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发表于 2008-5-27 11:07:04
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来自: 中国福建福州
(1) 2520MnSi/20MnSiNb螺纹钢筋穿水冷却与空冷条件下机械性能和组织对比见表1。 表1 穿水冷却与空冷条件下机械性能和组织对比表! Y1 e! q& w6 q+ q, n: a/ s
钢种
1 t# m% `$ g! t- G M# K1 [& b# c" f4 c9 r
| 冷却形式
) n7 i+ u2 p& M8 M9 N& H& y$ D8 ~& Y/ a8 [5 z
| 主要化学成分/% " @! U! W8 @+ ~* \
5 ]5 J( P7 A; ] x | 抗拉强度/MPa+ q% y7 k* E% ~& c5 p- ^4 i. z9 x
7 p' b/ P+ H/ Q$ ?5 M. h4 ? `
| 屈服强度/MPa
/ o4 G0 v: u7 s# G+ j# ?1 P5 j2 q8 f3 j( R* X6 X
| 延伸率/% / |+ t4 P) @3 k# B" C. A1 y
3 N V( q: x; E | 组织形态 }/ i+ W* f% R( f2 z: Q$ [# X
! |# Y0 H: E& r7 @
| 淬透层晶粒度1 x/ _" @; r6 z. n2 X. f
% f( i3 z/ A1 A4 q; L- @* n3 @
| 淬透层深度/mm
* {! a- S( x9 x! B/ p* n1 N3 K! \) K0 p$ r0 E) O2 f
| 中间晶粒度4 x% i# H; ]" _8 A
. t8 k9 H C/ Z | 20MnSi# J& b1 }5 b5 K. O1 S
: [& l; \+ q0 b" X% E# ^, H | 空冷7 d; |/ b- R& ]' q* Y# D
+ s k$ p& L; ]* U% x: p# W' B | C0.20Mn1.35Si0.58
3 Y, ^) |4 b& @% _6 z+ ?) B$ v
* o5 k+ D. e# x) _ | 540
6 B( ? k& b+ y: B% g2 x/ x! L0 I
# V( I8 A# _, F# I3 [ | 360 1 X. q- H- `& W' w6 R! C' i
* T1 `& Z; {( q) q- h; q; V | 27
l: d. m# l# @% |7 B
( D* k* w1 t$ U! C | F+P$ j1 B1 K+ a7 F+ r
; s1 v$ {' c' g& O3 i- ? | /
6 P) G9 Y# ~4 c
' n" h9 G; u0 }8 b" p5 ~ | / * ^: @$ A! w% H. p+ o9 E9 ]; c3 `8 F
+ M3 n d& c: D- L6 P# d
| 6.5 9 f U9 M0 {, @) X# l6 u- U
( d5 [' A8 _' x7 S. Z! d
| 穿水冷却) |$ ~4 v1 e; q
, B, p R/ P) {4 |) y1 \# u
| C0.20Mn1.35Si0.58 % r, H; \5 T2 P2 c( [, j; A' V
+ I0 Q+ s6 t& W
| 595
8 g$ d) m1 R) D1 Q
! d3 |' N! c, u& ^( S/ F6 a$ t2 G | 415 - C0 @0 {' M0 a# Q d
^' o: _* s! D5 a- U* y' u O
| 24 1 Q* j. q9 m: |& K; K5 P- ~
5 s7 @# U& w- D |- {- n% f7 f$ x
| 回火S
$ @+ p8 A& L/ ?, X
* r8 l% h ?/ a+ w% O# t3 Y- x | 10.0 0 t1 |% `7 y8 y5 M9 ]0 P, v
6 u. V; K) j; ^# s
| 0.9
" F+ g4 p* ?1 g0 J5 z# f
6 ~3 l' c3 ?; i/ S2 L" V | 8.0 9 i8 u/ C2 @3 j' }2 C/ D0 U
3 a2 |! h6 ?7 N, _( c
| 20MnSiNb
2 u5 f R3 O8 {% r( D& C$ N0 g6 X3 o' f5 x) S
| 空冷
9 `0 U% K! g) \$ m$ v) y
