鈮在舞鋼建筑結(jié)構(gòu)用寬厚鋼板中的應(yīng)用

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1、鈮在舞鋼建筑結(jié)構(gòu)用寬厚鋼板中的應(yīng)用?1前言寬厚鋼板作為造船、橋梁、管線等行業(yè)的主要鋼材早在多年以前就被人們認(rèn)識(shí)和了解，近年來又被普遍用于建筑結(jié)構(gòu)、電站鍋爐、海洋平臺(tái)、工程機(jī)械和石油化工等特殊領(lǐng)域，以高強(qiáng)度、高韌性、低屈強(qiáng)比、抗層狀撕裂、高耐磨性、耐候性等優(yōu)勢被世人認(rèn)可。尤其是含Nb鋼為代表的微合金技術(shù)和TMCP軋制工藝的廣泛使用，使寬厚鋼板的適用性更強(qiáng)，應(yīng)用范圍更廣。多年來，舞鋼利用鈮微合金化技術(shù)，開發(fā)生產(chǎn)了一大批高技術(shù)含量、高附加值產(chǎn)品，其中屈服強(qiáng)度235～460MPa系列建筑結(jié)構(gòu)用寬厚板，具有其它鋼級(jí)和品種無法可比的優(yōu)

2、越性，在北京奧運(yùn)場館建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。2?舞鋼含Nb鋼和微合金化現(xiàn)狀2.1舞鋼含Nb鋼品種和產(chǎn)能舞鋼積極采用鈮微合金化技術(shù)，利用鈮顯著的細(xì)化晶粒、推遲再結(jié)晶、降低鐵素體韌脆轉(zhuǎn)變溫度和析出強(qiáng)化的作用，開發(fā)生產(chǎn)了大量性能優(yōu)越、用途重要的寬厚鋼板，典型產(chǎn)品有:?采用TMCP工藝生產(chǎn)“西氣東輸”用針狀鐵素體X70管線鋼，采用非調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)?“西電東送”壓力鋼管用CF型低碳貝氏體鋼，采用調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)屈服強(qiáng)度590～960MPa級(jí)工程機(jī)械用超高強(qiáng)度鋼，采用Nb-Ti復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)的S355N、A709?HPS485W新型橋梁鋼和BB5

3、03、BB41BF高爐爐殼用鋼，采用Nb-V復(fù)合強(qiáng)化生產(chǎn)的屈服強(qiáng)度390～460MPa級(jí)建筑結(jié)構(gòu)用鋼和其它低合金高強(qiáng)度鋼等。采用鈮微合金化技術(shù)豐富了舞鋼的寬厚板產(chǎn)品種類,也顯著提高了舞鋼產(chǎn)品的實(shí)物質(zhì)量和市場競爭能力。舞鋼鈮微合金化品種主要有橋梁及港口機(jī)械用鋼、造船及海洋平臺(tái)用鋼、高層建筑用鋼、工程機(jī)械用鋼、管線鋼、鍋爐及容器用鋼、高爐爐殼用鋼、低合金高強(qiáng)度鋼、壓力鋼管用鋼、抗層狀撕裂鋼等（見圖1、圖2）。從2005年元月到2008年8月共生產(chǎn)含Nb鋼245萬t，占舞鋼寬厚板總產(chǎn)量599萬t的40.86%，2005年、200

4、6年、2007年、2008年1～8月分別消費(fèi)Fe-Nb?266t、270t、374t、388t，2005年至今噸鋼消費(fèi)Nb鐵0.216kg，其中含鈮鋼噸鋼耗Nb鐵0.53?kg，在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。2.2舞鋼低合金鋼中微合金化的分類舞鋼鈮微合金化采用鈮、鈮釩復(fù)合、鈮鈦復(fù)合、鈮釩鈦復(fù)合4種形式。鈮是最重要的微合金化元素，單加鈮是抗拉強(qiáng)度500MPa級(jí)控軋鋼的首選，由于Nb(C,N)析出相作用，原奧氏體晶粒會(huì)更細(xì)小，從而導(dǎo)致更細(xì)小的再結(jié)晶晶粒的形成，獲得高強(qiáng)度和高韌性的理想結(jié)合。鈮鈦復(fù)合能夠最大限度地發(fā)揮鈮的作用，同時(shí)Ti形成

