联系，提高了位错运动阻力，而且山于第二相质点的强度大，位错运动产生的弯曲大，因 而材料的屈服强度会有相应的增加，在热处理制度不同的悄况下,Nb

27、(CN)的尺寸有着fe好 的稳定性，所以拓温下Nb 42.2kgf/mn?) 的含規钢板，用来制造大口径输油管。澳大利亚和加拿大用控制轧制法生产出输油管 和其他结构用的高强度钢板。60年代中期，英国钢铁研究协会进行了一系列研究， 提出降低钢的含碳量改善延性和焊接性，利用银或帆获得商的强度，采用控制轧制法 来保证钢的韧性；还研究了規对奥氏体再结晶的抑制作用，以及对细化奥氏体晶粒的 有效作用等。60年代后期，日本用控制轧制法生产出低温韧性好的钢板，发展出一 系列新的生产工艺鬧。控制轧制是将金属塑性变形同固态相变结合在一起，使材料在加工时通过轧制温 度、变形量、变形速率等控制获得所需外形和尺寸的同时

28、，获得理想组织和优异强韧 性的热轧技术。这是不但能生产出强度、韧性都很高的钢材，而且还可以节约能耗。 控制轧制对轧机的设备生产控制水平、强度和动力均提出了较高要求。控制轧制工艺主要使用在含有微量元素的低碳钢种中，钢中常含有饥、钛、铠， 其总量一般小于0.1%。控制轧制主要是通过控制轧制的参数，包括变形量、温度等, 从而控制再结晶过程，获得所需要的组织和性能。钢的再结晶开始温度会随着某些元 素的加入升高很多，同时适当地降低轧制温度，使多道次变形的效果得到叠加，再结 晶在较低的温度和较大的变形量下进行，使钢材获得符合要求的组织和性能。根ffi塑 性变形、再结晶和相变条件，控制轧制可分为三阶段冋。在

29、奥氏体再结晶区控制轧制，在奥氏体再结晶温度以上的温度范ffl (29509) 内进行轧制时，使变形和再结晶交替进行，达到细化奥氏体晶粒的B的。山细化的奥 氏体变成的铁素体，其晶粒也是细化的，从而也钢的韧性也就得到了相应的提高。在奥氏体未再结晶区控制轧制，在奥氏体再结晶开始温度到A门以上进行轧制， 使奥氏体晶粒拉长，同时在晶内形成大量变形带，增加了奥氏体向铁素体转变时的晶 核生成能，获得极细小的铁素体晶粒，从而钢的韧性得到提高，并会在钢中形成規的 碳化物和氮化物，以抑制再结晶。在奥氏体和铁素体两相区控制轧制，在奥氏体和铁素体两相区温度范ffl内(Ah 以下)进行轧制时，伴随着珠光体析出的硬化和加

30、工硬化从而提高了钢的强度，降低韧 性-脆性的转变温度。但是山于产生了织构，板片方向的强度和冲击韧性都降低了。控制轧制技术已在生产中取得成效，应用范圉不断扩大。除含微量規、帆、钛的 钢外，含猛钢和硅镭钢的控制轧制也取得成效。把控制轧制的原理应用于各种钢材(如 不锈钢、轴承钢等)生产中，改进轧制工艺制度，以提高钢材的综合性能，就形成了 “广义的”控制轧制的概念。中国蕴藏着丰S的含規、帆、钛矿物，为应用、发展控 制轧制技术提供了 ft好的资源条件。中国自1975年系统地研究了控制轧制技术，已 在生产規钢、饥钛钢和低镭钢等低合金高强度结构钢方面取得成效。132控制冷却热轧后对钢材进行的旨在控制相变组织

31、和提高钢材力学性能的冷却。控制冷却是在精轧机后输出辗道上设置一个一定长度的冷却带，钢材热轧后通过冷却 带，按一定的冷却制度进行的冷却。冷却制度根据钢的化学成分和对钢材的组织性能的要 求决定。钢材的轧后控制冷却，是20世纪50年代兴起的技术，问世以后发展很快，已应用在 线材、带钢、厚板、钢管和型钢的生产上。在控制冷却的发展史上，线材控制冷却是最早 的。1957年美国路易斯(D. Lewis)提出，在精轧机和卷取机之间的输送管中喷水对线材进 行冷却。1959年克鲁姆(E. J. Crum)发明的一种“LOOPRO”线材控制冷却方法得到应 用。曲于能源危机和石油工业的发展，促进了控制冷却在带钢生产上

