屈強比設(shè)計要求

中華人民共和國建設(shè)部和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局于2002-03-15聯(lián)合頒布發(fā)布、2002-04-01實施的中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB50204-2002 《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》第五章鋼筋分項工程中5.2.2 對有抗震設(shè)防要求的框架結(jié)構(gòu)，其縱向受力鋼筋的強度應(yīng)滿足設(shè)計要求；當(dāng)設(shè)計無具體要求時，對一、二級抗震等級，檢驗所得的強度實測值應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）鋼筋的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值不應(yīng)小于1.25；

（2）鋼筋的屈服強度實測值與屈服強度標(biāo)準(zhǔn)值的比值不應(yīng)大于1.3。

（1）一般鋼材的抗拉伸強度可以留有余地，并且可以按照實際情況進行考量。但是屈強比值最好保持在0.60-0.75之間；

（2）一般碳素鋼屈強比為0.6-0.65，低合金結(jié)構(gòu)鋼為0.65-0.75合金結(jié)構(gòu)鋼為0.84-0.86；

（3）機器零件：屈強比高，節(jié)約材料，減輕重量；

（4）鍋爐壓力容器：不要求太高屈強比；

（5）屈強比低表示材料的塑性較好；

（6）屈強比高表示材料的抗變形能力較強，不易發(fā)生塑性變形。

以有抗震要求的土木結(jié)構(gòu)為例，屈強比太高則結(jié)構(gòu)為脆性破壞，脆性破壞在土木里是嚴(yán)禁的，因為破壞時結(jié)構(gòu)沒有明顯的變形產(chǎn)生即破壞，難以預(yù)防。受到地震力時，鋼材首先達到屈服強度且強度不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，這個變形為肉眼可見，結(jié)構(gòu)破壞的先兆出現(xiàn)，人們得以提前發(fā)現(xiàn)并預(yù)防，屈強比越大，機械零件越好（考慮節(jié)約材料，減輕重量）屈強比可以看作是衡量鋼材強度儲備的一個系數(shù)。

鋼材或試樣在拉伸時，當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限，即使應(yīng)力不再增加，而鋼材或試樣仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，稱此現(xiàn)象為屈服，而產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的最小應(yīng)力值即為屈服點 。

屈服現(xiàn)象是指當(dāng)應(yīng)力達到一定值時，應(yīng)力雖不增加（或者在小范圍內(nèi)波動），而變形卻急劇增長的現(xiàn)象 。2100433B

低屈強比鋼是指材料的屈強比即屈服強度Rel與拉伸強度Rm之比值(Rel/Rm)明顯低于常規(guī)鋼種的鋼。

中文名稱

低屈強比鋼

英文名稱

low yield ratio steel

定　　義

材料的屈強比即屈服強度Rel與拉伸強度Rm之比值(Rel/Rm)明顯低于常規(guī)鋼種的鋼。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級學(xué)科），金屬材料（二級學(xué)科），鋼鐵材料（三級學(xué)科），鋼鐵材料品種（四級學(xué)科）

一種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法專利目的

《一種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法》的第一個目的是提供一種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼。

《一種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法》的第二個目的是提供這種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼的制造方法。

一種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法技術(shù)方案

《一種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法》提供的高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼具有如下以重量百分比計的化學(xué)成分：C：0.02～0.10％；Si：≤0.1％；Mn：0.10～0.80％；P：≤0.05％；S：≤0.015％；T.Al：0.01～0.10％；Nb：0.002～0.02％；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

《一種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法》的高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼具有的抗拉強度為350兆帕～430兆帕。

《一種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法》的高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼的合金設(shè)計理由如下：

C：0.02～0.10％。C是重要的固溶強化元素，可以使材料獲得高的強度，但高的碳含量會使材料的沖壓性和焊接性惡化，所以碳不能太高，再結(jié)合考慮材料需要達到的350～430兆帕的強度級別和性能范圍，因此碳控制在0.02～0.10％。

Si：≤0.1％。Si是鐵素體固溶強化元素，極大地提高強度，但對于熱鍍鋅鋼板來說，Si含量高時在鋼板表面析出產(chǎn)生氧化膜影響表面處理，從而降低鋼板和液體鋅的濕潤粘附張力，會直接影響基板的可鍍性，從而影響熱鍍鋅鋼板表面質(zhì)量，所以Si元素控制盡量少。

Mn：為了保證鋼的綜合機械性能（強度、韌性），需要添加一定量的Mn，Mn尤其對抗拉強度影響較大。但Mn含量高時一方面會影響基板的可鍍性和表面質(zhì)量，同時也對焊接性不利，所以在保證材料強度的前提下盡量減少錳元素的添加量。

