500MPaグレードVNマイクロアロイド高強度鋼棒特性の影響因子

公開時間： 06 / 30 2021 著者：サイト編集者訪問：11364

500MPaグレードのVNマイクロアロイド高強度鋼棒の機械的特性に及ぼす窒素含有量の影響を製造試験を通じて研究しました。その結果、窒素含有量が81PPMから269PPMに増加し、棒鋼の粒径は大きく変化せず、棒鋼の降伏強度は526MPaから607MPaに増加したことが示されました。降伏強度は15.4％増加しました。引張強度は678MPaから738MPaに増加し、引張強度は8.8％増加しました。強度-降伏比は1.29から1.22に減少しました。 VNマイクロアロイド高強度鋼棒における窒素の強化効果は主に析出強化であり、沈殿強化がVN鋼棒の強度-降伏比の低下の主な理由です。

概要

2012年2015月、住宅都市農村開発省と工業情報化部は共同で、高張力鋼棒の適用を加速するためのガイダンスを提案する文書を発行しました。80年末までに、高張力鋼の生産量は強度のある棒鋼は、鉄筋の総生産量の500％を占めました。大規模な高層ビルや大規模な公共ビルの場合、500MPaが推奨されるグレードの鉄筋です。私の国の経済建設の必要性に伴い、建築構造物における1000MPaの高強度鋼棒の需要が高まっています。棒鋼の製造速度が速く、圧延温度が高いため、最終的な圧延温度は通常1℃を超えます。その技術的特徴により、棒鋼の合金設計がバナジウムマイクロアロイ技術の使用に適していることがわかります[2]。窒素の増加はバナジウムを達成することです。マイクロアロイド鋼棒を強化する主な方法は、バナジウムの量を減らし、バナジウム資源を節約するのに役立ちます[4-1]。 VNマイクロアロイ技術は、国内外で高強度の溶接可能な棒鋼を開発するための主流の生産技術として広く使用されています。多数の研究により、VNマイクロアロイ技術は主に窒素の増加に依存して、炭化バナジウム、窒化バナジウム、または炭窒化バナジウムの形でバナジウムの析出を促進し、微細に分散した第9相粒子を形成して生成することが示されています。強力な析出強化効果鋼の強度を高めるため。ただし、窒素の過度の増加は、鋼棒の他の性能欠陥、特に鋼棒の耐震性能指数を引き起こします。 500MPa VNマイクロアロイド鋼棒の機械的特性に及ぼす窒素含有量の影響は、製造試験を通じて研究されています。 VNマイクロアロイド鋼棒の窒素強化メカニズムと、VNマイクロアロイド高強度耐震鋼棒の開発であるVNマイクロアロイド鋼棒の強度と降伏比に及ぼす窒素の影響を分析した。

生産の基礎を提供します。

試験材料と方法

グループ会社の製鋼工場では、500MPa級の高強度高強度鋼棒を安定した性能で開発するために、窒素含有量の異なる500種類のVN調質鋼を順次製錬し、同じ鉄筋製造工程（圧延後の自然冷却）で試験を行っています。 1MPaグレードの鉄筋の。 2つの鋼の名前は3＃、1＃、XNUMX＃で、それらの主な化学成分を表XNUMXに示します。

窒素含有量の異なる150種類の鋼を精製し、150mm×6000mm×25mmの仕様のビレットに連続鋳造し、グループ会社の棒鋼工場に送ってΦ1mmの仕様の棒鋼に圧延し、2＃の棒鋼サンプルを引き伸ばします。、3＃、および1＃実験では、2つの鋼の降伏強度と引張強度をそれぞれテストし、3＃、XNUMX＃、およびXNUMX＃鋼棒の強度-降伏比を計算し、 XNUMXつの鋼が観察されました。