32、的应用。采用控制轧 制和轧后控制冷却工艺可生产出拓寒地区应用的具有高强度和好的低温韧性的管线用钢。 疗板生产应用控制冷却(见钢板控制冷却)比带钢生产要晚些，1980年在日本福山制铁所疗 板厂建成世界第一个厚板在线控制冷却装置。近年来控制冷却在钢管和型钢生产上也有应 用。1)理论基础轧后控制冷却的机理根据钢材冷却的3个阶段而有所不同。(1) 第一阶段：从终轧到Ars温度区间。终轧后，特别是在奥氏体未再结晶区轧制后， 在奥氏体内产生了大量变形和位错，奥氏体晶粒产生了很大变形。如在相变询进行定强度 的冷却，既可阻止碳化物过早析出，乂可阻止在高温下奥氏体晶粒的长大，同时也可增加 相变的过冷度，适当固定

33、位错，为变形奥氏体以后的相变做好组织上的准备。(2) 第二阶段：从Am到以后的相变温度区间。奥氏体在此温度区间上发生相变。在这 个温度区间冷却速度起着决定的作用。在得到F+P的范H内，冷却上速度越大，得到的珠 光体比例越多，珠光体的片层间距也越小，铁素体晶粒也细小。如以5-15C/s的冷却速度 进行冷却，则可得到F+B组织。在得到F+B的范围内冷却速度越大，得到的贝氏体比例 越大，贝氏体组织也越细小。在第二阶段，选择适当的冷却速度是非常重要的。而冷却速 度的选择则要根据钢的化学成分和所要求的钢材性能来决定。32徐州工程学院毕业设计(论文)（3）第三阶段：第二阶段后的空冷。空冷主要起自回火和消除

34、山前段快冷产生的应力 的作用，也有增大析出强化和使相变组织均匀化的作用。2）强韧化机理经控制冷却的钢材，其强度和韧性都有提高，尤其是强度提高很大。强韧化机制包括: 铁素体晶粒的细化，由贝氏体或其他相的强化，析出强化（见强韧性控制）的增大。3）冷媒的冷却能力水属于沸腾型冷媒，在钢铁生产中多采用水冷却。在金属学中常用冷却速度来表示冷 却能力，因为它很直观，但冷却速度不能用于传热计算的边界条件。在机械工程和化学工 程中一直是采用传热系数h和热流束q作为传热计算的边界条件。h和q是客观的，h和q 的关系是：式(1.2)Q=li（0s-6c）式中es是钢材表面温度；0C是冷媒温度。传热系数h能定量地表示

35、冷媒的冷却能力, 它对选择冷媒的种类和冷却方法，对冷却设备的设计和钢材加工中的传热现象的分析，都 是很有用处的。200400600表面温度8钢材的表面温度储和表面性状、水量密度、流动状态及水的温度等对水冷却的传热系 数h有着复杂的影响。因此在各种冷却条件下h值的变化是比较大的，根本原因是蒸气膜 的破坏方法左右着热量的传递。钢材表面温度亦对水的冷却能力有很大的影响，如图I-2o10001表面有厚的氧化层2表而有薄的氧化层图卜2 表面温度与传热系数的关系4）冷却制度的控制参数对使用单一冷却速度的常规冷却制度来说，主要控制开始冷却温度.冷却速度和终止 冷却温度。对使用具有两个以上冷却速度的冷却制度来

36、说，除控制开始冷却温度、终止冷 却温度和儿个冷却速度外，还要控制不同冷却速度间的转变温度。开始冷却温度是冷却开 始时的钢材的温度。终止冷却温度是水冷终止空冷开始时的钢材的温度。开始冷却温度、 冷却速度和终止冷却温度对钢材的组织和性能都有影响，因此必须根据钢材的化学成分和 所要求的组织性能来选择。冷却速度和终止冷却温度是通过控制水量密度和冷却时间(调 整冷却带长度和钢材的运行速度)来实现的。5) 方法及应用各种冷却方法的名称和定义因人而异，有的也相当不明确，根据日本平田的定义区分 如下：(1) 层流冷却把水加压从喷嘴喷射出来，形成喷流，在喷流的出口速度比较低时，形成平滑的层流 喷流。该喷流在某一

37、定距离落下，就产生轴对称的振动，致使喷流破坏，形成液滴流。在 不产生振动的范H内，喷射距离较长，可得到强冷却，所以使用在喷射业离460远，并需 要进行强冷却的地方。如在热轧输出辗道上采用的管层流冷却和幕状层流冷却。(2) 喷流冷却若增加喷流出口速度，层流就变成了紊流喷流，在喷流表面产生疙瘩状的混乱而达到 喷流破断，用达到破断询的连续的喷流进行冷却的方法叫喷流冷却。这种冷却方法穿透性 好，在水膜疗的场合使用，如疗板的压力淬火和辗式淬火。(3) 喷射冷却把水加压从喷嘴喷出时，在大于连续喷流的流速下，液流破断，形成液滴群，冲击固 体表面，用这种液滴群进行冷却的方法叫喷射冷却。喷射喷嘴可控制的冷却能力

