新型合金材料-微氮合金的研究

新型合金材料-微氮合金的研究

由于资源匮乏，铬合金价格越来越高。我们在寻找一种新的合金材料时，我们应该确保钢的性能保持不变或提高，减少含钠的重铬合金和铬的消耗，并成为一项新的研究。广东韶关钢铁集团有限公司（以下简称“邵钢”）与南澳合作，共同研究分析了邵钢corden超声装置的现有精炼和弯曲工艺，开发应用于螺纹钢筋的新金属极微氮合金。当添加金属时，增加钢中的氮和氮结合物，使钢中的碳氮化物和氮化物在连压和压缩性中的颗粒发生变化。分布尺寸小于5km（低于5m），大大提高了木材的强度和其他完整性。试验表明，微氮合金能降低钢铁生产中的合金消耗成本，所有性能和组织符合企业标准的要求，焊接性能良好，1个月内在20mpa以内。1工艺条件1.1生产工艺90tConsteel电炉→LF炉→180方坯连铸→步进式加热炉→18机架(粗、中、精轧机)→冷床→钢筋经检验后入库.1.2u2004钢坯连铸和冷却所有试验条件与现有生产工艺条件一致,具体情况如下:1)90tConsteel电炉采用留钢操作,平均出钢量在100t左右,所有硅锰合金、增碳剂基本在出钢过程中加入.2)LF进行成分微调和钒铁等贵重合金的加入,同时保证白渣出钢和保证连铸所需温度.3)四机四流180方坯连铸,采用保护浇注模式,铸坯能在线热送.4)钢坯在加热炉各段温度:预热段钢温:750～1100℃,;加热段:1100～1280℃;均热段:1150～1300℃;为确保钢坯温度均匀,钢坯横截面及长度方向温差低于45℃;钢坯开轧温度1050～1150℃.5)轧制速度与现行标准相符,并按表1控制.6)成品上冷床温度控制在930～1000℃.2试验计划2.1试验方法和试验规格本次试验是在充分调研韶钢工艺设备的基础上,在不改变目前冶炼、轧制工艺的情况下,分两阶段在HRB335和HRB400上进行,第一阶段分规格进行小规模初步试验,根据初步试验的基础,进行扩大试验,共计HRB335试验21炉,HRB400试验23炉.2.2控制成分配C成分保持不变,HRB335的Si在原来控制基础上下调0.1ue84aSymbole@p,Mn在原控制成份基础上下调0.32ue84aSymbole@p;HRB400的Si在原来控制基础上下调0.1ue84aSymbole@p,Mn在原控制成份基础上下调0.1ue84aSymbole@p,V在原控制基础上下调0.01ue84aSymbole@p,微氮合金按吨钢0.7～0.80kg/t加入.2.3主要理化指标：微氮合金的主要理化指标见表212粒度0～35mm比重:3.8t/m3;2包装采用吨包装,内嵌防水薄膜,吨包装内装小袋(带防水薄膜).2.4硅锰微氮法最初试验的10炉钢(HRB335、HRB400各5炉)中,加入分两种工艺,即:HRB335、HRB400各2炉在钢水出钢过程中硅锰合金加一半时人工加入,其余均在LF进站造渣完成(黑渣变黄后),人工加入.根据初步试验的情况,以后所有试验都在LF炉渣化后人工加入.由于微氮合金熔点高,密度小,加入过程中和加入后必须大氩气搅拌3～5min,以便微氮合金的溶解,其余冶炼、连铸操作、轧制工艺保持不变.3试验结果及分析3.1企业与企业标准要求的对比试验方案试验钢初检物理性能均较好满足现有国家标准要求,如表3.从以上试验数据可知初检性能完全符合国际与企业标准,试验钢种的延伸率高、抗震性能良好.3.2试验钢的自然响应3.2.1试验钢的7d在线持续能力试验钢7d时效性能如表4所示.3.2.2mpa类型设定试验钢15d时效性能如表5.7d时效性能均均符合国家标准,其中Φ18HRB400屈服强度、抗拉强度均值比初检物理性能有所下降,降幅在5～10MPa;HRB335钢种Φ16、Φ32、Φ36规格的屈服、抗拉强度降幅在10～20MPa,但时效后性能还在国标以上.15d时效性能均符合国家标准,其中Φ18HRB400在屈服、抗拉强度上有所下降,降幅5～10MPa,而Φ32HRB400规格在屈服、抗拉强度上略有2～7MPa的上升.HRB335同样也存在上述现象,Φ16小规格的15d时效性能在屈服、抗拉强度上略有下降,而Φ32、Φ36规格则略有上升,幅度均在2～5MPa.3.3木材材料3.3.1金相显微镜在成品钢材取样分析,钢材的组织为铁素体+珠光体,无回火组织,晶粒度:8.5～9级均符合现行标准要求,具体见图1、图2.3.3.2加微氮合金的钢筋微观组织在场发射高分辨透射电镜(JEM-2100F)下观察到第二相析出物如图3.从图3可看出,添加微氮合金的钢筋微观组织中二相粒子(如碳氮化物)尺寸小于5nm,且分布密度很高;未添加微氮合金的钢筋微观组织中二相粒子(如碳氮化物)尺寸大多小于10nm,且分布密度较低.由此可知,所析出的分布密度高且尺寸小(5nm以下)的碳氮化物、氮化物二相粒子是提高强度的关键.3.4焊接性能3.4.1焊接性能的测试试验采用微氮合金生产的HRB335(直径16mm和32mm)和HRB400(直径18mm和32mm)进行了焊接性能的测试,采用常规的电弧手工焊接.根据钢筋焊接接头试验方法标准(JGJ/T27-2001)和钢筋焊接及验收规程(JGJ18-2003),试验采用单面和双面电弧焊,焊接后进行室温拉伸.3.4.2试验钢的拉伸性能将焊接好的试样进行拉伸试验,拉伸后钢筋断裂状况如下图4所示(以HRB335直径为16mm和HRB400直径为18mm钢筋为例,32mm略).图4中上部为HRB335(16mm)焊接试样拉断后状态,图中下部为HRB400(18mm)焊接试样拉断后状态.分别对HRB335(D1605148R-16mm和D1605705-32mm)和HRB400(D1605286L-18mm和D1605729-32mm)钢筋拉伸数据进行统计,结果如表6所示.从表6可看出试验钢样焊接性能良好.3.5气体含量分析分别在LF炉取样(加入微氮合金充分精炼后)和在钢材上取样分析气体含量变化值,材中的氧含量呈下降趋势,而氮含量有所增加,如表7.4hrb400si作通过对HRB335的Si成份在原来控制基础上下调0.1ue84aSymbole@p以上,Mn在原控制成份基础上下调0.30ue84aSymbole@p以上,吨钢增加微氮合金0.8kg,综合经济效益吨钢成本降低10元以上.通过对HRB400的Si成份在原来控制基础上下调0.08ue84aSymbole@p以上,Mn下调0.1ue84aSymbole@p左右,V下调0.01ue84aSymbole@p左右,综合经济效益吨钢成本降低10元以上.5试验结果及分析1)采用微氮合金生产的螺纹钢筋,钢材的化学成份及物理性能指标均符合国家相关标准.2)按国家相关标准对该钢筋进行焊接试验结果表明:钢筋焊接后焊接区及热影响区不会造成钢筋强度降低,钢筋焊接性能良好,焊接试样的力学性能与非焊接试样的力学性能相当.3)金相组织照片表明:钢材的金相组织为:铁素体+珠光体,无回火组织,符合