Los factores que influyen en las propiedades de las barras de acero de alta resistencia microaleadas VN de grado 500MPa

Se estudió el efecto del contenido de nitrógeno en las propiedades mecánicas de las barras de acero microaleadas de alta resistencia VN de grado 500MPa mediante pruebas de producción. Los resultados mostraron que el contenido de nitrógeno aumentó de 81 ppm a 269 ppm, el tamaño de grano de las barras de acero no cambió significativamente y el límite elástico de las barras de acero aumentó de 526 MPa a 607 MPa. El límite elástico aumentó en un 15.4%; la resistencia a la tracción aumentó de 678MPa a 738MPa, y la resistencia a la tracción aumentó en un 8.8%; la relación resistencia-rendimiento disminuyó de 1.29 a 1.22. El efecto reforzante del nitrógeno en las barras de acero de alta resistencia microaleadas VN es principalmente el reforzamiento por precipitación, y el reforzamiento por precipitación es la razón principal de la disminución de la relación resistencia-rendimiento de las barras de acero VN.

Introducción

En enero de 2012, el Ministerio de Vivienda y Desarrollo Urbano-Rural y el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información emitieron conjuntamente un documento, proponiendo una guía para acelerar la aplicación de barras de acero de alta resistencia: para fines de 2015, la producción de alta las barras de acero de resistencia representaron el 80% de la producción total de varillas corrugadas. Para edificios de gran altura a gran escala y edificios públicos de gran envergadura, se prefiere la barra de refuerzo de grado 500MPa. Con las necesidades de la construcción económica de mi país, está aumentando la demanda de barras de acero de alta resistencia de 500 MPa en estructuras de edificios. Debido a la rápida velocidad de producción de las barras de acero y la alta temperatura de laminación, la temperatura final de laminación suele ser superior a 1000 ℃. Sus características tecnológicas determinan que el diseño de aleación de las barras de acero sea adecuado para el uso de la tecnología de microaleación de vanadio [1]. El aumento de nitrógeno es para conseguir vanadio. El método principal para fortalecer las barras de acero microaleado es propicio para reducir la cantidad de vanadio y ahorrar recursos de vanadio [2-4]. La tecnología de microaleaciones VN se ha utilizado ampliamente como tecnología de producción principal para el desarrollo de barras de acero soldables de alta resistencia en el país y en el extranjero. Un gran número de estudios ha demostrado [1-9] que la tecnología de microaleación VN se basa principalmente en el aumento de nitrógeno para promover la precipitación de vanadio en forma de carburo de vanadio, nitruro de vanadio o carbonitruro de vanadio, formando partículas finas dispersas de segunda fase para producir un fuerte efecto de fortalecimiento de la precipitación Para aumentar la resistencia del acero. Sin embargo, un aumento excesivo de nitrógeno provocará otros defectos de rendimiento de las barras de acero, especialmente el índice de rendimiento sísmico de la barra de acero. El efecto del contenido de nitrógeno sobre las propiedades mecánicas de las barras de acero microaleadas de 500MPa VN se estudia mediante pruebas de producción. Se analizó el mecanismo de fortalecimiento del nitrógeno en barras de acero microaleado VN y la influencia del nitrógeno en la relación de resistencia y rendimiento de las barras de acero microaleado VN, que es el desarrollo de barras de acero sísmico microaleado VN de alta resistencia.

Proporcionar una base para la producción.

Materiales y métodos de prueba

Para desarrollar barras de acero de alta resistencia de grado 500MPa con un rendimiento estable, la planta de fabricación de acero de la empresa del grupo ha fundido sucesivamente tres tipos de aceros microaleados VN con diferente contenido de nitrógeno y ha utilizado el mismo proceso de producción de barras de refuerzo (enfriamiento natural después del laminado) para probar la producción. de barras de acero de grado 500MPa. Los tres aceros se denominan 1 #, 2 #, 3 # y sus principales componentes químicos se muestran en la Tabla 1.

Refinando tres tipos de acero con diferente contenido de nitrógeno y fundición continua en palanquillas con especificaciones de 150 mm × 150 mm × 6000 mm, enviándolos a la planta de barras de la empresa del grupo para enrollarlos en barras de acero con especificaciones de Φ25 mm y estirando las muestras de barras de acero de 1 # , 2 # y 3 # En el experimento, se probaron el límite elástico y la resistencia a la tracción de los tres aceros respectivamente, se calculó la relación resistencia-rendimiento de las barras de acero 1 #, 2 # y 3 # y la estructura metalográfica de Se observó los tres aceros.

De acuerdo con los resultados de la prueba de tracción de las barras de acero 1 #, 2 # y 3 #, la curva se muestra en la Figura 1. La curva en la Figura 1 muestra que a medida que aumenta el contenido de nitrógeno, el límite elástico y la resistencia a la tracción de las barras de acero aumentar secuencialmente. El límite elástico de la barra de acero 1 # es 526MPa y la resistencia a la tracción es 678MPa; el límite elástico de la barra de acero 2 # es 553MPa y la resistencia a la tracción es 698MPa; el límite elástico de la barra de acero 3 # es 607MPa y la resistencia a la tracción es 738MPa. El contenido de nitrógeno aumentó de 81 ppm a 269 ppm, el límite elástico de las barras de acero aumentó de 526 MPa a 607 MPa, un aumento de 81 MPa y el límite elástico aumentó en un 15.4%; al mismo tiempo, la resistencia a la tracción aumentó de 678MPa a 738MPa, con un aumento de 60MPa, y el aumento de la resistencia a la tracción fue del 8.8%.