5 @4 ?4 O) ?- R& v7 F" _6 x+ M9 ] | C0.21Mn1.38Si0.58Nb0.033
+ t7 Z e8 N3 y; z* w
9 @: x) M* X" p1 C& S: T1 |$ h | 600
& r' a5 w2 w1 B9 G9 m& d. g. U j- D4 m$ z: F
| 440 4 M! o. N8 T$ T! A
' E1 ]4 d% T# q5 y
| 25 / e1 V/ B3 j$ w3 x$ ~2 Y
! Y! n, v3 U6 C1 x6 Y
| F+P) d% x) w4 R n, X8 o4 F
' A! `9 f5 g: v$ U8 r | / : M' C2 ^: \$ X/ N" W, s
4 A+ [5 m( L5 ~% N | / $ B: W$ g. l8 L Q- O
5 Q4 ~! M% k- y3 ?% V
| 8.5 8 w/ G( K) ~6 u$ w
$ N0 p( I9 \! |5 C | 穿水冷却" z8 s: M( j$ j7 Q
/ p- h' E I) T5 Q% P' X+ n( b
| C0.21Mn1.38Si0.58Nb0.033
$ X2 W8 x( _8 s: g$ d; n5 H" N2 z$ q* I; P7 J0 \9 G
| 675
: U- E+ c. U. `% ~" m* R2 |6 h
* _% T+ D- l) @* x6 j | 535 , l+ H' ~. c. l6 o
$ B4 I% h; ]5 B$ O& |. f
| 22.5 ( a4 Z' w! v, c* [
. K3 D# W- X d; P
| 回火S' X3 w4 D* c# J6 h6 N5 l
, f! i9 R' K0 a! w
| 11.0
0 q& ^! ^( f) V3 F: A: W# K
5 }8 Q I% Q6 S+ s3 ]* t. f | 0.95
! ]9 j+ I4 k$ K$ I% [" ?# B) R7 n7 u% o! S
| 8.5 8 c! i, {5 J: C, u/ r7 k
! c( [; y* @- ~ [% `
| ; ?( a n. s9 ]$ G9 g2 i
7 o0 N" d" k7 ^" j1 K+ _% u. H (2) 2520MnSi/20MnSiNb螺纹钢筋穿水冷却在不同水压条件下机械性能和组织对比见表2。 表2 穿水冷却在不同水压条件下机械性能和组织对比表
6 }/ _8 Q# r* Z9 V( k+ ] 钢种! q d t. Q1 d1 o
' s1 z! C, X& p+ ~! d# \ | 穿水冷却水压/MPa9 g+ O2 g) u' i6 U0 V4 ?; O% P. w! _
4 s1 T' Z( K4 D3 |5 ~+ ^* I
| 抗拉强度/MPa
# L+ Z) r& X8 N7 p( X( Y* J$ T% Y- U) d$ X
| 屈服强度/MPa
- C, O4 c* [! b5 c8 C% V
* [$ L8 x1 E+ i% b4 S; t" { | 延伸率/% . ]" E1 ~6 [& v% M0 _
; G, d) h) d( p4 l4 S: q Y
| 组织形态
& i( @% F5 A7 E# y+ C$ C2 \8 ?, F4 g! z* F# i' E/ |( ~
| 淬透层晶粒度4 _% z3 n& l" }- N& J1 y% p# O$ o
m! _ D* c* q B Y6 [+ J
| 淬透层深度/mm; L; S2 S6 K: Q5 S D$ V
- L" u% A$ Y4 B7 h' X) } | 中间晶粒度
* r* m# ]5 }; p( @5 m5 M! c" m M% w: J. t
| 20MnSi
% ~6 N/ Q/ N K! ^ p. w. H
" N- B* T7 |. I- R' P& O) Y | 0.8~1.0 3 Q" J% c2 M0 _8 c
- u/ S: K) S% W: U6 u
| 550~570
3 Z+ V7 Q: j5 v' v8 i/ V5 s
5 x% W; l9 t$ F" G3 r; Q | 390~400 + z1 E5 j5 L- S" c/ u7 X3 w% P
. ]% T/ g5 I/ e) F, \( m# f
| 25~27
, [" {6 W: w- Z+ ^3 F! i |: P2 a7 `, ]3 `- W' L, d' A, D# b& s$ ?
