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            不同化學元素對建筑鋼材性能影響分析論文

            發布時間:2022-03-25 11:27:23 文章來源:SCI論文網 我要評論














            SCI論文(www.0546wclm.com):

              摘要:鋼材具有優良的抗腐蝕性和力學性能,在現階段的工業生產中,其被廣泛用于船舶和建筑領域,研究不用化學元素對建筑鋼材的性能影響。在選取實驗所需的設備和原材料后,利用不同溫度下的軋制工藝進行3組鋼材樣品的制備,分析每組樣品中的化學成分和應力性能。結果表明:在稀土和Ti含量分別為0.052%和0.54%時,鋼材樣品承擔的應力值最高,并且形成的斷口韌窩形態分布均勻,沒有產生雜質,因此。該方法具有實際的應用效果。

              關鍵詞:化學元素;建筑鋼材;鋼材性能;影響分析

              熱軋制帶肋鋼筋作為混凝土建筑結構中最主要的增強材料,在整體建筑中承擔著高周和低周的疲勞效應。隨著社會發展對建筑鋼材的需求急速增加,按高標準三級以上的螺紋鋼材產量僅為28萬噸,在優質鋼材中的占比偏少。并且為整合建筑行業的爛尾和低品質樓區現象,在混凝土鋼材設計規范中明確指出,需要對強度在400MPa以下的熱軋制帶肋鋼筋進行淘汰。在優質煤炭和礦石的使用中,原有鋼材的原料供應逐漸制約我國鋼鐵制造業的發展,在不考慮其他因素條件下,如何增強滿足條件的軋制鋼材是現階段需要解決的重要問題。在以美國為首的發達國家已經完成合金鋼材的生產和應用,其通過不同質量分數的化學元素,在發生固溶反應的階段對鋼材的結構和性能產生不同形態的影響,從而改變鋼材的整體性能。本文在選擇現有軋制工藝條件下,研究不同化學元素對建筑鋼材性能的影響,發揮出不同等級元素的沉淀效果,生產具有最優性能力學的工程材料[1]。

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              1實驗準備

                   1.1設備選取

              采用鋼材測定硬度儀器和光學顯微鏡,通過終端軋制工藝后的冷卻鋼材測定化學成分,在其表面純粹表層和中間過渡層,分別對鐵素體和奧氏體進行顯微組織測量。利用LABSPARK1400直讀光譜儀和ICP-MS光譜質譜儀器,ON-3500氧氮氫分析儀分別對不同溫度下軋制工藝下的鋼材進行組織性能測定,比較相同工藝下化學元素對建筑鋼材的性能影響狀況。為制定合理的鋼材制作工藝提供有利條件。在熱機制的研究中主要對直線切割機進行采取,并且在光學顯微鏡和掃描儀等設備下完成此次實驗。

              1.2原料和成分設計

              實驗選取的材料以標準生產不銹鋼材料為基礎,在二次加料的過程中對各類合金進行配料冶煉,每組材料的添加標準為鉻含量不能超過30%,鎳含量不能超過5%,銅含量設定為3.5%,其次碳和磷的含量均小于0.05%[2-4]。原料均為工業純鐵和金屬樣板以及微碳鉻鐵。稀土可以減少鋼材中雜物的數量,能夠控制雜物的形態分布,以此改善實驗鋼材的力學性能,對固溶晶粒中在源稀土粒子增加含量,促使其能夠引起晶體的畸變,使鐵素體和奧氏體晶粒中的內容物密度錯位。

              2實驗過程

              2.1工藝選擇

              在軋制過程中,連續加熱鋼材,試樣溫度從200℃開始,依次增加至800℃、1000℃、1200℃和1450℃五個不同層級的保溫序列,并且在淬火加工時,保證每個試樣樣品的尺寸保持在45mm×45mm×45mm大小的正方體。在每次升溫過程中,對熱模機中的樣品進行8分鐘的冷卻,隨之按照10s每次的變形速度進行軋制變形,進而通過自回火控制完成制品的冷卻和回縮。制備完畢后,利用金剛石對制品進行拋光,直到試樣表面完全平整沒有劃痕,用酒精清洗晾干鐵塊試樣,同時,在待觀察的組織中,加入防腐試劑(氧化銅8g、鹽酸和水各1200ml)。

              2.2樣品制備

              在對合金材料的入爐前進行水分的烘干處理,打磨掉所有料皮,保證材料表面的清潔,在同等大小的合金材料尺寸裁剪下,對大塊的合金材料進行切割,分成兩部分進行進爐軋制。在裝料過程中,按照設定的順序完成純鐵和純鎳的直加入,每次加料時,注意上松下緊,保證干鍋狀態下預熱材料的鋪墊。按照選擇工藝進行三組樣品的制備,每組合金材料的具體組成成分如下表1所示。

