（材料加工工程专业论文）q345大h型钢抗层状撕裂性能及机理的研究.pdf

原创性声明 | j i l f ir il l fi j i l l f l r il l i lli i i iu i y 2 18 0 5 7 6 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：箜麈日期：2 q ! 兰：童：兰i 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：生危导! 帛签名：l 型磋主日期：迎坦：点：丑 山东大学硕十学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 焦一章锩论、 1 1 课题的背景和意义1 1 1 1 课题的背景。1 1 1 2 选题的意义2 1 2 课题来源3 1 3 课题的研究内容3 1 4 课题难点4 1 5 课题研究方法4 第二章抗层状撕裂性能影响因素。7 2 1 抗层状撕裂钢简介7 2 2 钢中化学成分的主要作用8 2 2 1 钢中基本元素的作用8 2 2 2 钢中微合金元素的作用。9 2 2 3 硼在钢中的作用1 1 2 3 钢中非金属夹杂物分类。12 2 3 1 按化学成分分类1 2 2 3 2 塑性变形能力分类1 4 2 4 夹杂物的影响1 4 2 4 1 夹杂物的种类与z 向性能关系1 4 2 4 2 夹杂物等级与z 向性能关系1 7 2 5 二相粒子的影响1 8 2 5 1 二相粒子形状与位错的交互作用1 8 2 5 2 二相粒子对奥氏体晶粒的影响1 9 2 6 本章小结2 1 目录 第三章显微组织分析及力学性能测试2 3 3 1 引言2 3 3 2 试验钢化学成分2 3 3 3 取样2 4 3 3 1 金相取样2 4 3 3 2 力学性能测试取样2 5 3 4 金相组织分析2 6 3 5 力学性能测试2 9 3 5 1 试验步骤。：2 9 3 5 2 力学性能试验结果及分析3 l 3 6 本章小结3 1 第四章夹杂物及二相粒子分析3 3 4 1 引言3 3 4 2 夹杂物分析3 3 4 2 1 夹杂物显微分析3 3 4 2 2 夹杂物等级评定3 4 4 2 3 夹杂物成分分析3 6 4 2 4 夹杂物分析小结3 9 4 3 二相粒子分析4 0 4 3 1 微量元素n i 分析4 0 4 3 2 微合金化元素卜m 、b 分析4 1 4 3 3 二相粒子分析小结4 3 4 4 本章小结一4 4 第五章结论与展望4 5 5 1 结论4 5 5 2 展望4 6 附录4 7 参考文献51 致谢5 5 攻读硕士学位期间完成的论文及参与的项目5 7 山东大学硕十学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) i i i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo ft h ep r o j e e t 1 1 1 1b a c k g r o u n do ft h ep r o j e c t 1 1 1 2s i g n i f i c a n c eo ft h ep r o j e c t 2 1 2p r o j e c ts o u r c 宅3 1 3p r o j e c tc o n t e n t 3 1 4p r o j e c td i f f i c u l t i e s 4 1 5p r o j e c tm e t h o d 4 c h a p t e r2 f a c t o r so fl a m i n a t i o nc r a c kr e s i s t e n tp r o p e r t y 7 2 1l a m i n a t i o nc r a c kr e s i s t e n ts t e e li n t r o d u c t i o n 7 2 2e f f e c to fc o m p o n e n t si ns t e e l 8 2 2 1e f i e c to f b a s i ce l e m e n t s 8 2 2 1e f i e c to fb a s i ce l e m e n t s 9 2 2 3e f 五：c to f b o r o n 11 2 3c l a s s i f i c a t i o no fn o n m e t a l l i ci n c l u s i o n s 12 2 3 1c h e m i c a lc o m p o s i t i o nc l a s s i f i c a t i o n 1 2 2 3 2p l a s t i cd e f o r m a t i o na b i l i t yc l a s s i f i c a t i o n 1 4 2 4e f i e c to f i n c l u s i o n s 1 4 2 4 1t h er e l a t i o n s h i po fi n c l u s i o nt y p e sa n dz - d i r e c t i o np r o p e r t y 14 2 4 2t h er e l a t i o n s h i po fi n c l u s i o nl e v e l sa n dz d i r e c t i o np r o p e r t y 17 2 5e f f e c to fs e c o n d - p h a s ep a r t i c l e s 18 2 5 1i n t e r a c t i o no fs e c o n d - p h a s ep a r t i c l es h a p ea n dd i s l o c a t i o n s 18 2 5 2e f f e c to fs e c o n d p h a s ep a r t i c l e so na u s t e n i t eg r a i ns i z e 19 2 6s u m m a r y 2 1 c o n t e n t s c h a p t e r3m i c r o s t r u c t u r ea n a l y s i sa n dm e c h a n i c a lp r o p e r t yt e s t 2 3 3 1i i l n o d u c t i o n 2 3 3 2c h e m i c a lc o m p o s i t i o no fs t e e l s “2 3 3 3s a m p l i n g 2 4 3 3 1m e t a l l o g r a p h i es a m p l i n g 2 4 3 3 2m e c h a n i c a lp e r f o r m a n c et e s ts a m p l i n g ：2 5 3 4m e t a l l o g r a p h i ca n a l y s i s ”2 6 3 5m e c h a n i c a lp e r f o r m a n c e t e s t 2 9 3 5 1t e s ts t e p s 2 9 3 5 2m e c h a n i c a lp e r f o r m a n c et e s tr e s u l t sa n da n a l y s i s 3 1 3 6s u m m a r y 31 c h a p t e r 4 a n a l y s i so fi n c l u s i o n sa n ds e c o n d p h a s ep a r t i c l e s 3 3 4 1l n 仃l o c u c t i o n 。3 3 4 2i n c l u s i o na n a l y s i s 3 3 4 2 1m i c r o s t r u c t u r ea n a l y s i so fi n c l u s i o n s 3 3 4 2 2i n c l u s i o nl e v e le v a l u a t i o n 3 4 4 2 3i n c l u s i o nc o m p o s i t i o na n a l y s i s 3 6 4 2 4i n c l u s i o n ss u m m a r y 3 9 4 3s e c o n d p h a s ep a r t i c l e sa n a l y s i s 4 0 4 3 in ia n a l y s i s 4 0 4 3 2n b 、ba n a l y s i s 4 1 4 3 3s e c o n d p h a s ep a r t i c l e ss u m m a r y 一4 3 4 4s u m m a r y 4 4 c h a p t e r 5c o n c l u s i o n sa n dp r o s p e c t s 一4 5 5 1c o n c l u s i o n s 4 5 5 2p r o s p e c t s 4 6 a p p e n d i x 4 7 r e f e r e n o e s 5 1 山东大学硕十学位论文 a c h n o w l e d g e m e n t s 5 5 p a p e r sa n dp a r t i c i p a t e dp r o j e c t s 。5 7 摘要 抗层状撕裂钢又称为“z 向钢”属于低合金高强度结构钢的一种，此钢材一 般是在某一级低合金高强度结构钢的基础上，经过了特殊的冶练方法和各种工艺 处理的钢材，而厚度方向( z 向) 的截面收缩率一般都可以到1 5 以上。钢结构 建筑因其强度高、重量轻、施工时间短等特点正成为未来建筑业的发展趋势。由 于我国所产的h 型钢抗层状撕裂能力较差，因此高层钢结构建筑所用h 型钢多 采用抗层状撕裂钢板焊接而成。相比于整体成型h 型钢来说，不仅使建筑成本 提升很多，而且由于焊接所带来的焊接缺陷也不可避免的影响了钢材在服役阶段 的性能。因此研究h 型钢的抗层状撕裂能力及其机理对于提高h 型钢使用范围 和经济效益具有重要的意义。 本课题通过将q 3 4 5 b 和q 3 4 5 e l 在成分、性能、组织、夹杂物、二相粒子 等方面进行一系列的对比分析，最终得出影响大h 型钢z 向性能的因素。首先 通过光学显微镜观察大h 型钢各个位置的金相组织同时测定其z 向性能，然后 利用扫描电镜( s e m ) 、透射电镜( t e m ) 、能谱分析( e d s ) 、衍射图样分析等 手段研究钢中夹杂物及二相粒子对于材料z 向性能的影响。 经过研究发现，含有最多夹杂物的腹板与翼缘连接的圆角处反而拥有最好的 z 向性能，其原因在于该位置带状组织并不明显和成型时所处的三向压应力状 态。未经过钢包精炼，含有较多夹杂物的q 3 4 5 b 钢的z 向性能远超过经过钢包 精炼，含有很少夹杂物的q 3 4 5 e l 钢，且q 3 4 5 b 钢z 向断面收缩率数值超过了 国家3 5 的最高标准，其原因主要在于q 3 4 5 e l 中n b 、b 、n i 的存在阻碍了位 错在材料内部的运动。含有n b 、b 的析出相粒子是引起q 3 4 5 e l 钢z 向性能下 降的主要因素，而n i 只是起到了部分作用。 关键字：h 型钢；z 向性能；铌：硼；镍 山东大学硕十学位论文 a b s t r a c t l a m i n a t i o nc r a c kr e s i s t a n ts t e e l ，w h i c hi sa l s oc a l l e d “z - d i r e c t i o ns t e e l ”，i sat y p eo f l l i g h - s t r e n g t h l o w - a l l o ys t e e l s t h i sl 【i n do fs t e e l si sp r o d u c e db ys p e c i a ls m e l t i n g p r o c e s s ，a n dt h es e c t i o ns h r i n k a g e i nt h i c k n e s sd i r e c t i o n ( z - d i r e c t i o n ) i sn o r m a l l y a b o v e15 s t e e ls t r u c t u r eb u i l d i n gh a sb e e nt h ef u t u r et r e n do fc o n s t r u c t i o ni n d u s t r y d u et oi t sh i g l ls t r e n g t h ，l i g h tw e i g h ll o wc o n s t r u c t i o nt i m e b e c a u s eo ft h el o w l a m i n a t i o nc r a c kr e s i s t e n tp r o p e r t yo ft h eh - b e a m sp r o d u c e di no u rc o u n t r y , t h e h - b e a m su s e di nt h eh i g l ls t r u c t u r eb u i l d i n gi no u rc o u n t r ya r ep r o d u c e db yw e l d i n g t h el a m i n a t i o nc r a c kr e s i s t a n ts t e e l p l a t e s c o m p a r e d 、析t l l t h ei n t e g r a lf o r m i n g h b e a m s ，n o to n l yt h ec o s to fc o n s t r u c t i o ni si m p r o v e d ，b u tt h ew e l d i n gd e f e c t s r e d u c et h ep e r f o r m a n c eo fs t e e l s t h e r e f o r e ，r e s e a r c ho nt h el a m i n a t i o nc r a c kr e s i s t a n t p r o p e r t ya n dm e c h a n i s mo fh o t - r o l l e dh - b e a m sh a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c ei nt h e e c o n o m i cb e n e f i ta n d a p p l i c a t i o nr a n g e t h em a i nt h o u g h to ft h i ss u b j e c ti st h ec o n t r a s te x p e r i m e n t t h r o u g ha n a l y z i n gt h e d i f f e r e n c e so fq 3 4 5 ba n dq 3 4 5 e li nc o m p o s i t i o n s ，p r o p e r t i e s ，m i c r o s t r u c t u r e s ， i n c l u s i o n s ，s e c o n d - p h a s ep a r t i c l e s ，e t c ，s u m m a r i z e dt h ei n f l u e n c ef a c t o r s o nt h e z - d i r e c t i o np r o p e r t yo fh - b e a m sf i n a l l y t h ep r o c e s so ft h i sr e s e a r c hb e g a n 、i mt h e m i c r o s t r u c t u r eo b s e r v a t i o nb yo p t i c a lm i c r o s c o p ea n dz - d i r e c t i o n p e r f o r m a n c e m e a s u r e m e n t t h e n , t a k ea d v a n t a g eo ft h es c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ( s e m ) ， t r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p e ( t e m ) ，e n e r g yd i s p e r s i v es p e c t r o s c o p y ( e d s ) ， x r a yd i f f r a c t i o n ( x r d ) ，d i f f r a c t i o np a t t e r na n a l y s i st os t u d yt h ee f f e c to fi n c l u s i o n s a n ds e c o n d - p h a s ep a r t i c l e so nl a m i n a t i o nc r a c kr e s i s t a n tp r o p e r t y i nt h i sp a p e r , c o n c l u s i o n sc a nb es u m m a r i z e da sf o l l o w s t h ea n g u l a rp o s i t i o n ，w h i c h c o n t a i n sm o s ti n c l u s i o n s ，h a st h eb e s tz d i r e c t i o np e r f o r m a n c eb e c a u s eo fi t s u n o b v i o u sb a n d e ds t r u c t u r ea n dt h r e ed i m e n s i o n a ls t r e s s t h ee x p e r i m e n ts t e e lo f q 3 4 5 e l ，w h i c hc o n t a i n sn b ，b ，n i ，l o w e ri n c l u s i o n sa n de x p e r i e n c e dr e f i n i n gp r o c e s s ， p e r f o r m sl o w e rz - d i r e c t i o np r o p e r t yt h a nt h es t e e lo fq 3 4 5 b ，w h i c hd o e sn o t i i i a b s t r a c t c o n t a i nn b ，b ，n ia n dd o e sn o te x p e r i e n c et h er e f i n i n gp r o c e s s ，a n dt h ez d i r e c t i o n s e c t i o ns h r i n k a g eo fq 3 4 5 bh a se x c e e d e dt h eh i g h e s tn a t i o n a ls t a n d a r d s ( 3 5 ) m e c h a n i s mo ft h i sp h e n o m e n o ni sm a i n l yb e c a u s eo ft h ee f f e c to fn b ，b ，n io n d i s l o c a t i o n so b s t r u c t i o ni n s i d ea n do u t s i d et h eg r a i n p r e c i p i t a t e dp h a s ep a r t i c l e s w h i c hc o n t a i nn ba n db p l a yp l a yam a i nr o l ei nt h ez - d i r e c t i o nd e c r e a s eo fq 3 4 5 e l ， w h i l en io n l yh a sap a r t i a li n f l u e n c e k e yw o r d s ：h - b e a m s ；z - d i r e c t i o np r o p e r t y ；n i o b i u m ；b o r o n ；n i c k e l ；i n c l u s i o n s i v 山东大学硕十学位论文 1 1 课题的背景和意义 第一章绪论 1 1 1 课题的背景 低合金高强度( h i g h s t r e n g t hl o w - a l l o y ) 结构钢是在原来低碳钢的基础上，添 加了各种合金元素，例如c r 、n i 、m n 、s i 、v 、c u 、t i 等，其一般的添加量小 于3 。因此得到的钢不仅强度得到了很大的提升，而且根据含有不同的合金元 素，钢材也具有了很多特殊的性能和用途。其独特性能主要包括高的强度、良好 的塑性韧性、好的机加工性能、出色的耐腐蚀性能和焊接性能等。相比于普通的 碳素结构钢，低合金高强度钢可以在同样的承载能力下质量更小，一般可以节约 钢材达到2 5 的水平，而成本上与普通碳素结构钢又不相上下。因此，在建筑、 航空航天、海上石油平台等多个领域得到了大量的应用。 低合金高强度钢的c 含量较低，一般仅为0 1 - 0 2 。常用的低合金高强 度结构钢的牌号一般由字母q 、屈服强度、等级符号( a b c d e ) 这三个部分组成， 例如q 3 4 5 、q 3 9 0 、q 4 2 0 、q 3 4 5 b 、q 3 4 5 e 等。其中q 3 4 5 系列因为其良好的综 合力学性能，好的焊接性能和优异的加工能力，广泛的应用于压力容器、桥梁、 船舶、大型钢结构等处。其中d 、e 级钢种由于进行了微合金化处理，不仅强度 较高，而且低温冲击韧性良好。 抗层状撕裂钢( l a m e l l a rt e a r i n gr e s i s t a n ts t e e l ) 又称为“z 向钢”或z 向性能 测试钢，属于低合金高强度结构钢的一种。此钢材一般是在某一级低合金高强度 结构钢( 称之为母级钢) 的基础上，经过了特殊的冶练方法和各种工艺处理的钢 材，而厚度方向的截面收缩率( ) 则一般都可以到1 5 以上。钢板在厚度方向 的力学性能称为材料的z 向性能，钢板的z 向性能一般通过做拉伸试验得到， 国标中规定材料的z 向性能一般采用拉伸时的断面收缩率来进行标示。我国国 标中z 向钢板的标志是在母级钢后面加上z 向钢等级标志。例如q 3 4 5 b z 1 5 、 q 3 4 5 b z 2 5 、q 3 4 5 b z 3 5 ，z 字后面的数字为钢材的z 向断面收缩率( ) 。 基于q 3 4 5 成分的h 型钢属于一种新型的经济建筑用钢。h 型钢的截面形状 相比较于其他钢材更加经济合理，在热轧时h 型钢的截面上各点的延伸比较的 第一章绪论 均匀、内部的应力也较小。相比较于常用的普通工字型钢，h 型钢具有重量较轻、 截面模数较大、节省材料、受力情况较好等优点，不仅可以使建筑结构的重量减 轻1 3 左右，而且因其腿内外部分相互平行，腿端部是直角，当将h 型钢组合形 成构件时，可以节约焊铆的工作量接近1 4 。因此在对承截的能力要求大，对截 面的稳定性要求好的大型高层建筑、桥梁、起重运输机械、支架、基础设备等领 域得到了广泛应用。 大h 型钢的生产工艺可以概括为以下流程： 连铸坯初轧坯_ 加热一高压水除鳞_ 开坯_ 万能粗轧机组一万能精轧机组 _ 锯切_ 辊矫_ 检查一打印_ 包装_ 堆垛。 1 1 2 选题的意义 钢材以其低廉的价格、可靠的性能和稳定的产量成为了世界上应用最为广泛 的材料之一。可以说钢是现在社会形成的物质基础。我国是钢材产量的大国，对 于钢材的研究，尤其是优质钢材的开发与应用研究具有重要的意义。自2 0 0 3 年 以来我国的钢产量已经突破了两亿吨，不久将突破五亿吨，钢铁工业的繁荣对我 国经济的发展具有重要的促进作用。 钢结构建筑是未来建筑业的发展趋势，相比于其他材料钢结构因其较高的强 度、相对更轻的质量、良好的抗震属性、使用便捷、建筑速度快等优势在全世界 的范围内得到了大量的应用。相比较于传统的混凝土和砖石材料，钢的容重与强 度的比值是明显较小，相对的钢结构的建筑就有了重量轻强度高的特点。与传统 钢筋混凝土的结构相比较，钢结构要轻约1 3 到1 2 ；此外，钢结构的横截面( 断 面) 也较小，因此就比钢筋混凝土结构的建筑增加了建筑的有效面积百分之八以 上。例如二十世纪末期我国建造的黄河大桥、松花江钢桁桥、上海国际大饭店等 国内外著名的建筑就采用了钢结构，而且全国上百个大大小小的机场也几乎都设 计采用了钢结构形式，以达到提高建筑建设速度、增大使用空间、便于拆卸的目 的。由此可见，高速度发展的经济已经为钢结构的发展提供了动力。 然而，目前我国高层钢结构建筑所用热轧h 型钢多采用抗层状撕裂钢板焊 接而成，相比于整体成型的热轧h 型钢来说，采用焊接抗层状撕裂板的方法不 但使建筑材料的成本提升很多( 主要是焊接成本及运输成本) ，而且由于焊接所 带来的焊接缺陷也不可避免的影响了钢材在服役阶段的使用性能，焊接部分会成 2 山东大掌帧十学位论又 为钢材使用过程中较易腐蚀和断裂的位置。因此开发研制出整体成型的具有抗层 状撕裂能力的热轧大h 型钢在经济层面和使用方面上就具有了明显的优势。首 先整体成型的大h 型钢不会存在例如焊接成型的大h 型钢的薄弱部分；由于减 少了将抗层状撕裂板的切割和焊接过程，同时在型钢轧制的过程中减少了材料的 损耗，这样就大大的降低了大h 型钢的成本，提高了产品的竞争力。 目前对于钢材抗层状撕裂能力的研究主要集中于厚板内非金属夹杂物的影 响方面。但是热轧大h 型钢由于其界面非常复杂，各个位置在成型时受力不同， 厚度不一，而且整体板厚较小等特点常常成为研究中的难点。同时，对于各种合 金元素对钢材z 向抗层状撕裂能力的研究也较稀少。因此研究大h 型钢的抗层 状撕裂性能以及其内部机理，开发出具有抗层状撕裂能力的大h 型钢并使之实 现工业化的生产，对于填补市场空白，形成国家自主知识产权，打造企业核心竞 争力就具有了很强的实际意义。 1 2 课题来源 本课题的研究的目的是通过研究q 3 4 5 系列大h 型钢不同位置的z 向性能以 及相对应的影响因素，来找出钢材抗层状撕裂能力的内部机理。本课题材料取自 于山东钢铁集团莱芜钢铁有限公司生产的q 3 4 5 b 和q 3 4 5 e l 大h 型钢。其中 q 3 4 5 e l 大h 型钢是莱钢集团在q 3 4 5 e 大h 型钢基础上自主研发的新型q 3 4 5 e + 系列大h 型钢，其低温冲击韧性尤为突出，批量生产后检测其脆性转变温度可一 以达到- 5 0 c 。之所以选取q 3 4 5 b 与q 3 4 5 e l 材料原因在于，q 3 4 5 b 与q 3 4 5 e l 在化学成分与轧制工艺上近似，且q 3 4 5 e l 相比于q 3 4 5 b 在成分上添加了n b 、一。： b 、n i 元素，因此比较可以很好的确定合金元素对于材料z 向性能的影响规律。 ? _ 1 3 课题的研究内容 。：。 1 ) 通过金属拉伸试验和室温厚度方向试验得到q 3 4 5 大h 型钢翼缘，腹板 及翼缘腹板连接处圆角位置的z 向性能指标和强度塑性等力学性能指 标，并将不同位置的性能进行比较和总结。同时，利用金相显微镜观察 各个位置的金相组织，为后来的分析做好准备。 2 ) 试验中为了研究各个因素( 例如钢材化学成分、夹杂物、二相粒子等) 的 3 第一章绪论 影响，采取对比试验的方法将q 3 4 5 b 与q 3 4 5 e l 的个性能进行对比分析。 试验中为尽可能的排除不相关因素对结果的影响，将钢中的轧制温度和 成分严格控制在国标范围内。 3 ) 通过s e m ，e d s 和光学显微镜等手段观察和分析钢中夹杂物在各个位 置的分布情况及成分，并结合各个位置的力学性能结果进行分析，总结 ， - - 出夹杂物对材料抗层状撕裂能力的影响。 4 ) 通过s e m 、t e m 、e d s 、x r d 和金相显微镜等手段，对钢种第二相析 出物进行观察和分析，得到第二相粒子及钢中各合金元素对抗层状撕裂 能力的影响及作用机理。 1 4 课题难点 1 ) 尽管热轧h 型钢采用了异型连铸坯，尽量保持大h 型钢各处压下率相 同，但是由于各部分受力环境不同且本身截面复杂，特别是腹板与翼缘 的连接的圆角处，在轧制过程中属于难变形区，变形量相对较小。因此， 须在不同位置处进行分别取样，进行观察和对比。 2 ) q 3 4 5 系列大h 型钢各处板厚较小，翼缘和腹板处厚度只有1 7 r a m 和 l l m m ，加工成厚度方向的拉伸试验难度较大。在加工中对试样采用焊 接夹持端的办法，但是其长度较小，焊接时避免焊接热影响区较困难。 3 ) 由于钢中微合金化元素硼的作用机理目前不是很明确，因此对于钢中的 硼的分布状态、形成形式，作用原理等分析起来比较困难。同时，在将 钢中元素进行萃取并进行t e m 分析时，硼也非常不容易被观察到。 1 5 课题研究方法 4 1 ) 利用万能试验机完成室温力学性能试验，得到大h 型钢各位置z 向性能 指标，将q 3 4 5 b 与q 3 4 5 e l 性能及相同钢种内部不同位置的数值进行比 较分析，得出其总体力学性能的异同。 2 ) 利用光学金相显微镜、扫描电镜等手段对材料的金相组织、夹杂物、二 相粒子进行观察比较，分析试样微观组织、夹杂物含量与分布、二相粒 子等之间的关系，使用透射电镜、能谱仪、x 射线扫描仪等手段分析材 山不大学坝十学位论文 i i i i i i i i i i i i 萱i i 嗣1 i i i i 葺宣i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i 宣i i 宣| i i i 料微观组织，相成分和二相粒子的存在位置、形态、成分含量，并最终 得到各因素与z 向性能的关系。 3 ) 针对硼在钢中的分布及存在形式不易观察到的特点，在钢中二相粒子的 观察中，着重采用透射电镜衍射分析的方法得到硼的存在形式。 5 山东大学硕十学位论文 第二章抗层状撕裂性能影响因素 2 1 抗层状撕裂钢简介 抗层状撕裂钢( l a m i n a t i o nc r a c kr e s i s t a n ts t e e l ) 又称为“z 向钢”或“z 向性能钢 ，属于低合金高强度结构钢的一种。这种钢材一般是在某一级 结构钢( 称之为母级钢) 的基础上，经过特殊冶练工艺和处理的钢材，其 含s 量为一般为普通钢材的1 5 而截面收缩率则在1 5 以上。钢板在厚度方 向的力学性能称为z 向性能，钢板的z 向性能一般通过做拉伸试验得到， 国标中一般采用断面收缩率来进行标示。我国国标中z 向钢板的标志是在 母级钢后面加上z 向钢等级标志。例如q 3 4 5 b z 1 5 、q 3 4 5 b z 2 5 、q 3 4 5 b z 3 5 ， z 字后面的数字为截面收缩率( ) 【l 】。 型钢和板材都是要经过滚轧成型的，一般高层结构用钢所采用的钢材 主要为热轧成型，热轧不仅可以破坏钢锭铸造组织，而且有细化钢材的晶 粒的作用。在轧制中，在钢锭浇筑时形成的裂纹，气泡等缺陷，在压力和 高温的作用下会焊合，从而使得钢材力学性能得到改善，然而，这种力学 性能的改善主要体现在沿轧制方向上。钢材内部的非金属夹杂物( 主要是硫 化物，硅酸盐等) 被轧压后变为薄片，仍然残留在钢材之中( 通常下会与钢 板的表面平行) ，从而使钢板出现分层现象。这种由非金属夹杂引起的分层 层现象，会恶化钢材沿厚度方向的受拉性能。因此，在钢板的三个方向上 其机械性能是不同的。其中沿轧制方向性能最好，垂直于轧制方向性能次 之而沿厚度方向( z 向) 性能最差。 钢板和h 型钢是高层建筑的主要用钢，其中使用最为典型的是热轧h 型钢。 因为国家建筑行业设计施工规范和标准同我国h 型钢的生产规范和标准并未接 口，同时现有h 型钢在钢质纯净度、性能稳定性及成分均匀性尚存在一些问题， 对于有特殊性能要求的产品，如应用在海上石油平台或高层建筑对钢材抗层状撕 裂性能有要求的热轧h 型钢产品尚不能生产。因此，开发研制高层建筑结构用抗 层状撕裂系列大h 型钢，满足国内高层钢结构建筑对钢材的大量需求，具有非常 重要的意义。 7 第二章文献综述 目前，高层建筑所用h 型钢多采用抗层状撕裂钢板焊接而成，这不但使建 筑成本提升很多，而且由于焊接所带来的焊接缺陷也不可避免的影响了钢材的使 用性能。因此q 3 4 5 b 抗层状撕裂大h 型钢的研发，不仅可以满足国内对高层建 筑和海上石油平台抗层状撕裂h 型钢产品的需求，带来更多的经济效益，而且 可以使企业领跑国内h 型钢市场，提高企业声誉度。 2 2 钢中化学成分的主要作用 2 2 1 钢中基本元素的作用 碳：是钢中最重要的成分之一，碳含量的增加会促进钢中珠光体含量的，同 时会使5 0 f a t l i 上升。因此在生产实践中，为提高材料的塑性韧性，通常采用在 该钢种的成分范围内降低碳含量，并通过增加锰含量来提高强度的办法。 锰：是钢中非常重要的合金元素。锰不仅可以扩大奥氏体相区，而且可以使 凡点升高、a 。点下降。a 。温度的下降，使碳化物在过冷奥氏体晶界上得析出得到 了抑制，同时使钢保持较高的塑性，降低了钢的韧性一脆性转变温度。所以，锰 也是低温用钢中非常重要的合金元素之一。 硅：在我国是低合金高强度钢中的主要添加元素。硅的固溶效果很强，其在 钢中不形成碳化物，而会固溶在铁素体中。因此，硅对于钢材来说会显著的提高 钢的强度和硬度，同时会降低钢的塑性和韧性，提高韧性慌性转变温度。 磷：属于钢中的有害杂质。由于磷的偏析倾向很严重严重，当其含量很少时 就会造成较强的危害。磷对于钢的低温韧性有着很大的降低作用，目前普遍的观 点认为，磷是引起钢的低温脆性的主要元凶。磷的偏析倾向在钢种非常严重，会 形成带状组织从而使钢的力学性能出现不均匀性。通常情况下，在一些海洋用钢， 高层