随着社会经济的不断发展,建筑行业对于建筑材料强度的要求也越来越高,建筑结构用钢的组织类型也由 铁素体 / 珠光体向铁素体 / 贝氏体、全贝氏体和多相多尺度亚稳( M3 ) 组织方向发展。 耐火钢以其优异的综合性能 和良好的耐火安全性等优点,被广泛应用于高层及大跨度建筑中。对于耐火性能的调控方式也从高成本的高 Mo (≥0. 40%)加单一元素的微合金化为主的方式向经济型的节 Mo(≤0. 30%)加 Nb、V 和 Ti 等多元复合微合金化方 式发展。详细介绍了国内外耐火钢的发展历史、产品种类和应用工程以及提高耐火钢室温强度和耐火性能的理论 和技术,对比研究了不同组织和微合金元素的耐火性能的差异。研究表明,多元复合微合金化钢在室温和 600 ℃ 高温的性能要优于单一元素的微合金化钢的性能,因此提出了多元复合微合金纳米碳化物遇火析出增强高温耐火 性能的新思路。

针对 Q345 ~ Q690 不同强度级别耐火钢,形成了差异化的合金与组织设计及其热轧 / 热处理技术,利用扫描电 镜( SEM)观察不同强度级别耐火钢的组织类型,阐明了典型多元复合微合金化耐火钢升温-加载过程中显微组织 和力学性能的变化规律。 采用透射电镜( TEM) 、物理化学相分析和三维原子探针( 3DAP) 等研究方法观察和统计 热轧态、不同热处理态和 600 ℃ 高温拉伸态析出相的分布、尺寸和数量,探讨了纳米碳化物高温沉淀强化、基体组 织高温稳定的耐火机理。 研究表明,经过弛豫处理的 Q345 级别钢板为先共析铁素体+少量贝氏体 / 珠光体组织,具 有较高的细晶和沉淀强化增量;轧后直接进行层流冷却的 Q345 级别钢板为全贝氏体组织,有着较高的位错和固溶 强化增量,600 ℃ 拉伸的屈服强度(Yield Strength,YS) 仍能达到 327 MPa。 Q460 级别钢板为全贝氏体组织,600 ℃ 时组织具有良好的高温稳定性,随着在 600 ℃ 时保温时间的延长,直径小于 10 nm 的纳米析出相显著增加。 Q690级别钢板为马氏体+亚稳奥氏体+纳米析出相和低碳高强贝氏体组织,室温下具有690 MPa 的屈服强度和良好的延 伸性能,经 600 ℃ 高温拉伸试验后,其屈服强度不低于室温标准屈服强度的 2 / 3。采用多元微合金化设计、遇火纳米析出强化的调控思路可实现Q345 ~ Q690不同级别耐火钢的耐火功能。