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              根據各類合金材料的化學成分,剔除冶煉過程中的氧化量,并且分別對各類元素的熱加工回收率進行有效控制,保證每個梯度內實驗鋼種保持足夠成分的鐵元素和固氮元素。

              3實驗結果分析

              3.1化學成分測定

              實驗鋼材中的基礎化學成分直接采用直讀光譜儀進行分析,包括稀土Ce和N的含量,在測試樣品的鋼板上選擇不同位置進行切割。每個位置的切割線采取15mm×15mm×15mm的尺寸進行組織觀察,利用砂質進行鋼塊氧化層的鐵皮打磨,盡量還原鐵塊表面的光亮度,保證其鋼塊表面不存留任何雜物。不同部位選取潔凈鐵屑重量選擇約為1.5g,每次打磨分為粗磨和細磨兩個部分,其中粗磨時,選用15#-600#型號的砂質進行依次沿邊打磨,通過600#以上的砂質進行輕力度修整。在顯微鏡自帶的能譜分析儀中進行夾帶化學成分的分析,1號樣品中僅存在稀土Ce0.042%,2號樣品中含有0.56%的Ti元素,3號樣品包含兩種成分,分別為0.052%的Ce和0.54%的Ti。根據以上樣品中的化學元素含量,對制備的鋼材進行室溫環境下拉伸應力檢測。

              3.2拉伸應力分析

              在室溫條件下不銹鋼鋼材中奧氏體和鐵素體的硬度值會產生不同影響,造成拉伸應力的變化,利用固溶處理的方式檢測處理后每組樣品中奧氏體的鐵素體的不同含量。在進行四次熔爐后,每組樣品的奧氏體組織均比鐵素體的硬度大,表明在添加稀土微量元素后能夠均勻和細化鋼體的晶粒尺寸,對細化晶粒在一定程度上產生強化。在以上不同含量的樣品中,對外在荷載進行彈性變形測試,在外加荷載逐漸上升期間,試樣發生回彈,表示其可以承受的最大應力值,隨之應力減少,試樣產生縮頸發生斷裂,下圖1為三組樣品在不同應變能力情況中,承擔的應力值變化曲線。
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              根據圖中數據可知樣品3的應力曲線高于樣品1和樣品2,其抗拉強度分別高出了90MPa和145MPa,說明在鋼材中加入Ti和Ce可以明顯提高其強度。在完成拉伸應力檢測后,本文測量斷裂切口的形態,分析不同化學成分對端口內韌窩的排列影響,其中孔洞越大說明鋼材內雜物分布的數量越多,孔洞均勻且較小的排列表明,該鋼材內基本不存在雜物,其整體的可塑性較強,顯微鏡觀測到的三組斷口如圖2所示。
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              根據圖中內容可知,樣品1含有0.042%的Ce,在其斷口處的韌窩數量較少,且分布均勻,能夠對拉伸強度產生較大影響,極少存在雜物,但是可塑性不強。樣品2僅含有0.56%的Ti元素,出現的端口韌窩較大較深其拉伸強度提升并不大。樣品3中沒有較大孔深存在,所有分布的孔洞均有序排列,說明稀土Ce和Ti元素的共同作用對鋼材的拉伸性能提升的作用更大。

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              4結語

              本文從選擇多個檢測設備的統一調配下,通過加熱和冷卻兩次軋制工藝進行鋼材樣本的制備,在測定不同樣品中化學元素的含量后,完成應力拉伸的實驗測試。實驗結果表明:單一的對鋼材中加入稀土元素或者Ti元素只能強化其結構強度,無法提高其可塑性。在稀土元素和Ti元素含量分別為0.052%和0.54%時,樣品承擔的應力值最高,且形成的斷口韌窩分布均勻,沒有產生雜質。但是在研究過程中,沒有考慮冷卻模式下化學元素的集聚效果,無法作出鋼材性能的兼顧狀態下的準確判斷,得出的結果具有一定的偏差性。在后續研究中會綜合考慮軋制過程中,不同化學元素的自身變化情況,選擇最適宜的加工熱度和冷卻時間,為提高鋼材的性能提供更有利的指導理論。

              參考文獻

              [1]周林,孫晨陽.磷元素含量對鋼材銹蝕性能的影響[J].材料保護,2019,52(08):74-76+107.

              [2]李中元,李長榮.稀土Ce元素對鋼中夾雜物變質的影響[J].材料熱處理學報,2018,39(10):75-79.

              [3]彭琳.加熱溫度對鎳中間層熱軋鈦鋼復合板微觀組織及力學性能的影響[J].鋼鐵釩鈦,2020,41(02):128-134.

              [4]Jiang Zhenfei.Flow field simulation analysis and overall optimization design of titanium steel composite plate acetic acid distillation tower[D].Huaiyin Institute of Technology,2020.

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