5、高溫下穩(wěn)定的氮化物，可在熱加工前的再加熱過程以及焊縫中，尤其是緊靠焊縫熔融邊界的熱影響區(qū)(HAZ)中，抑制奧氏體的晶粒長大，從而改善焊接HAZ的韌性，適應(yīng)大焊接熱輸入工藝的需要。另外，由于形成的TiN消除了鋼中的自由N，對鋼的時(shí)效性能的提高也是很有益的，此時(shí)鈮以碳化物的形式存在，而不形成碳氮化物，在同樣的加熱溫度下可以溶解更多的鈮，提高了鈮的作用，并改善了連鑄坯的表面質(zhì)量。鈮釩復(fù)合通常應(yīng)用于正火型低合金高強(qiáng)度鋼和TMCP工藝生產(chǎn)屈服強(qiáng)度390～500MPa級(jí)別的板材，因?yàn)檎鹦秃癜鍐渭覰b難以達(dá)到所要求的強(qiáng)度，需要添加少量

6、的釩，其韌性主要由Nb的含量和TMCP工藝所決定，V對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)是通過V(C,N)的析出強(qiáng)化實(shí)現(xiàn)的，且對韌性沒有造成明顯的破壞。采用鈮釩鈦復(fù)合再加入適量Cu、Ni和Mo合金化的方法，可以在不損失韌性的條件下達(dá)到更高強(qiáng)度級(jí)別，例如低碳貝氏體鋼和針狀鐵素體鋼，添加鈮能增強(qiáng)鋼的淬透性，這對利用ACC提高強(qiáng)度很有好處。舞鋼結(jié)合自身?xiàng)l件優(yōu)化了加熱、軋制、冷卻等工藝參數(shù)，確保了鈮微合金化功能優(yōu)勢的發(fā)揮，使其在細(xì)化組織、提高強(qiáng)度、韌性、焊接性能及特殊應(yīng)用性能方面起到至關(guān)重要的作用。舞鋼低合金鋼中微合金化的分類情況如下表所示。原創(chuàng)表1建筑

7、結(jié)構(gòu)用TMCP或正火高強(qiáng)鋼熔煉化學(xué)成分3舞鋼建筑結(jié)構(gòu)用鋼板的開發(fā)3.1建筑結(jié)構(gòu)用鋼板的發(fā)展趨勢鋼結(jié)構(gòu)正在成為現(xiàn)代建筑的結(jié)構(gòu)主體，代表了今后一個(gè)時(shí)期建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢，特別是高層重型鋼結(jié)構(gòu)和空間大跨度鋼結(jié)構(gòu)基于安全性、經(jīng)濟(jì)性、造型美觀和空間利用效率等方面的考慮，對建筑結(jié)構(gòu)用鋼提出了高強(qiáng)度、高韌性、低屈強(qiáng)比、大線能量焊接、耐火、耐候性等多樣化的性能要求。此領(lǐng)域也是以Nb為代表的微合金元素在鋼中細(xì)化晶粒作用得到充分發(fā)揮的重點(diǎn)品種。(1)高強(qiáng)度、高韌性近年來，由于重型、高層、大跨度空間結(jié)構(gòu)和非對稱結(jié)構(gòu)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)的承載重量越來越大

8、，為減薄結(jié)構(gòu)厚度和質(zhì)量，降低焊接成本，屈服強(qiáng)度390MPa、420MPa、460MPa的高強(qiáng)度鋼板在建筑結(jié)構(gòu)中得到大量應(yīng)用?！傍B巢”使用了厚度110mm的Q460E/Z35鋼板，“水立方”應(yīng)用了Q420C/Z15鋼板，中央電視臺(tái)新臺(tái)址應(yīng)用了數(shù)萬噸最大厚度到135mm的Q390D/Z35、Q420D/Z3