| F+P
3 n' ?5 F7 J/ `2 t! T, x. u
) ?9 j' _9 v4 X% f! k7 k; V | 9.0 u" C" f& v# [0 I9 ~
% G# r& m3 T/ z5 a; F. q | 0.6
2 C: C. L, j |( D9 M8 x+ q% {
+ k' D+ H* r0 j$ l) q1 W | 7.0 $ G* L1 N" Z' i' C! q7 X$ O
4 r7 l8 j7 o- z% I. X- Y; U' y
| 1.2~1.5 c& v3 u' A+ B) D# N+ S* O `6 z
4 p/ i+ p8 x' s, q
| 590~615
" }' A: n6 ^1 J: R4 ]5 {% U5 _! Z2 v
( w8 u) B- z0 r; e | 400~435
7 {( Z8 h e* I) b& ~- J4 |# D3 Q6 E( v# p* ]# o8 _
| 23~24 1 V$ M! W1 B2 z" p0 p% [. K1 d& z* d
% S* P g0 W1 P. H, R j$ a | 回火S0 Y" Z" A$ ^$ o1 k f7 F+ S4 u o% ~
# r. R8 V! S& u) e | 10.0
3 Q/ ^8 j Z* ]. O
5 e4 r, v: |8 g2 ~ | 1.0
2 d1 [8 Q: M; w) }8 O# z: G/ I# U. Z$ ~5 S
| 8.0
# Z i M' C" r' _: g8 a( w& u$ h$ L0 P* X, R* {
| 20MnSiNb
* u7 H5 T* F* x1 \: K" k8 P( [
+ C/ }6 q# x1 V4 J+ G2 D5 P9 o$ [$ | | 0.8~1.0 3 \( H- `! E7 o6 m& ]9 M
* F- V4 i2 {& Q | 630~650
4 T' ^* T4 ^" h1 e9 x) @
8 [9 c. F2 @7 o0 B/ O- } | 470~490
8 U4 E {8 [7 G2 a G% D, ]/ f+ g
3 `7 L4 U3 b# D, H, B | 22~25 7 \8 u1 T' ^! N" d3 t% Q, q2 L
/ p1 I& A$ D% V: {( h
| F+P, O; ^) d0 u1 N; S% c0 L$ o
' i1 N ]: J7 L% n, u9 z
| 10.5 : s7 J* V6 Y Y. T
5 q4 g* w' Q% c! q9 C
| 0.7
0 ?2 }' l+ ]1 B6 c6 v
. P; ^5 ^; K5 S3 { | 8.5
3 O/ D& s: t! e0 E/ u
2 W/ @2 Z4 j/ \# G | 1.2~1.5
8 g s3 b- b/ A D) m; h8 n8 H+ n I: e2 K. a
| 640~670
& w- L5 R; I i$ u
( Q9 K( ]6 s7 f | 500~525 & T$ A- u9 l$ I. q" ] X& }
) s8 W) C9 y& O8 W' x
| 22~24
8 r$ s4 Q$ x% Z$ ?( f7 Q( k6 v, J* t' T
| 回火S
; {( W8 M' `$ p& W" L4 D
* j+ ]' e; I' K- m | 11.0
1 h2 x" p6 a" y+ U; k+ N
) {5 l# n N2 z1 _+ |8 K | 1.0
( S- |9 R4 Y# x7 h! O) }/ }1 J9 r3 `$ a6 t$ S
| 9.0
' N+ g' M4 M8 I0 Q2 _ U! a2 v
|
4 i" s1 G* F8 N/ e) D( m) q% p
, w# H* ]" A8 L7 M8 r* w* M0 d+ u7 @ (3)2520MnSi/20MnSiNb螺纹钢筋穿水冷却工艺条件下不同时间时效的机械性能见表3。* c6 N' J @: G2 [5 V) M) b+ e! _
" b8 G! F9 C( ~5 Q+ ^$ {! Y S! N
表3 穿水冷却工艺条件下不同时间时效的机械性能对比表" s' P% Z4 _+ Z/ Z) K
钢种+ G: ]6 V; R. [, k: e
( S0 g, i: e0 s/ g. ^, C* k
| 取样冷却2h
9 L! s$ ^& b" M6 u/ }: U8 l2 z6 V: W+ i* c% m" ^3 ?
| 自然时效7d
/ v" M$ d7 w6 m! ]2 z! H
& l2 v: M' S O, Q$ x" R | 自然时效15d' V( t$ \8 ?. B; O; f' i3 ?