1＃、2＃、および3＃鋼棒の引張試験結果によると、曲線は図1に示されています。図1の曲線は、窒素含有量が増加するにつれて、鋼棒の降伏強度と引張強度を示しています。順次増加します。 1＃棒鋼の降伏強度は526MPa、引張強度は678MPaです。 2＃鋼棒の降伏強度は553MPaで、引張強度は698MPaです。 3＃棒鋼の降伏強度は607MPa、引張強度は738MPaです。窒素含有量は81PPMから269PPMに増加し、棒鋼の降伏強度は526MPaから607MPaに増加し、81MPa増加し、降伏強度は15.4％増加しました。同時に、引張強度は678MPaから738MPaに増加し、60MPa増加し、引張強度の増加は8.8％でした。

1＃、2＃、および3＃鋼棒の降伏強度と引張強度の値に従って、2つの強度-降伏比がそれぞれ計算され、図2に示す曲線に描画されます。図1の曲線は、窒素含有量が増加するにつれて、棒鋼の強度対降伏比が連続的に減少することを示しています。その中で、2＃、3＃、および1.29＃鋼棒の強度-降伏比は、1.26、1.22、およびXNUMXの順になっています。

棒鋼の粒径に及ぼす窒素含有量の影響

図3は、1＃、2＃、および3＃の棒鋼の金属組織の微細構造を示しています。 2つの金属組織の微細構造の詳細情報を表2に示します。表1に、2＃、3＃、1＃鋼棒の相組成と構造粒径を示します。 9つの鋼構造はフェライト+パーライトであり、9.5＃鉄筋フェライトの粒子サイズは約2〜9.5グレード、3＃鉄筋フェライトの粒子サイズは約9グレード、9.5＃鉄筋フェライトの粒子サイズは約2〜XNUMXグレードです。表XNUMXのデータは、窒素含有量の増加に伴って、棒鋼の粒径が大幅に変化しないこと、または窒素の増加がVNマイクロアロイド鋼棒の微細構造に大きな影響を与えないことを示しています。

分析と議論

500MPaグレードVNマイクロアロイド鋼における窒素強化メカニズムの分析

この記事のテスト結果は、500MPaグレードのVNマイクロアロイド鋼棒の窒素含有量が81PPMから269PPMに増加し、鋼棒の粒径がすべて約9〜9.5であることを示しています。つまり、窒素の増加は、VNマイクロアロイド鋼棒の構造に明らかな影響を与えません。同時に、棒鋼の降伏強度と引張強度はさまざまな程度に増加し、降伏強度は81MPa増加し、引張強度は60MPa増加しました。現在、鋼材の主な強化理論には、固溶体強化、細粒強化、相変化強化、第二相強化などがあります。明らかに、この記事のテスト結果は、固溶体強化と相変化を伴う一方で、細粒強化の効果を明確に除外しています。強化などの強化効果は、XNUMX番目の強化を除いて、この記事でテストしたXNUMXつの鋼で基本的に同じです。段階。多数の理論的研究と実践により、窒素はバナジウム含有マイクロアロイド鋼のバナジウムによって固定されて窒化バナジウムまたは窒化バナジウムなどの第XNUMX相粒子生成物を形成することが示されています。鋼の第XNUMX相粒子はすべり転位との相互作用メカニズム、すなわち析出強化効果による鋼。

関連する研究は、窒素の増加がバナジウムの沈殿に有益であることを示しています。つまり、窒素はバナジウムの沈殿を促進し、第500相粒子の体積分率を増加させます。一貫した研究結果は、鋼の強度が半分の第XNUMX相粒子体積分率に比例することを示しています。したがって、バナジウム含有量が十分である場合、VNマイクロアロイド鋼の窒素増加は実際には鋼の第XNUMX相粒子（窒化バナジウム、炭窒化バナジウム）の体積分率が増加するため、析出強化の効果が強くなります。この論文の試験結果は、窒素含有量の増加に伴い、XNUMXMPaグレードのVN鋼棒の降伏強度と引張強度が順次増加することを示しています。明らかに、この論文のテスト結果は、関連する理論的研究の結果と一致しています。