De acuerdo con los valores de resistencia a la fluencia y resistencia a la tracción de las barras de acero 1 #, 2 # y 3 #, las relaciones resistencia-fluencia de las tres se calculan respectivamente y se dibujan en la curva que se muestra en la Figura 2. La curva en la Figura 2 muestra que a medida que aumenta el contenido de nitrógeno, la relación resistencia-fluencia de las barras de acero disminuye sucesivamente. Entre ellos, las relaciones resistencia-rendimiento de las barras de acero 1 #, 2 # y 3 # son 1.29, 1.26 y 1.22 en secuencia.

El efecto del contenido de nitrógeno en el tamaño de grano de las barras de acero.

La Figura 3 muestra la microestructura metalográfica de barras de acero 1 #, 2 # y 3 #. La información detallada de las tres microestructuras metalográficas se muestra en la Tabla 2. La Tabla 2 enumera la composición de fase y el tamaño de grano de la estructura de barras de acero 1 #, 2 #, 3 #. Las tres estructuras de acero son ferrita + perlita, y el tamaño de grano de ferrita de la barra de acero 1 # es de aproximadamente 9-9.5 grado, el tamaño de grano de ferrita de varilla 2 # es de aproximadamente 9.5 grado, el tamaño de grano de ferrita de varilla 3 # es de aproximadamente 9-9.5 grado. Los datos de la Tabla 2 muestran que con el aumento del contenido de nitrógeno, el tamaño de grano de la barra de acero no cambia significativamente, o que el aumento de nitrógeno no tiene un efecto significativo sobre la microestructura de la barra de acero microaleada VN.

Análisis y discusión

Análisis del mecanismo de fortalecimiento del nitrógeno en acero microaleado VN grado 500MPa

Los resultados de la prueba en este artículo muestran que el contenido de nitrógeno de las barras de acero microaleadas VN de grado 500MPa ha aumentado de 81PPM a 269PPM, y el tamaño de grano de las barras de acero es de alrededor de 9-9.5. Es decir, el aumento de nitrógeno no tiene un efecto evidente sobre la estructura de las barras de acero microaleadas VN. Al mismo tiempo, el límite elástico y la resistencia a la tracción de las barras de acero han aumentado en diversos grados, aumentando el límite elástico en 81 MPa y la resistencia a la tracción aumentando en 60 MPa. En la actualidad, las principales teorías de fortalecimiento de los materiales de acero incluyen el fortalecimiento de la solución sólida, el fortalecimiento del grano fino, el fortalecimiento del cambio de fase y el fortalecimiento de la segunda fase. Obviamente, los resultados de las pruebas en este artículo excluyen claramente el efecto del fortalecimiento de grano fino, mientras que el fortalecimiento de la solución sólida y el cambio de fase Los efectos de fortalecimiento, como el fortalecimiento, son básicamente los mismos para los tres aceros probados en este artículo, excepto por el fortalecimiento del segundo. fase. Un gran número de estudios teóricos y prácticas han demostrado que el nitrógeno es fijado por vanadio en aceros microaleados que contienen vanadio para formar nitruro de vanadio. O productos de partículas de segunda fase como carbonitruro de vanadio, las partículas de segunda fase en el acero aumentan en gran medida la resistencia de el acero a través del mecanismo de interacción con la dislocación deslizante, es decir, el efecto de fortalecimiento de la precipitación.

Estudios relevantes han demostrado que el aumento de nitrógeno es beneficioso para la precipitación de vanadio. Es decir, el nitrógeno promueve la precipitación de vanadio y aumenta la fracción de volumen de las partículas de la segunda fase. Los consistentes resultados de la investigación muestran que la resistencia del acero es proporcional a la fracción de volumen de partículas de la segunda fase de la mitad. Por lo tanto, cuando el contenido de vanadio es suficiente, el aumento de nitrógeno en el acero microaleado VN es en realidad. La fracción de volumen de las partículas de la segunda fase (nitruro de vanadio, carbonitruro de vanadio) en el acero aumenta, de modo que el efecto del fortalecimiento por precipitación es más fuerte. Los resultados de la prueba en este documento muestran que con el aumento del contenido de nitrógeno, el límite elástico y la resistencia a la tracción de las barras de acero VN de grado 500MPa aumentan secuencialmente. Obviamente, los resultados de las pruebas en este documento son consistentes con los resultados de estudios teóricos relacionados.