$ w& L# x( J9 C$ F7 I. Y
| 抗拉强度/MPa+ r: |. U' ?/ f2 Z9 i7 z
3 v8 I1 e4 W$ ^" I2 a' B% P | 屈服强度/MPa
2 j; M4 ?3 b1 `; Q
0 i9 O, w" z2 }; G" _ | 延伸率/%
3 W$ c% ~0 |( V3 T
9 W& f5 I+ C$ e5 R! @* Z8 T6 a | 抗拉强度/MPa
' A j6 G: {9 l, o3 E" ~9 ]: R: i J0 [
| 屈服强度/MPa
1 U4 w6 w {; @# [7 o+ _. B: b" }, Q H
| 延伸率/% 4 ^5 z; a! L$ K/ d/ ~# |
) [$ N! k* F6 s: i: V M# s
| 抗拉强度/MPa$ P4 O1 j/ r/ ]! @
$ w& D2 C" X- Z# L6 Z7 e2 l | 屈服强度/MPa) V T+ } {. M' H1 Y- {3 z' B
* _ o: C. W+ b9 q) C1 w | 延伸率/%
# p9 H: ]5 K! `0 |! a% ?
$ ~7 c n: S/ F: \/ c* f | 20MnSi
. n/ P4 b5 s1 Q: z' l+ J% t" r; N& S
| 585 2 F; Y4 s, c* N7 g0 |
6 @) b3 J4 d) d# |0 J# T
| 395 ' V- ? n% c+ j
6 g0 a' b; |( c& M8 ?: }6 g
| 22 7 H7 ~; {' i$ p
% U( |9 t( x1 g
| 570 7 c+ @" }- R- U/ Y; m
+ K+ r; {8 j- _2 W Q( C | 380 1 t* J# O! U8 k4 u
5 D0 u- U& C/ H6 Y1 E
| 23 . X" t5 t3 Z9 L0 e
$ `3 E1 @! v& W" H% V, X
| 565
{& W0 ?( `8 \1 R2 H
g6 _1 @4 ]* {. \+ v. g | 365
1 k( q3 x' s' b! H. ?1 F, o: c3 T, l. W, c* u2 w
| 21 5 E: W$ S0 y: H0 t/ v9 g
9 A$ o! L, z& k0 M | 20MnSiNb ~( g; W3 c0 A
' S, q9 U7 j: A& K4 d+ h7 h | 650 ) U G2 ^3 _- i# }) P
5 d u# u4 W# G/ i5 G7 |8 { | 510
% O4 k! K3 ^' F6 O$ D. W. o# L& ?8 F: f5 B; L6 A1 }: M
| 23
. m1 e7 b9 k" }- R2 B1 T. P8 Z" c1 ~$ C; C' a8 p- x5 g
| 630
% A' _ e _3 K$ F6 m( D# a0 y8 [0 u- _5 \6 C, _5 f
| 480 7 I3 r8 d3 \% T# B* O& Z7 d
1 U0 ~# D$ B R: V9 Z- V0 j8 M
| 22
, i) T3 }7 n, Q" T+ S8 `$ T. V \4 q$ r: D5 f4 e: N5 I4 H4 k
| 625 . @3 r7 p$ \, I! D4 o
9 {0 i1 N$ e" l3 ?) |7 C
| 475
* e1 ~; i, ]% a- e. V; D) q. l# x; }; w: t
| 19
t) M$ T8 L. T: e
7 y3 |, y$ n* T5 X* l4 N |
7 }! K( k( H6 x5 z% `
" u- s2 R, o7 z# n8 S (4)2520MnSi/20MnSiNb调整化学成份后螺纹钢筋在穿水冷却条件下机械性能和组织见表4。' D/ Q& B* L6 V4 n% o4 c
0 e" Y6 p0 C( n# S% Q 表4 调整化学成份后螺纹钢筋在穿水冷却条件下机械性能和组织表
" L D0 D/ Z8 ~' @" | 钢种$ K/ V) U7 f( f: Z: n5 v
1 v$ O7 I6 M8 P3 d | 合金成分与空冷工艺成份相比降低比例/%
) H# E3 t7 |6 {, \% W# ?
