高强度抗震钢筋多相组织控制机理及其与抗震性能的内在关系

It is a key question that seismic properties of niobium microalloying high strength seismic rebar fabricated by controlled rolling and controlled cooling have been unstable.In this project, it is for the purpose of consititution of multiphase microstructure optimizated and seismic properties improved and stabilized that control mechanism of microstructure of ferrite, pearlite and bainite and relationship between multiphase microstructure and seismic properties in seismic rebar with high strength of 500MPa would be systematically and deep investigated.Firstly, formation conditions and control factors of diferent microstructure,especially,effect of niobium on formation and morphology of bainites would be investigated by means of thermodynamic and dynamics calculations and thermal simulation experiments.Then effect of diferent microstructure,especially, bainites on tensile deformation behavior of the rebars would be investigated and evoluation of multiphase microstructure during tensile would be brought to light by deformation experiment, in situ observation and microstructure analysis. Coordination mechanism of bainite,ferrite and pearlite during tensile deformation would be clarified by combining calcilation and analysis results of stress and srain in diferent microstructure deformated and experimental results.Finally,the inherent relationship between multiphase microstructure and seismic properties including yield strength, ratio of tensile strength and yield strength and uniform elongation, would be brought to light and qantified. It would has important scientific siginificence to develop 500 MPa or more high strength seismic rebar or steel,if this project is conducted.

本项目针对控轧控冷工艺生产铌微合金化500MPa级高强度抗震钢筋抗震性能不稳定的问题，拟通过进一步深入研究铁素体、珠光体、贝氏体组织形成的控制机理和多相组织与抗震性能之间的内在关系，优化多相组织的匹配关系，探讨改善和稳定高强度钢筋抗震性能的途径。首先应用奥氏体相变热力学动力学理论计算结合热模拟试验研究不同组织形成条件和控制因素，特别是铌对贝氏体相变和组织形貌的影响。然后通过原位观察，分析不同组织，特别是贝氏体对钢筋拉伸变形行为的影响，揭示变形过程中多相组织演变规律，并结合不同组织的应力-应变分析，阐明高强抗震钢筋拉伸变形过程中贝氏体与铁素体、珠光体组织的协调机理，弄清多相组织与主要抗震性能指标（屈服强度、强屈比、最大力下总伸长率）之间的内在关系并建立定量关系式。本项目研究对推进我国500MPa级及以上高强度抗震钢筋的进一步发展具有重要的科学意义。

项目针对500MPa级高强度钢筋抗震性能不稳定的问题，研究微合金化及控轧控冷工艺对其组织和性能的影响规律，揭示多相组织控制机理；研究多相组织在拉伸变形过程中的演变规律和对变形行为的影响以及与抗震性能之间的内在关系，优化多相组织的匹配关系，探讨了改善和稳定高强度钢筋抗震性能的途径，并进行了工业化生产。主要研究结果如下：.（1）主要工艺参数对不同铌微合金化钢筋相变、组织和性能影响研究结果表明，当铌含量高于0.027%时，对奥氏体组织细化效果变化不明显。随变形温度升高，应变速率降低，钢变形抗力逐渐降低。铌含量对奥氏体再结晶影响与变形温度有关。随轧后冷速提高、控冷终止温度降低和铌含量增加，组织从多边形铁素体、珠光体逐渐过渡到针状铁素体、粒状贝氏体，再到板条状贝氏体。.（2）铌、钒、铌钒复合不同微合金化对钢筋组织、性能影响的研究结果表明铌钒复合微合金化生产的钢筋综合抗震性能最好，主要的强化机制有细晶强化、沉淀强化和组织强化。.（3）测试了不同组织构成的500MPa级钢筋应力-应变曲线，获得多相组织对钢筋拉伸变形行为和断裂机制的影响。结果表明，适量贝氏体存在，可提高钢筋综合抗震性能；随贝氏体含量增加，钢筋屈服平台长度缩短直至消失。.（4）拉伸变形过程中多相组织内部微结构演变规律研究结果表明贝氏体含量少的钢筋中铁素体和珠光体承担主要的变形；贝氏体含量较高的钢筋，贝氏体承担主要的变形。.（5）钢筋高温拉伸变形行为研究结果表明，当温度不超过500℃时，试验钢筋满足抗震要求。强屈比随温度升高呈现先升高后降低的规律。随贝氏体含量增加，强度和强屈比逐渐提高，并在贝氏体含量为20%时达到峰值，贝氏体含量为50%时反而下降。.（6）优化设计出铌钒微合金化控冷工艺制备500MPa高强抗震钢筋关键控制技术，实现了产品的大批量稳定化生产。. 本项目研究丰富了多相组织控制和变形理论，为高强度抗震钢筋的开发和应用奠定了理论基础，具有重要的科学意义和实用价值。