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非微合金化HRB400鋼筋焊接性能與抗震性能研究
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司
更新時間：2013-07-30
非微合金化技術(shù)指的是不添加Nb、V等微合金，通過材料自身的線、面缺陷強化即形變位錯強化和晶界強化來提高材料的性能。采用缺陷強化技術(shù)面臨的難題之一是焊接性能，因為焊接時，熱影響區(qū)金屬重新加熱到很高的奧氏體溫度區(qū)，焊后該區(qū)晶粒粗化，失去了缺陷強化的作用。難題之二是抗震性能，因為面缺陷強化對屈服強度的提高遠大于對抗拉強度的提高，單純依靠面缺陷強化必然會導(dǎo)致強屈比下降。
為了保證非微合金化HRB400鋼筋的焊接性能與抗震性能，進行如下研究：①焊接強度與化學(xué)成分、母材強度的關(guān)系研究；②焊接熱影響區(qū)晶粒粗化與原始鐵素體晶粒度的關(guān)系研究；③經(jīng)濟地獲得面缺陷強化的技術(shù)；④經(jīng)濟地獲得線缺陷強化的技術(shù)。通過上述試驗研究確定了滿足焊接安全和抗震要求的非微合金化HRB400鋼筋化學(xué)成分和生產(chǎn)工藝。
1焊接強度與化學(xué)成分、母材強度的關(guān)系研究
具有不同化學(xué)成分級的鋼筋焊接強度與母材強度的關(guān)系，以及理想狀態(tài)焊接強度與母材強度的關(guān)系隨著化學(xué)成分及組織形態(tài)改變，母材強度大幅提高，焊接強度也得到一定程度的提高，但是無論母材強度如何增加，焊縫強度始終≤575MPa，導(dǎo)致斷裂發(fā)生在焊縫，不能滿足焊接安全要求。理想狀況HRB400鋼筋平均母材強度應(yīng)略低于焊縫強度，使得斷裂發(fā)生在母材，保證鋼筋焊接性能安全。
2焊接熱影響區(qū)晶粒粗化與原始鐵素體晶粒度的關(guān)系研究
結(jié)合文獻以及焊接熱模擬試驗，原始鐵素體的晶粒尺寸越小，所得到的初始奧氏體的尺寸就越小，而其最終熱影響區(qū)粗晶區(qū)奧氏體的晶粒就越大，隨著原始鐵素體晶粒尺寸的不斷減小，快速加熱時的材料轉(zhuǎn)變溫度不斷降低，奧氏體晶粒長大的粗化溫度下降，粗晶區(qū)(CGHAZ)變寬。上述分析得出的結(jié)論是化學(xué)成分相同，晶粒尺寸越小焊接強度可能越低，分析結(jié)果是一致的，20MnSi材質(zhì)通過超細晶工藝母材強度達到715MPa，比常規(guī)工藝母材強度提高100MPa，但是焊接后強度降至570MPa，比常規(guī)工藝軋材焊接強度還要略低。
3經(jīng)濟地獲得面缺陷強化的技術(shù)
焊接強度確定后，母材強度一方面必須不小于標準要求，同時又不得大于焊接強度值。通過計算，要保證母材強度在標準要求之上，焊接強度值之下，晶粒度需要控制在9.5～1O.5級。而常規(guī)工藝生產(chǎn)HRB335，晶粒度≤8級，需要提高晶粒度1.5級以上。采用超細晶路線能夠有效獲得面缺陷強化，但是超細晶工藝生產(chǎn)大規(guī)格鋼筋會帶來如下問題：①邊部晶粒細，心部晶粒粗，組織不均勻；②焊接后強度下降顯著，不能滿足焊接要求；③屈服強度提高遠大于抗拉強度提高，造成強屈比抗震性能不足；④設(shè)備要求高。
4經(jīng)濟地獲得線缺陷強化的技術(shù)
抗拉強度均得到提高，而且屈服強度的提高幅.從試驗結(jié)果看，隨著晶粒細化，母材屈服強度更和采用20MnSi鋼坯進行不同軋制工藝試驗，總大，同時強屈比下降。晶粒度為7.5～8級時，屈服結(jié)出晶粒度與屈服強度、抗拉強度以及強屈比的關(guān)強度和抗拉強度均未達到標準要求；而當晶粒度達到9.5級時，強度富余量較大，但強屈比已經(jīng)低于第7期周玉麗等：非微合金化HRB400鋼筋生產(chǎn)技術(shù)研究211.25的抗震要求。也就是說，單純采用面缺陷強化難以滿足抗震要求，必須通過線缺陷強化來提高材料的抗拉強度，因為線缺陷強化對材料抗拉強度的貢獻要大于對屈服強度的貢獻。
線缺陷主要來源于形變過程，同時線缺陷在高溫狀態(tài)下消失非常迅速，如何使形變過程中產(chǎn)生的高密度位錯在形變后得到保留，從而實現(xiàn)對材料的強化，通過工藝研究，降低形變溫度、軋后立即冷卻等方式是保留高密度位錯較好的途徑。為了定量分析線缺陷獲得情況和強化貢獻大小，取非微合金化HRB400鋼筋和同成分的HRB335試樣，通過透射電鏡進行線缺陷密度分析，并采用經(jīng)驗公式計算線缺陷強化對HRB400鋼筋強度的提高值。
5結(jié)論
(1)通過大量對比分析非微合金化HRB400鋼筋與Nb微合金化HRB400Nb的各項使用性能，包括抗震性能、閃光焊性能、電渣壓力焊性能、強屈比、時效性能、低溫拉伸性能、低溫沖擊性能，非微合金化HRB400鋼筋使用性能等同于鈮微合金化HRB400Nb。
(2)非微合金化HRB400鋼筋的開發(fā)，不但大幅度地降低了生產(chǎn)成本，而且產(chǎn)品具有優(yōu)良的焊接性能、抗震性能以及低溫性能，有效推動了中國建筑鋼筋的更新?lián)Q代。
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