0 Z! {2 k; _4 O& k6 D | 抗拉强度/MPa
1 b W. f* p, m: `4 c5 V
5 _: V: f: D- ^6 e1 S& f$ U% S | 屈服强度/MPa
( Q# g; H* |' B
% t0 g I" N7 F. k6 d | 延伸率/%
$ V( J) e+ D/ t" s u" ~# n0 ?8 ?/ C" W3 T
| 组织形态& j" R: }: A2 m6 P) C& ] a
0 m. K% q, f, R) H5 M( l | 淬透层晶粒度
+ c1 ~% |' V2 ~' Q# ?! j2 T5 _- q ^! T/ Y' U
| 淬透层深度/mm/ g: J) G" ^# A% i
/ {$ e$ |5 L/ z7 J% @+ S- Y
| 中间晶粒度
/ f0 b+ H5 q7 \* @: ?3 ^$ t
+ E s& \) p: E: z4 |& M& t0 |& S, N | 20MnSi
( W# i. V( p9 D: g) \
v; q, L, ?" Y0 d8 d | Mn:25~40Si:30~60
9 n! F! \3 z( i5 ?/ i. f2 e0 j P
" V. d0 D9 x n s7 [ | 550~580 5 X6 b" y3 L( ^/ O8 f0 F
- g+ I3 O2 l3 p b | 385~405 E" A% F3 W+ F _) ?+ d
# x0 y: ?- g. y2 m
| 22~24
k) b( F+ l! K/ J# P3 z/ ]; Q
1 P4 i. w5 {: K- o8 _# y | 回火S
/ F! a& v) C1 p& x D# Y1 G8 M7 A; ^
| 10.0 2 d/ e% Y$ a% T+ r+ U* G
7 U- _; `; X4 K" [4 Y% W) [2 x6 }
| 1.0 3 m/ i- c9 F* t' w+ n, {
: M* c5 k# T( h; S | 8.0 ( ~ X+ g! E2 n5 K: W3 j$ A6 A
8 }3 D3 H* J9 b. a | 20MnSiNb
/ n$ P' s+ n2 u0 Y8 {/ a" B2 ~! O) T2 A3 Y
| Mn:25~35Si:30~60Nb:50~60 % x3 E( K$ Y1 u5 q% k& S0 A- b! m8 T
! W) v3 T7 W; [# V H | 595~615
' X# `3 _, C. s1 c; A3 I! b7 r
0 f' `) v& T1 u | 500~515
) d# c6 j( K% u* w+ s i+ G1 s' G8 ]# W# S3 h
| 21~24
^; I% B* o. w: I0 ?7 B- n! }, y% X A
| 回火S. u: J W+ f/ z% `2 ]/ c4 {0 l
+ d' b+ m6 m. ~, ]& N, ?* l
| 11.0
7 u% h# Q+ Q' s$ ]* a7 ~: K
$ N1 m/ X" I% _( @) X! O3 w | 1.0P
5 c) }0 N/ z/ D- s8 l% b* \
0 O3 A- B; G# A+ e | 9.0
5 ~) t0 J, j8 T9 ~
; m2 q* D) N k( t1 n- { ~ | " R* ~4 t, v- n6 q8 M
7 \! q8 m- ?7 ~% s2 P7 T6 K/ f& a
2)讨论 (1)从表1的数据可以看出,相同化学成分20MnSi,20MnSiNb螺纹钢筋通过穿水冷却工艺后与常规空冷工艺对比:抗拉强度平均提高55MPa~75MPa,屈服强度平均提高55MPa~85MPa,延伸率有所降低但均在22%左右,组织得到明显细化,边缘和芯部的晶粒度均提高了3~4级,绝大部分为细小的回火索氏体。
