Пруток из высокопрочной стали: Производство и свойства | MachineMFG

Пруток из высокопрочной стали: Производство и свойства

0
(0)

1. Предисловие

Высокопрочные стальные стержни считаются основой и скелетом строительной индустрии. В настоящее время существует пять основных направлений развития высокопрочных арматурных материалов:

  • Упор на исследования, разработку, продвижение и внедрение высокопрочных стальных прутков с прочностью 500 МПа и выше.
  • Сосредоточение внимания на производстве и использовании сейсмической арматуры.
  • Упор делается на исследования, разработку, продвижение и внедрение коррозионно-стойкой арматуры.
  • Усиление исследований, разработок, продвижения и применения экономически эффективной, высокоэффективной арматуры.
  • Фокусируется на исследовании технологии применения высокопрочной арматуры.

В этой статье представлен краткий обзор свойств и процесса производства высокопрочных стальных прутков и сейсмических стальных прутков с классом прочности 500 МПа и выше для строительства зданий.

2. Процесс производства высокопрочной арматуры 500 МПа и выше

2.1 Процесс производства высокопрочной арматуры 500 МПа

Основной процесс производства прутков из высокопрочной стали 500 МПа включает в себя добавление микролегирующего элемента ванадия в низколегированную сталь 20MnSi и использование недорогого азота для упрочнения осаждением. Это позволяет добиться прочности стали 500 МПа.

Технология микролегирования ванадием имеет ряд преимуществ, в том числе экономичность и рациональность состава, стабильные характеристики армирования, высокое соотношение прочности и текучести, а также отличные низкотемпературные и сварочные характеристики.

Этот процесс считается оптимальным для производства высокопрочной арматуры на 500 МПа.

2.1.1 Состав и механические свойства

Согласно GB1499.2 (пересмотренному в 2016 году), химический состав и углеродный эквивалент HRB500 должны соответствовать требованиям, перечисленным в таблице 1. Кроме того, такие элементы, как ванадий, ниобий и титан можно добавлять в сталь по мере необходимости.

В таблице 1 стандарта GB1499.2 (пересмотренной в 2016 году) приведены требования к химическому составу и механическим свойствам высокопрочной арматуры на 500 МПа.

Химический состав, масса%БрендHRB500HRBFS00HRBSODEHRBFSOOE
C0.25
Si0.8
Mn1.6
P0.045
S0.045
Ca0.S5
Механические свойстваПредел текучести RtL, МПа500
Прочность на разрыв R, МПа630
Удлинение после разрушения A%15-
Отношение общей длины вторичной обмотки к максимальной силе A%7.59

2.1.2 Технический маршрут

Технические процессы производства прутков из высокопрочной стали 500 МПа включают послепрокатную термическую обработку отходов, сверхмелкое зерно и микролегирование.

Первые два метода используют состав низколегированной стали 20MnSi, в то время как процесс микролегирования предполагает добавление в 20MnSi микролегирующих элементов, таких как ванадий, ниобий и титан.

1) Микролегирование

Технология микролегирования улучшает механические свойства стали путем добавления микролегирующих элементов в сталь 20MnSi металлургическими методами. Механизм упрочнения включает образование карбидов и нитридов с высокой температурой плавления и высокой твердостью из микролегирующих элементов и атомов углерода и азота в стали.

С одной стороны, осаждение этих карбидов и нитридов на аустенит граница зерна препятствует росту зерен аустенита во время нагрева и приводит к мелкозернистому упрочнению.

С другой стороны, осаждение этих карбидов и нитридов во время или после превращения аустенит в феррит препятствует движению дислокаций в решетке железа и приводит к усилению осадка.

2) Технология ультратонкого зерна

Технология ультрамелкого зерна - это современный производственный процесс, сочетающий контролируемую прокатку и контролируемое охлаждение и не требующий добавления микролегирующих элементов. Для реализации этого процесса требуется компьютерный контроль температуры на всей линии прокатки стали, а конкретная система процесса прокатки должна соответствовать сорту и техническим характеристикам стали.

В этой технологии используется сочетание механизмов прокатки с контролем рекристаллизации, прокатки без контроля рекристаллизации, деформационно-индуцированного превращения феррита и динамической рекристаллизации феррита для управления размером зерна и микроструктурой, что в конечном итоге позволяет достичь мелкозернистого упрочнения стали.

3) Остаточная термообработка после прокатки

Технология термической обработки отходов после прокатки - это процесс, не требующий добавления микролегирующих элементов. Она объединяет процессы горячей прокатки и термообработки, когда стальные прутки после горячей прокатки закаливаются в режиме онлайн для охлаждения поверхности, а затем отходящее тепло от стального сердечника используется для закалки поверхностного слоя стальных прутков. В результате поверхностная структура стальных прутков превращается в закаленный сорбит, который сохраняет мартенсит ориентации, в то время как сердцевина становится рафинированной феррито-перлитной структурой с более высоким относительным содержанием перлита. В итоге сталь 20MnSi достигает уровня прочности 500 МПа за счет микроструктурного упрочнения.

