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非微合金化HRB400钢筋焊接性能与抗震性能研究
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司
更新时间：2013-07-30
非微合金化技术指的是不添加Nb、V等微合金，通过材料自身的线、面缺陷强化即形变位错强化和晶界强化来提高材料的性能。采用缺陷强化技术面临的难题之一是焊接性能，因为焊接时，热影响区金属重新加热到很高的奥氏体温度区，焊后该区晶粒粗化，失去了缺陷强化的作用。难题之二是抗震性能，因为面缺陷强化对屈服强度的提高远大于对抗拉强度的提高，单纯依靠面缺陷强化必然会导致强屈比下降。
为了保证非微合金化HRB400钢筋的焊接性能与抗震性能，进行如下研究：①焊接强度与化学成分、母材强度的关系研究；②焊接热影响区晶粒粗化与原始铁素体晶粒度的关系研究；③经济地获得面缺陷强化的技术；④经济地获得线缺陷强化的技术。通过上述试验研究确定了满足焊接安全和抗震要求的非微合金化HRB400钢筋化学成分和生产工艺。
1焊接强度与化学成分、母材强度的关系研究
具有不同化学成分级的钢筋焊接强度与母材强度的关系，以及理想状态焊接强度与母材强度的关系随着化学成分及组织形态改变，母材强度大幅提高，焊接强度也得到一定程度的提高，但是无论母材强度如何增加，焊缝强度始终≤575MPa，导致断裂发生在焊缝，不能满足焊接安全要求。理想状况HRB400钢筋平均母材强度应略低于焊缝强度，使得断裂发生在母材，保证钢筋焊接性能安全。
2焊接热影响区晶粒粗化与原始铁素体晶粒度的关系研究
结合文献以及焊接热模拟试验，原始铁素体的晶粒尺寸越小，所得到的初始奥氏体的尺寸就越小，而其最终热影响区粗晶区奥氏体的晶粒就越大，随着原始铁素体晶粒尺寸的不断减小，快速加热时的材料转变温度不断降低，奥氏体晶粒长大的粗化温度下降，粗晶区(CGHAZ)变宽。上述分析得出的结论是化学成分相同，晶粒尺寸越小焊接强度可能越低，分析结果是一致的，20MnSi材质通过超细晶工艺母材强度达到715MPa，比常规工艺母材强度提高100MPa，但是焊接后强度降至570MPa，比常规工艺轧材焊接强度还要略低。
3经济地获得面缺陷强化的技术
焊接强度确定后，母材强度一方面必须不小于标准要求，同时又不得大于焊接强度值。通过计算，要保证母材强度在标准要求之上，焊接强度值之下，晶粒度需要控制在9.5～1O.5级。而常规工艺生产HRB335，晶粒度≤8级，需要提高晶粒度1.5级以上。采用超细晶路线能够有效获得面缺陷强化，但是超细晶工艺生产大规格钢筋会带来如下问题：①边部晶粒细，心部晶粒粗，组织不均匀；②焊接后强度下降显著，不能满足焊接要求；③屈服强度提高远大于抗拉强度提高，造成强屈比抗震性能不足；④设备要求高。
4经济地获得线缺陷强化的技术
抗拉强度均得到提高，而且屈服强度的提高幅.从试验结果看，随着晶粒细化，母材屈服强度更和采用20MnSi钢坯进行不同轧制工艺试验，总大，同时强屈比下降。晶粒度为7.5～8级时，屈服结出晶粒度与屈服强度、抗拉强度以及强屈比的关强度和抗拉强度均未达到标准要求；而当晶粒度达到9.5级时，强度富余量较大，但强屈比已经低于第7期周玉丽等：非微合金化HRB400钢筋生产技术研究211.25的抗震要求。也就是说，单纯采用面缺陷强化难以满足抗震要求，必须通过线缺陷强化来提高材料的抗拉强度，因为线缺陷强化对材料抗拉强度的贡献要大于对屈服强度的贡献。
线缺陷主要来源于形变过程，同时线缺陷在高温状态下消失非常迅速，如何使形变过程中产生的高密度位错在形变后得到保留，从而实现对材料的强化，通过工艺研究，降低形变温度、轧后立即冷却等方式是保留高密度位错较好的途径。为了定量分析线缺陷获得情况和强化贡献大小，取非微合金化HRB400钢筋和同成分的HRB335试样，通过透射电镜进行线缺陷密度分析，并采用经验公式计算线缺陷强化对HRB400钢筋强度的提高值。
5结论
(1)通过大量对比分析非微合金化HRB400钢筋与Nb微合金化HRB400Nb的各项使用性能，包括抗震性能、闪光焊性能、电渣压力焊性能、强屈比、时效性能、低温拉伸性能、低温冲击性能，非微合金化HRB400钢筋使用性能等同于铌微合金化HRB400Nb。
(2)非微合金化HRB400钢筋的开发，不但大幅度地降低了生产成本，而且产品具有优良的焊接性能、抗震性能以及低温性能，有效推动了中国建筑钢筋的更新换代。
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