38、范W不太 宽，并且需要比上述冷却方法更拓的水压；可用于钢板控制冷却的下部冷却。(4) 喷雾冷却使用加压空气把水喷成雾状进行的冷却。使用空气的U的是：加速液滴，提高冷却能 力；把液滴微细化，给予不太大的动能，微调冷却能力。III于使用空气和水，配管系统和 喷嘴结构也稍变复杂，但能在从空冷到强水冷却的较广的范W内控制冷却的能力。当有必 要在大范H内控制冷却能力利水的使用量受到限制并有必要进行强冷却时，喷雾冷却是有 效的。(5) 浸渍冷却把钢材浸在冷却水中进行冷却的方法。这是早就有的最简单的冷却方法。用此法冷却, 对冷却能力的控制是困难的，冷却的均匀性也差。为此常使用水流或空气流对静止的冷却 水进行

39、搅拌，以提高冷却能力和冷却均匀性。(6) 管内流水冷却水在管内或平行板问流动对钢材进行冷却的方法。对于冷却水平行于传热面流动和水 冲击传热面两种悄况来说，一般认为后者具有大的冷却能力。但实际上，没有自由表面的 平行水流，有可能达到更大的冷却能力。(7) 空冷把高温物体放置在自然条件下，不进行任何水或空气的强制冷却，只靠自然对流和辐 射散失热量。(8) 强制风冷该法是介于空冷和弱水冷之间的一种喷射气体的冷却方法，通常叫做风冷，广泛地应 用于钢铁生产过程中。以上8种冷却方法，在实际生产中应根据工艺需要进行选择，并优先考虑冷却能力(或 可能达到的冷却速度)、冷却的可控制性和冷却的均匀性等特点。对于冷

40、却装备还要考虑 尽量节省水耗量、节省动力、节省投资、占地面积小、噪声小和维修方便等方面。6) 应用效果控制冷却的应用效果有：(1) 节省能耗，降低生产成本。利用钢材轧后余热，通过控制冷却控制相变过程，可 以部分取代以前一直采用的轧后经再加热进行的正火或淬火一回火的热处理工艺。节省了 再加热的能耗，减少了工序，缩短了生产周期，从而降低了生产成本。(2) 提高钢材强度改善钢材韧性。经控制冷却的钢材，强度可以提高很大，韧性也得 到改善。(3) 降低碳当量提高焊接性能。对于某一强度级别的钢材，可以降低原钢种的碳含量 和合金元素含量，使碳当量降低，从而提高焊接性能。另外还可能用给定化学成分的钢号, 采用

41、不同的控制冷却工艺，生产出不同级别的钢材来。(4) 控制冷却与控制轧制相结合，选择适当的化学成分，可创造出新的钢种。如已生 产出含Ni3.5%的控制冷却型低温用钢，代替含Ni3.5%的热处理型低温用钢。控冷后得到 非常细小的贝氏体组织，即使碳当量很低也能达到需要的强度，低温韧性也好。1.4研究的意义、背景及目的1.4. 1研究的意义各种严峻、苛刻的使用环境对材料的使用性能提出了更高的要求。低屈强比耐火钢的 研究是关系到国民生产各个领域尤其是建筑行业的发展。1.4.2研究的背景高层建筑一旦发生火灾，将造成巨大的人员伤害和财产损失。例如，发生于2001年 震惊世界的91事件中，美国纽约世贸大厦遭到

42、飞机撞击后Ih,两座高达417m的摩天大 楼相继轰然倒塌。事后经研究证明，世贸大厦姊妹楼倒塌的直接原因并非山飞机的强大撞 击所造成，而是飞机爆炸后燃油所释放的巨大热量，使大厦钢结构框架难以再承受巨大的 负荷，最终导致两座雄伟的建筑变为一片废墟。这个事件提醒人们，高层建筑用钢不仅要 具有良好的强韧性、理想的抗震性能，还要有耐火性能。自1978年始中国引入微合金化和控制轧制技术以来，微合金化加控轧控冷技术的应 用日趋成熟，U询已成为开发钢材的主要技术手段。为了适应我国现代建筑事业的发展需 要，国内建筑用耐火钢的研制、生产也逐步跟上步伐。耐火钢技术的国产化也急需开展。Q235和SM400作为普通的建

