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热镀锌高强结构钢的组织和性能分析
发布时间:2013-5-20 15:22:03 | 人感兴趣 | 评分:3 | 收藏:
来源:www.gjglz.com.cn | 作者:钢结构联展网

摘 要:通过化学成分设计和组织结构分析,开发了屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为470MPa、560MPa和23%的热镀锌高强结构钢,试验钢的强度主要通过间隙强化、固溶强化、析出强化、细晶强化和组织强化来实现;镀层较低的铁含量及较少的Fe-Zn脆性相保证了试验钢获得良好的镀层附着力。
关键词:高强钢,热镀锌,附着力

钢铁行业可持续发展面临的严峻问题包括节能、节水、环保、减排等诸方面。要减少能源、水力、煤矿、铁矿等资源消耗,减少粉尘和二氧化碳等污染和气体排放,从根本意义上讲,就是要提高钢材的利用率,其中最有效的方法之一就是中大规模地推广应用高强钢,包括热镀锌高强钢,不仅可以减少材料的使用量,而且可以减少材料的腐蚀,延长材料的使用期限,以此减轻钢铁生产给环境带来的压力。因此,加大高强钢的开发力度,可为高强钢的推广应用提供有效的支撑。本文介绍了热镀锌高强结构钢的组织和性能分析。

1.试验条件
试验钢在工业转炉上进行冶炼,采用吹氩处理,然后进行热连轧和层流冷却,镀锌前对钢板进行碱洗除油、酸洗除锈处理;冶炼钢坯、热轧钢带和钢板成品厚度分别为210mm、40mm和8mm。
试验钢采用金相显微镜和电子探针进行组织结构和显微成分分析,采用拉伸试验机和冷弯试验机进行力学性能分析。
试验钢冶炼的主要化学成分如表1所示。从表中数据可知,试验钢的碳含量控制在0.10%以下,主要是综合考虑了焊接性能和力学性能,因为如果碳含量太高,则材料的焊接性能变差;如果碳含量太低,则材料的抗拉强度偏低。同时,试验钢的锰含量控制在1.20%以上,也是兼顾了材料的焊接性能和力学性能。另外,试验钢的铌含量控制在0.03%

以上,主要是为了增加材料的强度。试验钢的硅、磷、硫等均为杂质元素,其含量越低越好。

表1 试验钢的化学成分(%)


从以上化学成分特点可知,试验钢的强度主要是通过碳原子的间隙强化、锰原子的固溶强化、铌原子的析出强化以及这三种元素的细晶强化来实现,其中,析出强化和细晶强化,在增加材料强度的同时,对材料的塑性损害较小;而钢中主要采用锰和少量的铌为强化元素,相应的生产成本不高;另外,钢中硅、铝等元素含量较低,有利于改善高强钢的镀层附着力。
2.试验结果
试验钢的力学性能如表2所示。从表中数据可知, 试验钢的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为470MPa、560MPa和23%,相应的180°镀层冷弯试验也达到设计标准。

表2 试验钢的力学性能


试验钢的金相组织如图1所示。从图中组织结构观察可知,试验钢的金相组织由先共析铁素体+贝茵铁素体组成,铁素体平均晶粒尺寸在5μm左右,这种晶粒组织具有显著的细晶强化作用,这一点与前面分析的碳、锰、铌元素的细晶强化效果一致。
同时,试验钢的铁素体晶粒具有非等轴的特征,属于贝茵铁素体,这种铁素体在奥氏体缓冷过程中、通过剪切与扩散两种方式形成,其形成温度明显低于铁素体+珠光体中的多边铁素体,相应的位错密度较高,对试验钢具有明显的强化作用。所以说,试验钢还具有明显的位错强化。

图2(a)和(b)分别显示了试验钢的镀层低倍形貌和相应的化学成分分布。从图2(b)铁含量分布曲线可知,试验钢镀层的铁含量较低,仅在镀层与钢基的过渡区有少量的铁含量,说明镀层中Fe-Zn脆性相含量较少,仅在镀层与钢基的过渡区有少量的Fe-Zn脆性相。这一结果与180冷弯镀层附着力试验结果一致,即镀层在冷弯试验后仍保持完好,没有发现开裂现象。


图2 试验钢的宏观镀层形貌和镀层显微化学成分分析结果


a 镀层宏观形貌,b 镀层铁含量分布曲线
3.主要结论
1)通过化学成分设计和组织结构分析,开发了屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为470MPa、560MPa和23%的热镀锌高强钢,相应的180°镀层冷弯试验也达到设计标准。
2)化学成分和组织结构分析表明,试验钢的强度主要是通过碳原子的间隙强化、锰原子的固溶强化、铌原子的析出强化以及这三种元素的细晶强化来实现,非等轴的贝茵铁素体组织对试验钢也有良好的强化作用。
3)镀层显微成分分析显示,试验钢镀层的铁含量较低,仅在镀层与钢基的过渡区有少量的铁含量,说明镀层中Fe-Zn脆性相含量较少,仅在镀层与钢基的过渡区有少量的Fe-Zn脆性相,镀层和过渡层中较少的Fe-Zn脆性相保证了试验钢获得良好的镀层附着力。



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