x4 t! O* y: C' _: W2 t3 P- n5 d. U& I m4 d0 i
(2)从表2的数据可以看出,相同化学成分20MnSiⅡ级和20MnSiNbⅢ级螺纹钢筋不同冷却强度条件下的穿水冷却工艺性能对比:水压越高强化效果越明显,每增加0.1MPa的水压,抗拉强度和屈服强度平均提高5MPa~10MPa,延伸率基本不变,组织细化明显,淬透层变深。7 E; R! J# _* I# w! ~
' W" D# n7 C3 N4 A( Q6 o! E0 j (3)从表3的数据可以看出,自然时效7d抗拉强度和屈服强度下降幅度最大,为10MPa~20MPa,自然时效7d~15d时间段抗拉强度和屈服强度下降幅度趋小,为5MPa~10MPa,延伸率降低1%~4%。说明生产过程中特别应注意机械性能要留有足够的富余,以弥补时效带来的强度下降。# s% Q! d% ?9 o+ u0 y+ V% Y
" n2 I8 d( d6 ]; _, I (4)从表4的数据可以看出,在充分满足时效和机械性能的前提下,与常规空冷工艺化学成份相比,20MnSiⅡ级螺纹钢筋中锰(Mn)可以节约25%~40%,硅(Si)可以节约30%~60%;20MnSiNbⅢ级螺纹钢筋中锰(Mn)可以节约25%~35%,硅(Si)可以节约25%~60%;铌(Nb)可以节约50%~60%,由于机械性能有较大富余,合金含量还有下降空间。钢筋的机械性能决定于钢的化学成份,变形条件,终轧温度,钢筋直径,冷却条件,冷却速度和回火温度等因素,因此,如何找到既能满足标准要求又能使合金成份量更低的最佳穿水工艺控制参数是需要进一步研究和探索的课题。) E7 V' H& k/ ?9 Y4 Q2 d+ L5 [
) v2 y4 k0 o) e: `, V
由于穿水冷却工艺能使成品轧机后的钢材迅速冷却,避免了空冷条件下钢材高温二次氧化,表面质量有了明显改善,氧化铁皮致密,呈均匀的深兰色。轧后冷却工艺还解决了冷床冷却能力不足问题,为棒材轧制线产能释放提供了条件。
. p: g& U" F& l s; J 发展前景
+ _8 u: m: _" q; y
" o: i/ O4 e4 u. l, _ 20MnSiⅡ级螺纹钢筋的主要缺点是强度偏低,仅为335MPa,不能满足较高级别的抗震建筑要求。在工业发达国家,如美国、英国、德国、日本等国的建筑用钢国家标准中已将Ⅱ级螺纹钢筋这一等级淘汰,而均采用Ⅲ级以上的螺纹钢筋代替;理论上测算,若将强度低的Ⅱ级螺纹钢筋改为强度较高的Ⅲ级螺纹钢筋用于建筑,则可节约钢材约14%。为尽快与国际接轨,节约钢材资源,我国正在加速建筑用钢的更新换代,大力推广应用400MPa级的Ⅲ级钢筋。目前国内绝大部分企业均采用微合金化法的方法生产Ⅲ级螺纹钢筋,即在20MnSi钢的基础上添加0.10%左右的钒(V)或0.035%左右的铌(Nb),利用钒或铌的碳氮化物的析出强化作用提高钢的强度,满足Ⅲ级螺纹钢筋的性能要求。但由于钒或铌的加入使螺纹钢筋的成本有所提高,为进一步降低Ⅲ级螺纹钢筋成本,开发经济型建筑用Ⅲ级螺纹钢筋是当务之急。* i+ S9 W5 i [$ x4 `2 l" g# z8 l
2 ~! ?+ f& {( k+ o2 C! T
据有关部门统计,2005年,在我国的钢材消费中建筑用螺纹钢筋用量达6776.48×104T,占钢材总需求量的18.26%,消费量巨大。按锰、硅、铌等合金料的用量分别减少25%~40%、25%~60%、50%~60%,将节约大量的合金资源,产生巨大的经济效益和社会效益。8 Z7 m8 e. N+ @& ^( H+ e. T" j+ b$ N
. X& I" i% N& d. e! c% o |
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