? 高强度低屈强比钢回火试验研究*范 巍 童明伟 张开广 (武汉钢铁(集团)公司研究院, 武汉 430080) 摘 要：通过对高强度低屈强比试验钢Q690GJ进行系列温度回火试验，分析钢材回火前后的力学性能及组织结构。结果表明：试验钢未经回火时，钢板屈服强度略低于技术指标要求；回火后，钢板强度提高，但屈强比上升，冲击性能下降，延伸率几乎不变，最佳回火温度为400 ℃；试验钢回火前组织均为“贝氏体+少量铁素体”，回火后为贝氏体。 关键词：低屈强比； 回火； 组织结构 钢结构建筑与钢筋混凝土结构相比更具优势，它既环保经济，又能化解大量的过剩产能。近年来，我国钢结构建筑发展迅速，随着钢结构建筑向着高层化、大型化发展，高层建筑用钢的要求也逐渐严格，继续使用低强度等级如235，345 MPa钢已无法满足要求，因此开发更高强度等级的建筑结构用钢刻不容缓[1]。建筑物的高层化，不仅要求钢材强度提高，还要求钢材有较低屈强比。低屈强比钢能保证结构产生应力集中和应力梯度时，构件产生的塑性变形范围很宽，因而具有更好的抗震性能[2]。 本文对不同回火温度下，高强度低屈强比建筑钢Q690GJ的力学性能和组织特点进行了探讨，试验结果可为该钢种的大批量工业化生产提供有益参考。 1 试验材料和方法试验钢采用TMCP工艺轧制，采用Nb、V、Ti等微合金元素细化晶粒，适量加入Cu、Ni、Cr、Mo等合金元素。试验钢化学成分要求见表1。试验钢力学性能要求见表2。 表1 试验钢的化学成分 %  CSiMnPSMoCrCuNiNbTiVAls≤0.18≤0.60≤2.00≤0.012≤0.005≤0.30≤1.00≤0.80≤0.80≤0.11≤0.20≤0.12≥0.015 注：Pcm (%)=m(C)+m(Si)/30+m(Mn)/20+m(Cu)/20+m(Cr)/20+m(Ni)/60+m(Mo)/15+m(V)/10+5m(B)≤0.25%;m表示质量分数。 表2 试验钢力学性能要求  屈服强度/MPa抗拉强度/MPa屈强比延伸率/%0℃冲击功/J-20℃冲击功/J≥690≥770≤0.85≥17≥55≥47 为了能确定获得最佳综合力学性能的回火温度，对试验钢进行了系列温度的回火试验，并对回火前后的力学性能进行了测定。 试样的回火试验在箱式炉中进行，回火温度为400,450,500 ℃，保温1 h后，空冷至室温。对回火后的钢板取横向拉伸和纵向冲击试样，用电液伺服万能试验机和PSW750仪器化摆锤冲击试验机，按相关标准进行拉伸力学性能检验和0,20 ℃的冲击检验。利用JEM-2100F型场发射投射电镜做析出相分析。 2 试验结果和分析2.1 钢板回火前、后力学性能 表3为回火前、后试验钢力学试验结果。不同回火温度对Q690GJ钢板力学性能的影响见图1。由图1可以看出：回火前、后对钢板的强度影响较大，回火温度对钢板的强度有一定的影响。钢板未经回火时，钢的屈服强度和抗拉强度分别为654，890.5 MPa，随着回火温度的提高，钢板的力学性能开始发生变化。回火温度为400 ℃，保温1 h后，钢板屈服强度上升到759.5 MPa，抗拉强度上升到916.5 MPa；当回火温度上升到450 ℃时，屈服强度提升到773 MPa，而抗拉强度下降到900.5 MPa，；当回火温度为500 MPa时，屈服强度进一步下降到763.5 MPa，抗拉强度也下降到876.5 MPa。 表3 各试验钢力学性能  编号回火温度/℃名义屈服强度Rp0.2/MPa抗拉强度Rm/MPa延伸率A/%Rp0.2/Rm0℃冲击功AkV,0℃/J-20℃冲击功AkV,-20℃/J10654.0890.5170.732082072400759.5916.5170.831971923450773.0900.5180.861991654500763.5876.5170.87200154  图1 回火温度对Q690GJ钢力学性能的影响  图2 回火温度对Q690GJ钢屈强比的影响 图2为回火温度对Q690GJ钢屈强比的影响，可以发现：钢板在控轧控冷(TMCP)态时屈强比最低，仅为0.73；当回火温度为400 ℃时，屈强比大幅提升，达到了0.83；450 ℃回火后，钢板屈强比上升到0.86；500 ℃回火后，屈强比达到了0.87。由图2还可以看出：随着回火温度的上升，钢板的屈强比虽然提高，但其增幅却逐渐变缓。 回火对钢板韧性的影响如图3所示。TMCP态钢板冲击性能最好，均在200 J以上；当回火温度为400 ℃时，冲击功值下降，不足200 J；当回火温度为450 J时，钢板0 ℃冲击功值小幅上升，而-20 ℃冲击功值则大幅下降至165 J；当回火温度为500 ℃时，钢板0 ℃冲击功值上升至200 J，而-20 ℃冲击功值则继续大幅下降至154 J且下降幅度较400～450 ℃小。可以发现：对0 ℃冲击韧性而言，在400～500 ℃内，随着温度的提高，冲击性能略有改善；对-20 ℃冲击韧性而言，在400～500 ℃内，随着温度的提高，冲击性能劣化显著。  图3 回火温度对Q690GJ钢冲击性能的影响 综上可以看出：未经回火时，钢板屈服强度略低，屈强比为0.73，抗震性能优异，低温韧性最好。回火温度为400 ℃时，试验钢各项性能指标均能满足技术指标，屈强比和冲击性能表现优异，屈服强度和抗拉强度有一定的富裕量。回火温度为450,500 ℃时，强度性能满足技术指标要求，但屈强比超标，且冲击性能下降明显。