Хотя послепрокатная термообработка и технологии ультрамелкозернистой обработки не требуют добавления микролегирующих элементов, они имеют высокую стоимость оборудования, низкое соотношение прочности и текучести, а также подвержены старению. В результате эти методы не подходят для механических соединений с использованием сварки или повреждения поверхности.

Технология микролегирования имеет самую низкую стоимость оборудования, так как не требует оборудования для контроля температуры на сталепрокатной линии. Кроме того, она отличается высоким соотношением прочности и текучести, низкой чувствительностью к старению и хорошими сварочными характеристиками.

На основании сравнения характеристик продукции и стоимости производства можно сделать вывод, что наилучшим техническим методом для производства высокопрочных стальных прутков 500 МПа является процесс микролегирования.

В таблице 2 стандарта GB1499.2 (пересмотренной в 2016 году) приведены требования к химическому составу и механическим свойствам высокопрочной арматуры на 600 МПа.

Химический состав, масса%Количество селезенокHRB600
C0.28
Si0.8
Mn1.6
P0.045
S0.045
Cr0.58
Механические свойстваПредел текучести RL, МПа600
Прочность на разрыв Rm/MPa730
Удлинение после разрушения%14
Полное удлинение при максимальном усилии A%7.5

2.2 Процесс производства высокопрочной арматуры 600 МПа

2.2.1 Состав и механические свойства

В настоящее время такие сталелитейные заводы, как Shagang, Chenggang и Jigang в Китае, успешно производят горячекатаный деформированный прокат с давлением 600 МПа.

В таблице 2 стандарта GB1499.2 (пересмотренного в 2016 году) приведены требования к химическому составу и механическим свойствам высокопрочной арматуры HRB600, рассчитанной на давление 600 МПа.

2.2.2 Технический маршрут

В настоящее время многие сталелитейные заводы в Китае могут производить высокопрочные стальные прутки марки 600 МПа, которые используются в строительных проектах. Однако исследования химического состава, фазовых превращений и эволюции микроструктуры этих стальных прутков, а также их взаимосвязи с процессами прокатки и охлаждения ограничены. Это приводит к неправильному подбору технологии микролегирования и контролируемых процессов прокатки и охлаждения, что влечет за собой потерю дорогостоящих ресурсов. элементы сплава и несоблюдение требуемых механических свойств стальных прутьев.

Отечественные сталелитейные заводы, такие как Shagang, Chenggang и Jigang, успешно освоившие производство HRB600, в основном применяют метод ванадиевого легирования, который предполагает добавление ванадия для значительного повышения прочности. Производство прутков из высокопрочной стали с давлением 600 МПа с использованием ниобия, титана и контроля технологического процесса пока еще редкость.

Технология легирования ванадием является основным техническим направлением для создания высокопрочных свариваемых стальных прутков во всем мире. Управление процессом может осуществляться либо путем контролируемой прокатки и контролируемого охлаждения, либо путем послепрокатной термообработки. Прутки из высокопрочной стали производятся путем контролируемой прокатки и контролируемого охлаждения, в основном путем низкотемпературной прокатки и быстрого охлаждения, для уменьшения размера зерна и повышения прочности.

Использование того же производственного процесса, что и при изготовлении прутков из средне- и низкопрочной стали, для производства прутков из высокопрочной стали с давлением 600 МПа путем легирования имеет ряд преимуществ. Во-первых, это позволяет избежать перестройки производственной линии и связанных с этим проблем, включая затраты на модификацию оборудования. Во-вторых, это помогает в крупномасштабном быстром производстве и продвижении новых продуктов HRB600.

Однако использование только легирования для повышения прочности увеличивает стоимость сплавов, а повышенное содержание легирующих элементов может вызвать структурные аномалии.

В заключение следует отметить, что в настоящее время технологический процесс производства высокопрочной арматуры 600 МПа в основном состоит из легирования, дополняемого контролем процесса. На начальном этапе процесс производства высокопрочной арматуры 600 МПа должен быть максимально приближен к процессу производства средне- и низкопрочной арматуры, чтобы способствовать ее широкому распространению и применению.

3. Процесс производства антисейсмической высокопрочной арматуры

В связи с растущими потребностями китайской строительной индустрии в высокопроизводительных стальных прутках, широко распространена озабоченность безопасностью и сейсмостойкостью строительных конструкций.

3.1 Состав и механические свойства

В стандарте GB 1499.2-2007 показатель сейсмостойкости арматуры впервые включен в качестве национального стандарта. Были определены три показателя сейсмостойкости арматуры: отношение прочности к текучести (R ˚ m /R ˚ eL), супер коэффициент изгиба (R ˚ eL/ReL), и общее удлинение при максимальном усилии (Agt).

В таблицах 3 и 4 приведены химический состав и показатели механических свойств сейсмической арматуры HRB400E и HRB500E, произведенной на одном из отечественных металлургических заводов. Эти показатели были получены в результате многовыборочного контроля.