Análisis de la influencia del nitrógeno en la relación resistencia-rendimiento de las barras de acero microaleadas VN de grado 500MPa

Los resultados de la prueba en este documento muestran que con el aumento del contenido de nitrógeno, el límite elástico y la resistencia a la tracción de las barras de acero microaleadas VN no aumentan en la misma proporción. El aumento del límite elástico es del 15.4% y el aumento de la resistencia a la tracción es del 8.8%. Es precisamente porque el aumento en el límite elástico es mayor que el aumento en la resistencia a la tracción, el fenómeno que disminuye la relación resistencia-rendimiento de las barras de acero.

El límite elástico de los materiales de acero y el mecanismo de control microscópico de la resistencia a la tracción son obviamente diferentes. El rendimiento se controla principalmente mediante el deslizamiento a gran escala de dislocaciones en el material, mientras que la fractura se controla principalmente mediante la iniciación y propagación de microfisuras en el material. . Por lo tanto, el estudio de rendimiento de material considera principalmente el comportamiento de dislocación en el material, mientras que el estudio de fractura de material considera principalmente el comportamiento de microfisuras en el material. El límite elástico de los materiales de acero se refiere a la resistencia cuando se activa la fuente de dislocaciones en el material y un gran número de dislocaciones móviles se deslizan, lo que hace que el material ceda o produzca un cierto grado de deformación plástica. El mecanismo de fortalecimiento de la precipitación de las partículas de la segunda fase es el mecanismo de interacción entre las partículas de la segunda fase y la dislocación deslizante. Este mecanismo de interacción se divide en el mecanismo de corte y el mecanismo de Orowan, ya sea el mecanismo de corte o el mecanismo de Orowan, el segundo La precipitación de partículas de fase impedirá el deslizamiento de las dislocaciones, mejorando así en gran medida el límite elástico de acero. En lo que respecta a la resistencia a la tracción de los materiales de acero, se relaciona principalmente con la formación y propagación de microfisuras en el acero. La formación de microgrietas implica el impedimento del movimiento de microdislocaciones, lo que inevitablemente obstaculizará la formación y propagación de microgrietas Expansión, mejorando así la resistencia a la tracción del acero en cierta medida. Por tanto, aunque se mejora el límite elástico del acero, también se mejora en cierta medida su resistencia a la tracción.

Se señala que cuando el tamaño de la segunda fase es muy pequeño, el efecto del fortalecimiento por precipitación al aumentar el límite elástico del acero es mayor que el efecto del aumento de la resistencia a la tracción del acero. Los resultados de la prueba en este artículo muestran que la contribución del fortalecimiento por precipitación al límite elástico es de 81 MPa. El valor de contribución de la resistencia a la tracción es de 60 MPa. Los resultados de este trabajo prueban que la contribución del fortalecimiento por precipitación al límite elástico es mayor que la del límite elástico. Además, incluso si el límite elástico y la resistencia a la tracción del acero aumentan en la misma medida, el índice de rendimiento del acero disminuirá. Con todo, el efecto de fortalecimiento de la precipitación de las partículas de la segunda fase eventualmente reducirá la relación de rendimiento del acero. Por lo tanto, con el aumento del contenido de nitrógeno, cuanto más fuerte es el efecto de fortalecimiento de la precipitación de la barra de acero VN, menor es la relación resistencia-rendimiento de la barra de acero.

La iluminación de los resultados de la investigación para el desarrollo de refuerzo sísmico de 500MPa

En los resultados de las pruebas de este artículo, el contenido de nitrógeno de las barras de acero microaleado VN de grado 500MPa es 81PPM, 136PPM, 269PPM, y las relaciones de resistencia y rendimiento de la barra de acero correspondientes son 1.29, 1.26, 1.22, es decir, la relación de resistencia y rendimiento de Las barras de acero microaleadas VN varían con A medida que aumenta y disminuye el contenido de nitrógeno, ya se ha realizado un análisis detallado de las razones. En la actualidad, se requiere que el índice principal de rendimiento sísmico de las barras de acero antisísmico de alta resistencia no sea inferior a 1.25. Por lo tanto, a partir de los resultados de la investigación de este artículo, para el desarrollo de barras de acero antisísmico de alta resistencia microaleadas de 500MPa clase VN, con el fin de garantizar que el índice principal de rendimiento sísmico sea fuerte Si la relación de rendimiento es calificada, el nitrógeno el contenido debe controlarse estrictamente en términos de composición química. Es más apropiado controlar el contenido de nitrógeno dentro de 130 ppm.

Conclusión

• 1) A medida que aumenta el contenido de nitrógeno, el tamaño de grano de la barra de acero microaleado de alta resistencia VN no cambia significativamente.
• 2) El límite elástico y la resistencia a la tracción de las barras de acero de alta resistencia microaleadas VN aumentan con el aumento del contenido de nitrógeno, pero la relación de resistencia al rendimiento disminuye con el aumento del contenido de nitrógeno.
• 3) El efecto reforzante del nitrógeno en las barras de acero de alta resistencia microaleadas VN es principalmente el reforzamiento por precipitación, y el reforzamiento por precipitación es la razón principal de la disminución de la relación resistencia-rendimiento de las barras de acero VN.
• 4) Para el desarrollo de barras de acero sísmico de alta resistencia microaleadas VN de grado 500MPa, el contenido de nitrógeno en el acero debe controlarse dentro de 130PPM.

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