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非微合金化HRB400鋼筋焊接性能與抗震性能研究
發布人：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。采用缺陷強化技術面臨的難題之一是焊接性能，因為焊接時，熱影響區金屬重新加熱到很高的奧氏體溫度區，焊后該區晶粒粗化，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焊接強度與化學成分、母材強度的關系研究；②焊接熱影響區晶粒粗化與原始鐵素體晶粒度的關系研究；③經濟地獲得面缺陷強化的技術；④經濟地獲得線缺陷強化的技術。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鋼筋化學成分和生產工藝。
1焊接強度與化學成分、母材強度的關系研究
具有不同化學成分級的鋼筋焊接強度與母材強度的關系，以及理想狀態焊接強度與母材強度的關系隨著化學成分及組織形態改變，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，導致斷裂發生在焊縫，不能滿足焊接安全要求。理想狀況HRB400鋼筋平均母材強度應略低于焊縫強度，使得斷裂發生在母材，保證鋼筋焊接性能安全。
2焊接熱影響區晶粒粗化與原始鐵素體晶粒度的關系研究
結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，而其最終熱影響區粗晶區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變溫度不斷降低，奧氏體晶粒長大的粗化溫度下降，粗晶區(CGHAZ)變寬。上述分析得出的結論是化學成分相同，晶粒尺寸越小焊接強度可能越低，分析結果是一致的，20MnSi材質通過超細晶工藝母材強度達到715MPa，比常規工藝母材強度提高100MPa，但是焊接后強度降至570MPa，比常規工藝軋材焊接強度還要略低。
3經濟地獲得面缺陷強化的技術
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。而常規工藝生產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大規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設備要求高。
4經濟地獲得線缺陷強化的技術
抗拉強度均得到提高，而且屈服強度的提高幅.從試驗結果看，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，屈服結出晶粒度與屈服強度、抗拉強度以及強屈比的關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，但強屈比已經低于第7期周玉麗等：非微合金化HRB400鋼筋生產技術研究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下消失非常迅速，如何使形變過程中產生的高密度位錯在形變后得到保留，從而實現對材料的強化，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，并采用經驗公式計算線缺陷強化對HRB400鋼筋強度的提高值。
5結論
(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，不但大幅度地降低了生產成本，而且產品具有優良的焊接性能、抗震性能以及低溫性能，有效推動了中國建筑鋼筋的更新換代。
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