深入地下工程：含钒高强钢中的氮如何影响材料稳定性

摘要

深部矿山开采逐渐向千米级地下延伸，支护用高强钢需要长期承受高地应力、冲击载荷和潮湿腐蚀环境，对材料的强度、韧性和稳定性提出了更高要求，材料强韧性匹配和质量稳定性对氮含量波动较为敏感。本文基于某长流程钢厂全炉次成分及力学性能数据，分析了MG500、Q420和HRB500E等含钒高强钢在转炉–LF精炼–连铸过程中的增氮规律，并比较了不同氮含量下钢材力学性能变化。结果表明，含钒高强钢在LF精炼和连铸阶段明显增氮。随着氮含量升高，钢材屈服强度由512 MPa提高至582 MPa，表明适量氮有利于提高钒的析出强化效果；但当氮质量分数超过80×10^-6后，塑性和抗冲击韧性明显劣化。当氮质量分数为60×10^-6～80×10^-6时，钢材屈服强度为558 MPa、断后伸长率为20.5%、常温冲击功为64 J，该区间可作为当前生产条件下较优的氮含量控制窗口。针对全流程吸氮特征，提出优化钒氮合金加入时机、LF精炼埋弧控制、软吹减少钢液裸露、连铸密封保护浇注及分钢种氮阈值管控等措施，为深地支护用含钒高强钢稳定生产提供了依据。