43、筑用钢可以满足抗震性能的要求，然而这些建筑钢在 3509以上的高温时屈服强度会突然下降，特别是在6009时，它们的屈服强度会小于室温 屈服强度的2/3,已经不能满足高层建筑所需的耐火性能要求。为了适应高层建筑的发展, 提高钢材的耐火性能，进行实验室试制。1.4.3研究的目的通过控扎控冷及合金化等手段，使耐火钢不仅要求满足普通建筑用钢的标准，室温力 学性能等同或优于普通建筑用钢，而且还要求具有较低的屈强比和优良的高温强度、良好 的焊接性能和加工成型性能等。1.5研究内容(1) 热温度对连续冷却转变的显微组织的影响低合金钢在高温热加工过程奥氏体晶粒尺寸和形态是控制钢材成品性能的重要基础， 因此，找

44、出热温度对低合金钢连续转变的显微组织的影响规律，有重要意义。(2) 高温加热、变形奥氏体连续冷却时相变和显微组织研究明确不同温度的高温加热和变形奥氏体以不同的冷却速度进行连续冷却时对组织的 转变的影响，对控制在热加工过程中低合金钢组织的转变以及为得到需要的组织有着极为 重要的意义。(3) 高温变形奥氏体等温相变的显微组织研究高温热加丄时奥氏体在不通的过冷度下的等温转变过程，对转变完成的显微组织有很 大的影响。(4) 在GleebIe-1500热模拟试验机上进行热模拟试验，研究变形和连续冷却过程中组织 转变悄况。32徐州工程学院毕业设计（论文）2 450MPa级低屈强比耐火钢的研究Q235和SM

45、400作为为普通的建筑用钢满足抗震性能要求，然而这些建筑钢在35（rC 以上的高温时屈服强度会突然下降，特别是在6（xrc时，它们的屈服强度会小于室温屈服 强度的2/3,已经不能满足高层建筑所需的耐火性能要求。为了适应高层建筑的发展，提 高钢材的耐火性能，根拯日本JISG3136标准要求，450MP;i级低屈强比耐火钢的性能指标 为：表21 450MPa低屈强比耐火钢力学性能要求强度级别钢板厚度mm屈服强度MPa抗拉强度MPa延伸率%屈服强度（600*0屈强比冲击功j（rc）612型3545053018450MPa12 1623535545053022 锐(RT)2716 2223535545

46、05302421化学成分设计的指导思想1）碳、镭元素是高强度低合金钢的设计基础。但是，为使高层建筑用钢具有罠好的焊 接性能，控制焊接碳当量C绍是非常重要的措施。因此，在钢的成分设计上采用低碳微合金 化的设汁思想，加入铤、饥、钛等这些微合金元素的一种或儿种，从而降低对焊接性能影 响最大的碳含量。2）在不影响焊接性能的前提下，为了提高钢在6（XrC下的屈服强度，Mo、Cr、Nb是 必须添加的合金因素【。3）为保证高层用钢具有&好的塑性和韧性，还要最大限度地控制磷、硫等有害于塑性 和韧性的杂质含量。4）成本尽可能低。22实验方案2. 21实验材料基于上述思想，实验设11-7 3种不同成分钢，化学成分

47、如表2-2所示。其中A为不含 規钢，B为含規钢，C钢含有規并且碳含量较多。实验所用钢坯是在100kg中频感应炉中冶炼。钢锭被锻成锻坯9锻坯尺寸为150ininxl00 ininx45inino表22 450MPa级耐火钢的化学成分（质量分数，%）实验编号CSiMnCrMoNbPSA0.0510290680.47055/0.0130.016B0.0610,260.580.470570.0300.0110.014C0.0730240630.480,540.0310.0130.0152. 2, 2实验方法实验工艺A：3种实验钢的热轧实验在375x375二魏可逆式轧机上进行，锻坯的加热温度为 12009,保温Iho热轧工艺分为两阶段（Y再结晶+y未再结晶区）控制轧制，变形过程 为45min 30mm 曲15mm %8mm 転6mm。轧后立即进行喷淋冷却，冷却速 度为12C/s,冷却到所需的终冷温度，具体实验工艺如图2-1所示。为了与实际工业生产 卷取过程相一致，将热轧板放入保温炉保温Ih,然后随炉冷却。图21控制热加工工艺示意图32徐州工程学院毕业设计（论文）实验工艺B：将实验钢A、B按图2-1所示的工艺进行热轧实验。加热温度、各道次变形量及各道 次变形温度与实验方法1相同。与实验方