【摘 要】
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与钢筋混凝土结构相比,钢结构具有强度高、重量轻、抗震性优异、施工便捷、节能环保等优点,在建筑领域的应用逐步扩大。随着建筑钢结构减免防火涂层和进一步轻量化应用越来越受关注,建筑钢结构用钢朝更高强度、同时兼具抗震性和耐火性的方向发展。本文基于以低C、低Mo、高Nb为特征的复合微合金设计和热轧工艺路线,开发出一种新型550 MPa级热轧高强度抗震耐火钢,重点研究受热过程中力学性能和显微组织演变规律、纳米
【基金项目】
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国家重点研发计划“建筑结构用抗震耐蚀耐火钢”,评定单位:国家科技部；
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与钢筋混凝土结构相比,钢结构具有强度高、重量轻、抗震性优异、施工便捷、节能环保等优点,在建筑领域的应用逐步扩大。随着建筑钢结构减免防火涂层和进一步轻量化应用越来越受关注,建筑钢结构用钢朝更高强度、同时兼具抗震性和耐火性的方向发展。本文基于以低C、低Mo、高Nb为特征的复合微合金设计和热轧工艺路线,开发出一种新型550 MPa级热轧高强度抗震耐火钢,重点研究受热过程中力学性能和显微组织演变规律、纳米析出行为及其耐火机理;基于以较高Mn-Ni-Mo合金化、以高Nb-V为主的复合微合金化设计和热轧直接淬火+临界区热处理工艺路线,开发出一种新型690MPa级热处理高强度抗震耐火钢,重点研究临界区热处理过程中的多相、亚稳组织和纳米析出相的演变规律及其对室温、低温和高温性能的影响。550 MPa级热轧高强度抗震耐火钢的典型综合力学性能:室温屈服强度599 MPa,屈强比 0.75,断后伸长率 22.0%,-40℃时 KV2值为 280 J,600℃保温180 min屈服强度419 MPa。热轧态的显微组织为粒状贝氏体组织;随着受热温度的升高,贝氏体铁素体基体内部的板条结构发生合并,但晶粒尺寸没有发生明显的长大;M/A岛组元分解,过饱和C以渗碳体和微合金M（C,N）碳氮化物（主要为MC相）形式析出。在热轧态样品中仅有少量的纳米级M（C,N）析出,平均粒径为29.2 nm;600℃时,基体中析出大量细小的M（C,N）,平均粒径下降至19.4 nm,显著提高析出强化效果;随着600℃受热时间增加至180 min,纳米级M（C,N）继续增多,析出相中Nb、V和Mo的质量分数逼近热力学平衡计算结果。受热析出的纳米级M（C,N）一方面以析出强化的形式直接提高高温屈服强度,另一方面能够钉扎界面和位错,稳定高温组织间接提高耐火性能。690 MPa级热处理高强度抗震耐火钢的典型综合力学性能:屈服强度805 MPa,屈强比0.84,断后伸长率21.0%,-20℃时KV2值为101 J,600℃屈服强度值480 MPa。热轧态显微组织为直接淬火马氏体组织,经过临界区淬火+临界区回火热处理后获得临界铁素体+新形成的马氏体+残余奥氏体+纳米M（C,N）碳氮化物（主要为MC相）构成的多相组织。临界区热处理调控软硬相配比获得低屈强比,残余奥氏体体积分数达到1 0.0%,获得优异的塑性和低温韧性。临界区热处理及600℃高温拉伸后,基体组织仍然保持板条形貌,具有良好的高温稳定性。临界区热处理过程中的纳米级M（C,N）一定程度上弥补了回火组织软化造成的强度损失。在600℃拉伸时,小于10 nm的M（C,N）继续增加,进一步保障实验钢具有良好的耐火性能。
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