Таблица 3 Химический состав HRB400E и HRB500E Сейсмическая высокопрочная арматура %

БрендCSiMnV
HRB400E0.19-0.250.36-0.570.27-1.520.035-0.056
HRB500E0.20-0.250.36-0.571.38-1.580.082-0.113

Таблица 4 Проверка механических свойств высокопрочной сейсмической арматуры HRB400E и HRB500E

БрендRpL, МПаRm, МПаA,%Agt,%R0м/р0pLR0pL/RpL
HRB400E425-485570-62521.5-30.510.5-18.51.28-1.411.06-1.21
HRBS00E515-595665-72519.5-26.510.0-17.51.26-1.391.03-1.19

3.2 Технический маршрут

3.2.1 Технология микролегирования

Усталостные характеристики при высоких деформациях и низких циклах являются основным сейсмическим показателем для стальных стержней.

Основным методом повышения усталостных характеристик сейсмических стальных прутков при высоких деформациях и низких циклах является микролегирование. Эта технология широко используется как на внутреннем, так и на международном рынке для улучшения комплексных свойств стальных прутков путем измельчения зерен и упрочнения осадкой.

В Китае в качестве микролегирующего элемента предпочитают использовать ванадий и одновременно добавляют небольшое количество азота, чтобы увеличить количество осажденных фаз V (C, N). Это повышает роль упрочнения осаждением и мелкозернистого упрочнения, а также значительно улучшает сейсмические характеристики стали.

Некоторые исследователи также успешно разработали мелкозернистую высокопрочную антисейсмическую арматуру класса 600 МПа, используя процесс микролегирования Cr+V. Ванадий используется для образования соединений V (C, N) в стали, что значительно повышает ее прочность. Дополнительно добавляется некоторое количество хрома для повышения сейсмических характеристик арматуры. Конечные механические свойства соответствуют требованиям к мелкозернистой высокопрочной сейсмостойкости 600 МПа.

Металлографическая структура арматуры состоит из "феррит+перлит" по краям и в центре, без бейнита или краевого отпуска, которые могли бы негативно повлиять на ее эксплуатационные характеристики.

3.2.2 Технология тонкой кристаллизации

Япония давно изучает технологию тонкой кристаллизации, которая предполагает сочетание прокатки с большими деформациями и динамической рекристаллизации для улучшения структуры зерна. Это привело к созданию сверхвысокопрочной сейсмической арматуры с диапазоном прочности 685-980 МПа, которая считается передовой на международном уровне.

В отличие от этого, Китай делает ставку на сочетание деформации и фазовых превращений для достижения измельчения зерна.

Мелкозернистые стальные прутки отличаются широким диапазоном циклической пластической деформации и низкой вероятностью растрескивания при деформации материала. Кроме того, эти прутки обладают более высокой циклической вязкостью и меньшим циклическим усталостным ресурсом по сравнению со стальными прутками, прошедшими термическую обработку. Кроме того, ультрамелкозернистая сталь обладает лучшими свариваемость чем феррито-перлитная сталь.

Однако до сих пор существуют некоторые ограничения в практическом применении мелкозернистых стальных прутков. К ним относятся жесткие требования к оборудованию и размерам заготовок, неоднородность микроструктуры и свойств из-за деформации и неравномерного охлаждения крупногабаритных прутков, а также снижение коэффициента текучести из-за большего увеличения предела текучести по сравнению с пределом прочности при растяжении при слишком малом размере зерна. Мелкозернистая сталь также обладает низкой коррозионной стойкостью из-за мелкозернистой структуры и повышенного количества границ зерен.

Поэтому необходимо дальнейшее развитие технологии тонкой кристаллизации.

4. Заключение

Три распространенных метода производства высокопрочных стальных прутков - микролегирование, тонкая кристаллизация и термическая обработка отходов.

По сравнению с двумя другими процессами, прутки из микролегированной стали обладают такими преимуществами, как стабильность работы, низкая чувствительность к деформационному старению и хорошие сварочные характеристики.

Стальные прутки, прошедшие термическую обработку, производятся путем закалки горячекатаных стальных прутков, что приводит к повышению их прочности. Этот процесс является ресурсо- и энергосберегающим, что приводит к снижению производственных затрат.

Мелкозернистая арматура способна удовлетворять требованиям по прочности и вязкости, предъявляемым к сейсмостойкому армированию.

Несмотря на эти достижения, в указанных процессах все еще существуют некоторые проблемы, в том числе:

  • Высокая себестоимость технологии микролегирования;
  • Низкая пластичность, свариваемость, механические характеристики соединения и пригодность к строительству арматуры, полученной термической обработкой;
  • Сложность технологии тонкой кристаллизации и низкий коэффициент текучести арматуры.

Поэтому для производства высокопрочных стальных прутков очень важно эффективно сочетать технологии микролегирования, тонкой кристаллизации и термической обработки отходов, исходя из реальных потребностей и экономической эффективности. Это позволит не только сократить добавление легирующих элементов и снизить производственные затраты, но и значительно повысить механические свойства стали бары.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх