JFE采用TMCP技术开发高性能H型钢（二）
TMCP技术在H型钢的创新
H型钢轧制特点和奥氏体再结晶行为。在H型钢轧制工艺中，为了保证孔型轧制和万能轧制过程中的成型性，材料被加热到1250℃或更高的温度，高于板材轧制的加热温度。在这一高温下，奥氏体晶粒会快速长大。而且，在H型钢热轧工艺中，每个道次的压下量和总压缩比均小于钢板轧制。因此，为了保证延性和韧性，热轧过程中初期奥氏体晶粒尺寸的充分细化变得尤为重要。
含铌钢则表现为由奥氏体细晶和粗晶共同组成的混合显微组织，这是因为奥氏体的再结晶行为受到铌的抑制。如果此时进行加速冷却，将形成贝氏体粗晶，会降低材料的延性和韧性。通过分散于钢中稳定的精细析出物来抑制奥氏体晶粒生长，是促使奥氏体进一步细化的有效途径。
适用于H型钢轧制的TMCP技术。为了促进初始奥氏体晶粒的细化和热轧过程中奥氏体相的再结晶，有必要设计合适的化学成分。虽然铌是TMCP钢中有用的元素，但生产H型钢时必须审慎地选择铌的添加量和轧制程序。在热轧中，首先要保证高温区的压缩量，以确保初始奥氏体粗晶的充分再结晶，随后进行快速冷却，可生产出高强度、高延性和高韧性的优质H型钢。
为了研究传统控制轧制钢和TMCP钢的强度和韧性，JFE在实验室中模拟了H型钢轧制过程。TMCP钢的显微组织与传统控制轧制钢的比较显示：传统控制轧制钢的显微组织是铁素体+珠光体组织，而TMCP钢的显微组织是精细的贝氏体组织。虽然在强度方面TMCP钢与传统控制轧制钢处于同一水平，但TMCP钢具有更好的韧性。
低屈强比H型钢综合性能良好
化学成分和生产条件。低屈强比SM520级SHH型钢的典型化学成分见表1，它与通用的430MPa级（抗拉强度）钢具相同的含碳量和碳当量。其生产工艺是：在1250℃以上的温度保温后，在高温下进行热轧（综合考虑压下率和轧制温度），再用型钢加速冷却装置（Super-OLACS）进行快速冷却。JFE所生产的该钢种为：H900毫米×400毫米×19毫米×40毫米和H1000毫米×400毫米×16毫米×32毫米定外型尺寸H型钢。
材料性能。翼缘厚度为40毫米的该H型钢在翼缘1/6宽~1/4宽的部位的微观组织为微细的贝氏体组织。抗拉试验结果和夏比冲击试验结果显示：该H型钢翼缘1/6部、倒角部和腹部都获得了满足标准的高强度，屈服比低于80%；夏比冲击吸收功为200焦以上，说明新开发的H型钢的母材具有良好的强度和韧性。
该H型钢采用CO2气体保护焊，在预热温度5℃、湿度60%的环境下，根据JISZ3158标准进行了y坡形焊接裂纹试验，结果显示：在预热温度5℃的环境下，没有焊接裂纹，显示了良好的焊接性能。根据JISZ3101标准进行的短焊道焊接的热影响区最高硬度试验表明：在焊接长度超过20毫米时，焊接热影响区的最高硬度小于HV350，具有能满足日本建筑施工标准（JASS6）的良好焊接性能。
JFE采用CO2气体保护焊对翼缘厚40毫米的该H型钢进行多层堆焊，以检查了其焊接头性能。焊接材料采用MG-56级（直径1.2毫米），实验条件为无预热、道次间最高温度小于250℃，进行9层16道次的焊接，焊接的输入热量为3千焦/毫米。焊接头的试验结果显示：焊接部没有发现熔合不良、裂纹等有害焊接缺陷。同时，断裂强度大于550兆帕，且断裂发生在母材上的现象说明，该H型钢具有良好的焊接接头强度。此外，焊接接头夏比冲击试验结果显示：焊接金属、熔合线和焊接热影响区均有100焦以上的良好夏比吸收能值。
目前，低屈服比SM520级（抗拉强度）SHH型钢已经应用于日本国内的高层建筑物。
寒冷环境使用的低温韧性H型钢
化学成分和生产工艺。SM490Y级（抗拉强度）H型钢的典型化学成分见表2。为满足包括焊接部在内的低温韧性，JFE应用热影响区高韧性化技术（JFEEWEL）对其进行了成分设计。应用先进型TMCP工艺，JFE制造出最大尺寸为H918毫米×303毫米×19毫米×37毫米和最大翼缘厚度为H900毫米×400毫米×19毫米×40毫米的SHH型钢，并将之与添加了Nb、V和Ni等微合金元素的传统H型钢（翼缘厚为24毫米）进行了比较。
材料性能。传统H型钢和TMCP钢的强度和韧性试验结果显示：尽管TMCP钢的翼缘厚度大，还是获得了SM490Y级（抗拉强度）的高强度，且-40℃下的夏比冲击功达到200焦以上，具有低温韧脆转变温度低于-50℃的优良低温韧性。
JFE使用YGW-23级（直径1.2毫米）焊接材料，采用MAG焊接（熔化极活性气体保护电弧焊，保护气体为80%Ar+20%CO2）对该H型钢进行了7层13道次的焊接，最大焊接输入热量为3千焦/毫米，道次间温度低于350℃。最终的焊接头试验结果说明：熔合线、焊接热影响区在-40℃低温下均得到大于200焦的高夏比吸收功值，该H型钢（包括焊接部）具有优良的低温韧性。
表1：SHH型钢的典型化学成分（质量%）
|
元素
|
C
|
Si
|
Mn
|
P
|
S
|
Ti等
|
碳当量
|
|
含量
|
0.17
|
0.33
|
1.28
|
0.020
|
0.003
|
-
|
0.40
|
表2：SM490Y级H型钢的典型化学成分（质量%）
|
C
|
Si
|
Mn
|
P
|
S
|
其他
|
|
|
传统控轧条件
|
0.15
|
0.35
|
1.45
|
0.015
|
0.005
|
Ni、Nb、V
|
|
TMCP条件
|
0.13
|
0.27
|
1.56
|
0.017
|
0.003
|
TiN处理
|
（来源：钢铁产业）
现货资源
| 品名 | 规格 | 材质 | 厂家 | 地区仓库 | 价格 | 现货 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 螺纹钢 | 12*9 | HRB400E | 山东新石特工程材料有限公司 | 石横(厂提) | 3380 | 详情 |
| 热轧卷板 | 3.75*1500 | Q235B | 苏州鑫昊欣金属科技有限公司 | 沙钢(玖隆物流) | 3630 | 详情 |
| 普碳中板 | 12*2200*118000 | Q550D | 上海衷奇供应链管理有限公司 | 湘钢(好放库) | 0 | 详情 |
| 低合金板 | 210 | Q355NB | 舞钢市坤钰供应链管理有限公司 | 舞钢(产业集聚区) | 0 | 详情 |
| 无缝管 | 76*35 | 45# | 山东东银金属材料有限公司 | 聊城(东银库) | 4230 | 详情 |
| 圆钢 | 22*9380 | 25CrMoA | 山东大万实业有限公司 | 宣钢(河北宣化) | 0 | 详情 |
| 热轧卷 | 3.0*1800*C | Q235B | 上海盛钢联供应链管理有限公司 | 宝钢(泉安/津澜) | 0 | 详情 |
| 高线 | Φ20*C | Q355D | 上海北铭高强度钢材有限公司 | 韶钢(川流富锦库) | 5540 | 详情 |
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