[發明專利]一種具有層狀復合結構的彈塑性阻尼鋼板及其制造方法與應用

有效

• 申請號: 202010132202.7
• 申請日: 2020-02-29
• 公開（公告）號: CN111235371B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 楊旗;楊蔚濤;馬藝星;丁孫瑋;徐斌
• 申請（專利權）人: 上海材料研究所
• 主分類號: C21D8/02
• 分類號: C21D8/02;C21D9/00;C21D1/26;C21D6/00;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/12;C22C38/14;E04B1/98;E04H9/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 褚明偉

本發明涉及一種具有層狀復合結構的彈塑性阻尼鋼板及其制造方法與應用。其具有(2n+1)層復合結構，其中n為正整數，由奧氏體組織層和鐵素體組織層交替排列組成，其中，奧氏體組織層具有的顯微組織主要為奧氏體組織，鐵素體組織層具有的顯微組織主要為鐵素體組織，所述彈塑性阻尼鋼板的上表層、下表層必須為奧氏體組織層。具有層狀復合結構的彈塑性阻尼鋼板經組坯、熱軋、熱軋后退火生產工藝流程或組坯、熱軋、酸洗、冷軋、冷軋后退火生產工藝流程制備得到。具有層狀復合結構的彈塑性阻尼鋼板的屈服強度＜300MPa；在循環拉伸?壓縮加載條件下，當應變振幅、應變比和加載頻率分別為1％、?1.0和0.1～0.2Hz時，應力幅值＜400MPa，并且鋼板的室溫疲勞壽命＞1500周次。

技術領域

本發明屬于鋼材料技術領域，尤其是涉及一種具有層狀復合結構的彈塑性阻尼鋼板及其制造方法與應用。

背景技術

高烈度地震會對建筑物造成巨大危害。利用放置在建筑物中的彈塑性鋼減震阻尼器可以有效地吸收外部震動能量，使建筑物損傷降低到最低程度。彈塑性鋼阻尼器是通過鋼材在外部往復震動作用下率先進入屈服和隨后的彈塑性滯回變形來實現對震動能量的吸收。因此，用于阻尼器的鋼材(下稱“彈塑性阻尼鋼”)需要具有以下屬性：較低的屈服強度和加工硬化能力、穩定的滯回特性并且滯回曲線飽滿、良好低周疲勞性能。

目前常用的抗震阻尼鋼為超低碳、低碳鐵素體鋼，如LY100、LY225和Q235等。上述鋼種雖然具有低屈服強度(通常小于245MPa)和優良的室溫延展性(通常大于40％)，但其高應變低周疲勞壽命往往較低。例如，當總應變振幅、應變比和加載頻率分別為1％、-1和小于0.1～0.2Hz時，LY225鋼的疲勞壽命往往小于1000周次。相應地，上述鋼種由循環變形引起的累積塑性應變和累積塑性耗能功效有限。由此可見，傳統超低碳鐵素體鋼或低碳鐵素體鋼難以滿足日益嚴苛的建筑物抗震防護需求，尤其是在可能會發生高烈度地震的區域。循環變形過程中，由于交滑移的頻繁發生和微觀上塑性變形不可逆，晶體材料表現出組織穩定性降低和塑性應變局部化，這是造成超低碳鐵素體鋼或低碳鐵素體鋼低周疲勞壽命有限的根本原因。隨循環累積應變增加，疲勞裂紋會從材料表層的應變不相容處(如晶界、鐵素體/滲碳體相界)或駐留滑移帶處形核，繼而沿晶界或向晶內生長，直至材料發生沿晶或穿晶疲勞破壞。

尋求低周疲勞性能優良的低屈服點抗震阻尼鋼是抗震減震領域面臨的重要課題。一定成分范圍內的Fe-Mn-Si系奧氏體合金具有較低屈服強度、優異低周疲勞性能和焊接性能，潛在被用作彈塑性阻尼鋼。例如，Fe-30Mn-4Si-2Al合金(合金元素含量以質量百分數計)，當總應變振幅、應變比和加載頻率分別為1％、-1和0.1～0.2Hz時，其低周疲勞壽命往往高達7000周次以上。Fe-Mn-Si系合金具有優異低周疲勞特性的根本原因是循環變形過程中材料內部發生位錯平面滑移和可逆ε馬氏體相變。但是研究發現Fe-Mn-Si系合金在交變載荷作用下承擔塑性耗能的效果并不太好，從而限制其在實際工程中的廣泛應用。

基于上述研究發現的技術現狀，迫切需要開發出低屈服強度和良好低周疲勞性能的彈塑性阻尼鋼材料，并且要求材料具有有限循環加工硬化能力。

發明內容

基于上述現有技術存在的問題，本發明第一方面提供一種具有低屈服強度和良好低周疲勞性能的彈塑性阻尼鋼板，第二方面提供上述彈塑性阻尼鋼板的制造方法，第三方面提供上述彈塑性阻尼鋼板的應用。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

本發明第一方面：提供一種具有低屈服強度和良好低周疲勞性能的彈塑性阻尼鋼板材料。