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        成分對(duì)螺紋鋼的性能影響分析

        2022-01-24 07:59:10許建平
        山西冶金 2021年5期
        關(guān)鍵詞:螺紋鋼伸長(zhǎng)率屈服

        許建平

        (泉州閩光鋼鐵有限責(zé)任公司,福建 泉州 362411)

        作為一種重要的結(jié)構(gòu)材料,鋼鐵長(zhǎng)期以來(lái)都在人類生產(chǎn)力的進(jìn)步與社會(huì)的發(fā)展中扮演著極其重要的角色。在眾多類型的鋼鐵中,螺紋鋼在建筑領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用,各種用途的螺紋鋼在性能要求方面也有著一定的差異性。例如,混凝土構(gòu)件中起支撐骨架作用的螺紋鋼在硬度、韌性、強(qiáng)度以及變形性能與焊接性能方面需要滿足特定的要求[1]。

        螺紋鋼的性能主要受化學(xué)成分和金相組織與晶粒度影響,其性能主要通過(guò)屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及伸長(zhǎng)率三項(xiàng)指標(biāo)來(lái)體現(xiàn)。牌號(hào)為HRB400(E)的螺紋鋼性能主要受C、Mn、Si、Ni、Cr、V等合金元素影響,其中C、Si、Mn三種元素的含量相對(duì)較高,C元素對(duì)螺紋鋼性能的影響主要體現(xiàn)在固溶強(qiáng)化與珠光體量的影響;鐵素體鋼材與珠光體鋼材中的Si元素可以起到強(qiáng)化鐵素體的作用;Mn元素對(duì)螺紋鋼性能的影響則主要體現(xiàn)在細(xì)晶強(qiáng)化與固溶強(qiáng)化方面。此外,Cr元素能夠提高螺紋鋼的淬透性,Nb元素可以起到析出強(qiáng)化的作用[3]。

        1 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的數(shù)據(jù)采集與分析

        1.1 數(shù)據(jù)采集

        生產(chǎn)實(shí)踐證明,C、Mn、Si、Cr等化學(xué)元素的含量對(duì)螺紋鋼的性能有著極大的影響,HRB400(E)螺紋鋼化學(xué)成分要求如表1所示,力學(xué)性能指標(biāo)如表2所示。

        表1 HRB400(E)牌號(hào)螺紋鋼元素含量要求 %

        表2 HRB400(E)螺紋鋼力學(xué)性能指標(biāo)

        螺紋鋼的性能主要體現(xiàn)為抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及斷后伸長(zhǎng)率三項(xiàng)指標(biāo)[2]。本文統(tǒng)計(jì)了某鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的HRB400(E)螺紋鋼化學(xué)元素含量與其對(duì)應(yīng)的性能,具體如下表3所示。

        表3 HRB400(E)牌號(hào)螺紋鋼性能與成分對(duì)應(yīng)表

        1.2 數(shù)據(jù)分析

        從長(zhǎng)期的研究與生產(chǎn)實(shí)踐可知,影響螺紋鋼抗拉強(qiáng)度的元素主要有C、Si、Cr、Cu、V、Ni、Mn、碳當(dāng)量等;對(duì)螺紋鋼屈服強(qiáng)度影響較大的元素有C、P、Cr、Mn、Ni、V等;對(duì)螺紋鋼斷后伸長(zhǎng)率影響較大的元素主要有Mn、S、Ni、V、P等。其中,對(duì)螺紋鋼三項(xiàng)性能指標(biāo)均具有較大影響的元素有C、Mn、Si、Cr、P等[5]。

        2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)用與分析選取

        使用Python軟件對(duì)某鋼廠生產(chǎn)的螺紋鋼進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果的分析,能夠保證抗拉強(qiáng)度的預(yù)測(cè)誤差小于40 MPa,均方差15 MPa,誤差小于1%;屈服強(qiáng)度預(yù)測(cè)誤差小于30 MPa,均方差14 MPa,誤差小于9%;斷后伸長(zhǎng)率預(yù)測(cè)誤差低于6%,均方差13%,誤差小于1%。確定預(yù)測(cè)模型達(dá)到較高的精度后,再進(jìn)行單種元素對(duì)螺紋鋼性能影響的輸出分析,具體如下。

        2.1 C元素對(duì)螺紋鋼性能的影響(見(jiàn)下頁(yè)圖1)

        由圖1可知,當(dāng)w(C)從0.1%上升到0.25%時(shí),螺紋鋼的抗拉強(qiáng)度增加了75 MPa;屈服強(qiáng)度提高了75 MPa。w(C)逐漸增加的過(guò)程中,螺紋鋼斷后伸長(zhǎng)率呈下降趨勢(shì),抗拉強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)。

        圖1 C元素對(duì)螺紋鋼性能的影響

        2.2 Mn元素對(duì)螺紋鋼性能的影響

        Mn元素對(duì)螺紋鋼性能的影響如圖2所示。

        圖2 Mn元素對(duì)螺紋鋼性能的影響

        由圖2可知,Mn元素的含量對(duì)螺紋鋼抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及斷后伸長(zhǎng)率的影響成正相關(guān)關(guān)系,因此在綜合經(jīng)濟(jì)性允許的情況下可以適當(dāng)提高螺紋鋼中Mn元素的含量。

        2.3 Si元素對(duì)螺紋鋼性能的影響

        Si元素對(duì)螺紋鋼性能的影響如圖3所示。

        圖3 Si元素含量對(duì)螺紋鋼性能的影響

        由BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可知,螺紋鋼中w(Si)從0.400%上升到0.475%時(shí),抗拉強(qiáng)度隨著增大,w(Si)從0.475%上升到0.600%時(shí),抗拉強(qiáng)度平緩下降,Si元素對(duì)螺紋鋼屈服強(qiáng)度的影響與抗拉強(qiáng)度相類似。w(Si)從0.400%上升到0.410%時(shí),斷后伸長(zhǎng)率達(dá)到最大值,隨后w(Si)從0.410%上升到0.550%時(shí)斷后伸長(zhǎng)率迅速下降,然后w(Si)從0.550%上升到0.600%過(guò)程中,斷后伸長(zhǎng)率緩慢回升。

        2.4 Cr元素對(duì)螺紋鋼性能的影響

        Cr元素含量對(duì)螺紋鋼性能的影響如圖4所示。

        圖4 Cr元素含量對(duì)螺紋鋼性能的影響

        由BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可知,w(Cr)從0.010%上升到0.030%時(shí),螺紋鋼抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度相對(duì)穩(wěn)定;w(Cr)從0.010%上升至0.025%過(guò)程中斷后伸長(zhǎng)率隨之上升,w(Cr)從0.025%上升至0.030%過(guò)程中,斷后伸長(zhǎng)率輕度下降[4]。

        3 結(jié)論

        本文在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分析了化學(xué)成分對(duì)螺紋鋼抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及斷手伸長(zhǎng)率三項(xiàng)性能指標(biāo)的影響。由模型結(jié)果可知,C、Mn、Si、Cr等元素含量對(duì)螺紋鋼的性能有著直接的影響,因此需要在生產(chǎn)過(guò)程中合理控制各種元素的含量。此外,為了得到更優(yōu)性能的螺紋鋼,還需要強(qiáng)化終軋溫度的控制,防止鋼材出現(xiàn)組織偏析等缺陷。

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