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Mn是一種弱碳化物形成元素,只能與鋼中的鐵及鐵的碳化物相結合而分別存在于鐵素體和滲碳體中,一般錳在滲碳體中的濃度會高于鐵素體中的濃度。由于錳是以固溶的形式存在與結構中,固溶強化在細化鐵素體晶粒的同時能降低臨界點,進而提高鋼的強度:但 Mn 含量并非越高越好,當達到一定量之后若繼續添加,便會發生相變強化使屈服強度顯著增加,降低了強屈比,這對抗震性能是不利的。
Mn還具有良好的脫氧和脫硫作用,還能作為脫氧劑和脫硫劑加入鋼中。當溫度在450℃左右時,錳會與氮發生有利于高溫拉伸強度的應變交互作用,同時由于出現回火脆性而不利于鋼筋的高溫延性19。通過提高Mn含量可以降低碳的擴散速度,進而得到更加細小的碳化物以提高鋼筋性能l:此外Mn有利于VN和vC的溶解,使ⅤC的固溶溫度降低。Mn含量的增加雖會提高材料的強度,但同時會降低鋼的塑性,因此對于耐火鋼Mn的含量一般控制在1.5%范圍內:猛能夠提高鋼的淬透性以及高溫瞬時強度。
Mn的存在降低鋼中奧氏體的相變溫度,能夠在增加鐵素體晶粒形核速度的同時使晶粒長大速度有所降低,從而起到細晶強化的作用。因此Mn是少見的同時具有固溶強化和細化晶粒作用的元素,但是當錳的加入量在1.0%1.5%時,會嚴重的影響鋼筋強韌性,這是因為猛雖然降低了相變溫度,可是同時會形成不利于鋼筋強韌性的粗大針狀鐵素體;通常珠光體的含量會隨著錳含量的增加而增加,當鋼中碳含量相同時,鐵素體量的減少則珠光體的量會增加,進而使鋼筋的強度升高。有資料證明,鋼的韌脆轉變溫度會隨著珠光體量的增多而升髙,故鋼中的Mn含量并非越多越好。
鋼中很少的非金屬夾雜物既能對鋼材性能產生較大的影響。夾雜物主要是引起鋼材的塑韌性下降,尤其當鋼中夾雜物尺寸不規則、分布不均勻時,會嚴重影響鋼材的力學性能。所以,在分析和研究鋼材中夾雜物對力學性能的影響時,需要從鋼材的各個方面進行分析,包括鋼的潔凈度、夾雜物的種類、夾雜物的性質以及夾雜物在生產加工過程中的變形能力等多個方面。
脆性斷裂特點:(1)高強度和低強度鋼都有可能會出現脆性斷裂,發生脆性斷裂時材料的工作應力一般低于其屈服點或者設計時的許用應力時,通常認為材料處于該條件下工作是的,但卻出現脆性斷裂的現象,因此脆性斷裂也被稱作“低應力脆性斷裂”;(2)中強度和低強度鋼在較低溫度下也可能會出現脆斷,因此有時也將脆性斷裂稱作“低溫脆斷”,隨著溫度的降低,面心立方金屬較體心立方金屬塑性下降的更快些;(3)金屬構件發生脆性斷裂的裂紋源是由金屬內部存在裂紋所引起的,內部裂紋是導致構件失效的重要因素,脆性斷裂通常無明顯預兆、難查覺、宏觀變形量小發生突然;(4)金屬材料的脆性斷裂事故往往發生在體心立方及密排立方中,而面心立方金屬一般很少會出現脆斷(5)解理是一種低能斷裂,在正應力的作用下通常會破壞原子間的鍵合,脆性斷裂一般會沿著較低指數的晶面穿晶解理,由于密排面之間有很大的間隙,并且其鍵合力結合弱,因此解理面一般會出現在原子密排面。
Stroh認為:位錯沿著滑移面移動當遇到晶界或第二相顆粒這樣的阻礙物時發生塞積便會引起應力集中,裂紋的出現符合 Cottrell認為微裂紋往往出現在位錯易聚集的滑移面交匯處[27]。
脆性斷裂必定存在微裂紋核,但其決定性因素是裂紋的擴展速度,當成核后的裂紋以高速擴展時才會出現脆斷,因此脆性斷裂的發生除了要滿足 Griffith一Qrowan能量方程外,還需要使裂紋具有一定的速度擴展。
在斷裂前有顯著的塑性變形產生時被稱作韌性斷裂,韌性斷裂金屬材料的幾何尺寸也會出現明顯的變化。將同一材料斷裂后的兩部分金屬斷面進行對接時,斷口因幾何尺寸有所變化而不能很緊密地相吻合,斷面通常為纖維狀分布且呈暗灰色。對斷口進行微觀上觀察,會發現斷口存在明顯的范性流變特征。
螺紋鋼企業的典型生產工藝流程,按各工序間的緊密銜接程度,大致可以分為三個主要區域:煉鐵區域、主煉剛區域、精加工區域。各個區域的生產任務和前后工序的物流銜接關系如下所述:
(1)煉鐵區域。在煉鐵區域,煉鐵工序將鐵礦石、焦炭和石灰石送人高爐進行冶煉,鐵礦石被分解預熔化,生成生鐵,作為煉鋼工序的原料,送往煉鋼工序。
(2)主煉鋼區域。主煉鋼區域主要包括轉爐(或電弧爐)煉鋼,接受來自煉鐵工序送來的生鐵,與廢鋼一起投人轉爐(或電弧爐)中,經吹氧并去除雜質,轉化為鋼水,出鋼到鋼包爐進行精煉(或脫氣),通常采用LF精煉法,提高鋼水質量,IF法采用氬氣攪拌,在大氣下用石墨電極埋弧加熱,再加上白渣精煉技術組合而成,具有用強還原性渣脫硫、脫氧,進而進行夾雜物控制和用電弧加熱熔化鐵合金,調整成分、溫度等功能:而一個滿轉爐爐容量的鋼,稱為爐次。達到鋼種質量要求的鋼水經連鑄機固化、冷卻、拉流、切割成各種長度的連鑄坯小方坯,其邊長一般為130-160mm,長度一般在6-12米左右,坯料單重1.5-3噸。(3)精加工區域。從連鑄機拉出的板坯,經不同的加工路線送熱軋機,在達到軋制所要求的溫度下,送至連續小型軋機,軋制線多為平一立交替布置,實現全線無扭轉軋制。根據不同坯料規格和成品尺寸有18、20、22、24架的小型軋機,18架為主流。目前,棒材軋制多采用步進式加熱爐、高壓水除鱗、低溫軋制、無頭軋制等新工藝,粗軋、中軋向適應大坯料及提高軋制精度方向發展,精軋機主要是提高精度和速度(高18m/s)。產品規格一般為φ10-40mm,也有中6-32m或φ12-50m的。生產的鋼種為市場大量需要的低中高碳鋼、低合金鋼;高軋制速度為18m/s。
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