T.Al：0.02～0.10％。Al的主要功能是脫氧劑，不宜過低，但過高時影響連鑄生產(chǎn)。

P：≤0.05％。P是一種價廉的固溶強化元素，適量的P對強度是有益的，但過高時影響焊接性。所以《一種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法》在保證材料強度的前提下盡量控制P元素；

S：≤0.015％。S在鋼中易形成MnS，引起熱脆，同時影響焊接性，所以S要盡量低，一般控制在0.015％以下。

Nb：0.002～0.02％。一方面Nb通過抑制再結(jié)晶細(xì)化晶粒提高材料的強度和韌性，另一方面，NbC、NbN等析出物彌散分布，通過位錯的“繞過析出物”和“切過析出物”兩種機理起到析出強化的作用，但考慮《一種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法》的材料強度相對較低，抗拉強度350兆帕，所以添加了很少量的Nb元素，在降低C、Si、Mn、P元素含量的情況下保證材料的強度，同時使材料有高的屈強比（0.7以上），從而保證材料有好的綜合機械性能、良好的焊接性和表面質(zhì)量。

《一種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法》的第二方面提供上述高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼的制備方法，包括冶煉、連鑄、熱軋、酸洗、冷軋軋制、退火和熱鍍鋅工序，其中熱軋工序控制加熱溫度≤1250℃，終軋溫度≥870℃，卷取溫度在600℃～680℃；退火工序控制溫度在720℃～820℃。

按如下以重量百分比計的化學(xué)成分進行冶煉：C：0.02～0.10％；Si≤0.1％；Mn：0.10～0.80％；P≤0.05％；S≤0.015％；T.Al：0.01～0.10％；Nb：0.002～0.02％；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

然后通過連鑄鑄成板坯。

熱軋工序中控制以下參數(shù)：

終軋溫度：熱軋時材料是進行完全再結(jié)晶軋制，為了避免材料進入兩相區(qū)軋制導(dǎo)致混晶，所以終軋溫度≥870℃，控制在Ar3溫度之上。

卷曲溫度：卷曲溫度過高，會導(dǎo)致晶粒粗大最終對成品材料強度影響較大。綜合考慮到析出物的析出和長大，采用600～680℃的高溫卷曲，以得到較細(xì)小的鐵素體基體晶粒組織和尺寸適當(dāng)?shù)奶肌⒌龀鑫镌冀M織。

然后按常規(guī)進行酸洗冷軋。

退火工序如圖1所示。再結(jié)晶退火溫度是控制高強鋼性能最為重要的工藝因素，在保證材料完全再結(jié)晶退火和奧氏體組織不粗化的前提下盡量采取低的退火溫度；但考慮到鋅層的可鍍性，所以退火溫度不要太低?！兑环N高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法》的高屈強比熱鍍鋅鋼板制備方法中，臨界再結(jié)晶退火溫度為720～820℃。

一種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法改善效果

《一種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法》涉及的一種抗拉強度350～430兆帕熱鍍鋅汽車結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)制造技術(shù)，具有良好的焊接性、高屈強比和優(yōu)質(zhì)的表面質(zhì)量，基板為冷軋板，鍍層分有熱鍍純鋅及鋅鐵合金化熱鍍鋅，微觀組織如圖2所示為均勻的鐵素體基體加沿晶界彌散析出的滲碳體。

《一種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法》通過控制一定量的碳含量，低的錳含量（0.3以下），不加Si，不添加Mo和Cr，添加少量的微合金元素Nb，通過碳錳的固溶強化和NbC的析出強化的效果得到抗拉強度350～430兆帕的析出強化鋼，同時較低的Si、Mn含量使熱鍍鋅鋼板有好的可鍍性從而保證材料有高的表面質(zhì)量?！兑环N高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法》鋼種的微觀組織如圖2所示，為均勻的鐵素體基體加沿晶界彌散析出的滲碳體。

《一種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法》鋼材的成分體系低硅、低錳，且不含鉻、鉬等合金元素，故成本低。

《一種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法》鋼材的橫向力學(xué)性能滿足屈服強度260～330兆帕，抗拉強度350～430兆帕，延伸率EL₈₀≥26％。

圖1為熱鍍鋅退火模擬工藝示意圖。

圖2為《一種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法》鋼種的金相組織。

圖3為《一種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法》鋼種的典型拉伸曲線。

圖4為《一種高屈強比熱鍍鋅結(jié)構(gòu)件用鋼及其制造方法》鋼種屈服強度和平整延伸率的關(guān)系曲線。