500MPaグレードVNマイクロアロイド鋼棒の強度-降伏比に及ぼす窒素の影響の分析

この論文の試験結果は、窒素含有量の増加に伴い、VNマイクロアロイド鋼棒の降伏強度と引張強度が同じ割合で増加しないことを示しています。降伏強さの増加は15.4％、引張強さの増加は8.8％です。引張強度の増加よりも降伏強度の増加が大きいからこそ、棒鋼の強度-降伏比が低下する現象です。

鋼材の降伏強度と引張強度の微視的制御メカニズムは明らかに異なります。降伏は主に材料の大規模な転位の滑りによって制御され、破壊は主に材料の微小亀裂の開始と伝播によって制御されます。。したがって、材料の降伏の研究は主に材料の転位挙動を考慮し、材料の破壊の研究は主に材料の微小亀裂の挙動を考慮します。鋼材の降伏強度とは、材料の転位源が活性化され、多数の可動転位がすべり、材料が降伏したり、ある程度の塑性変形が生じたりしたときの強度を指します。第２相粒子の析出強化メカニズムは、第２相粒子とすべり転位との間の相互作用メカニズムである。この相互作用メカニズムは、カットスルーメカニズムとオロワンメカニズムのどちらであっても、カットスルーメカニズムとオロワンメカニズムに分けられます。XNUMX番目の相粒子の沈殿は転位の滑りを妨げ、それによって降伏強度を大幅に向上させます。鋼。鋼材の引張強度に関する限り、それは主に鋼の微小亀裂の形成と伝播に関係しています。微小亀裂の形成は、微小転位の移動の妨害を伴い、それは必然的に微小亀裂膨張の形成および伝播を妨害し、それによって鋼の引張強度をある程度改善する。そのため、鋼の降伏強度は向上しますが、引張強度もある程度向上します。

第二相のサイズが非常に小さい場合、鋼の降伏強度を増加させる際の析出強化の効果は、鋼の引張強度を増加させる効果よりも大きいことが指摘されている。この記事の試験結果は、降伏強度に対する析出強化の寄与が81MPaであることを示しています。引張強度の寄与値は60MPaです。この論文の結果は、降伏強度に対する析出強化の寄与が引張強度の寄与よりも大きいことを証明している。また、鋼の降伏強度と引張強度を同程度に上げても、鋼の降伏比は低下します。全体として、第XNUMX相粒子の析出強化効果により、最終的に鋼の降伏比が低下します。したがって、窒素含有量の増加に伴い、VN鋼棒の析出強化効果が強くなるほど、鋼棒の強度-降伏比は低くなります。

500MPa耐震補強材の開発への研究成果の啓蒙

この記事のテスト結果では、500MPaグレードのVNマイクロアロイド鋼棒の窒素含有量は81PPM、136PPM、269PPMであり、対応する棒鋼の強度と降伏比は1.29、1.26、1.22、つまりVNマイクロアロイド鋼棒は、窒素含有量が増減するにつれて変化します。その理由の詳細な分析はすでに行われています。現在、高強度耐震鋼棒の耐震性能の主な指標は、1.25以上である必要があります。したがって、この記事の研究結果から、500MPaクラスVNマイクロアロイド高強度耐震鋼棒の開発のために、耐震性能の主要な指標を確実にするために、降伏比が適格である場合、窒素含有量は、化学組成の観点から厳密に管理する必要があります。 130PPM以内の窒素含有量を制御することがより適切です。

まとめ

1）窒素含有量が増加しても、VNマイクロアロイド高張力鋼棒の粒径は大きく変化しません。
2）VNマイクロアロイド高強度鋼棒の降伏強度と引張強度は窒素含有量の増加とともに増加しますが、強度降伏比は窒素含有量の増加とともに減少します。
３）ＶＮマイクロアロイド高強度鋼棒における窒素の強化効果は主に析出強化であり、沈殿強化がＶＮ鋼棒の強度降伏比の低下の主な理由である。
4）500MPaグレードのVNマイクロアロイド高強度耐震鋼棒の開発では、鋼の窒素含有量を130PPM以内に制御する必要があります。

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