回火对钢板的延伸率影响不大，仅在450 ℃时，延伸率略有上升，达到18%。因此，回火温度定在400 ℃为最佳温度。2.2 组织分析 从图4所示光学显微镜下观察试验钢回火前金相组织结果可以看出：钢板晶粒较细，金相组织为贝氏体+少量铁素体，其中贝氏体包括板条贝氏体和粒状贝氏体。有文献[3]曾经报道：软相与硬相的强度差对高强钢的屈强比有一定影响，软、硬相的强度差别越小，屈强比越高，反之亦然。这与本试验结果相吻合(屈强比为0.73)。  图4 TMCP态金相组织照片 试样制备成透射电镜薄膜样品，对试样中的组织进行观察，用INCA能谱仪对析出相进行成分分析，试验结果如图5和图6所示。  a—控轧控冷态;b—400 ℃回火;c—450 ℃回火。  a—控轧控冷态；b—400 ℃回火;c—450 ℃回火。 由图5a可以看出：板条贝氏体排列较为有序，板条较为细窄，析出物弥散细小，在晶界处和晶粒处均有分布，且在晶界处还有一些马氏体-奥氏体组织。由图5b可以看出：400 ℃回火后，板条贝氏体分布开始无序，板条变粗，部分变短，虽然仍有细小析出相，但较大析出物开始出现，晶界处的马氏体-奥氏体组织较少。由图5c可以看出：450 ℃回火后，板条贝氏体既粗又长，析出物较回火前大，大多钉扎在晶界上，使得位错难以消失。 由图6可知：析出物均为Nb、Ti复合析出相，其中未回火时和经450 ℃回火后，Nb析出相和Ti析出相所占比例约为3∶1；400 ℃回火后，Nb析出相和Ti析出相所占比例约为5∶4，大致相当。 由表4、图7可以看出：400 ℃回火后，组织中的M-A岛分解成碳化物，Nb、Ti析出相的数量也较多，基体中细小析出相可能为ε-Cu。析出相的出现，会使钢板强度性能提升，虽然回火后，板条贝氏体的粗化会导致钢板强度降低，但整体上析出强化的作用更为明显，因此回火后强度有所上升。
 图7 400 ℃回火后细小析出相形貌 3 结 论1)试验钢未经回火时，钢板屈服强度略低于技术指标要求。回火后强度性能达到要求，但屈强比有所上升，冲击性能较未回火时差。回火对钢板的延伸率影响不大，仅在450 ℃时，延伸率略有上升，达到18%。 表4 细小析出相的解谱定量 %  光谱MnFeCu光谱点12.0291.816.17光谱点22.1995.312.50 2)最佳回火温度为400 ℃。 3)试验钢回火前组织均为贝氏体+少量铁素体。 参考文献 [1] 杨浩，杨汉，曲锦波，等．热处理工艺对690 MPa级低屈强比高强钢组织性能的影响[J]．材料热处理学报，2013,34(5)：137-142. [2] 陈晓．高性能建筑结构用钢[M]．北京：科学出版社，2011. [3] 赵燕青，吴辉，王学敏，等． 690 MPa级低碳贝氏体钢回火后的组织与性能[J]．金属热处理，2010,35(10)：40-43. RESEARCH ON THE TEMPERING TEST OF HIGH STRENGTH AND LOW YIELD RATIO STEELFan Wei Tong Mingwei Zhang Kaiguang(Research and Development Center of Wuhan Iron & Steel (Group) Corporation, Wuhan 430080， China) ABSTRACT：A series of tempering test of high strength and low yield ratio steel Q690GJ were carried out, and the mechanical property and organization structure of steel Q690GJ before and after tempering were analyzed. The results showed that the yield strength of steel was lower than technical requirements before tempering. After tempering, the yield strength and yield ratio increased while the impact property decreased, and the elongation remained almost unchanged. The most appropriate tempering temperature was 400 ℃. The organization structure of steel G690GJ was composed of bainite and a small amount of ferrite before tempering, however, only bainite left after tempering. KEY WORDS：low yield ratio； tempering； organization structure DOI:10.13206/j.gjg201603009 收稿日期：2015-10-20 *“十二五”国家科技支撑计划项目(2012BAJ13B01)。 第一作者：范巍，男，1987年出生，工程师。 Email:mynameisfanwei@163.com |
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