超低碳貝氏體高強鋼q20qe和q20qnh的焊接性試驗

超低碳貝氏體高強鋼q20qe和q20qnh的焊接性試驗

隨著我國交通的需要，鋼橋建設迅速發(fā)展。無論是公路鋼橋還是鐵路鋼橋的制造，都采用了完全焊接的結構。因此，對橋梁使用鋼的綜合力學性和焊接性的要求也越來越高。超低碳貝氏體高強鋼Q420qE和耐候鋼Q420qNH是鞍山鋼鐵公司研制的兩種新型橋梁用鋼,本文通過母材檢驗、焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗、斜Y型坡口焊接裂紋試驗、Z向拉伸層狀撕裂敏感性試驗以及系列溫度沖擊試驗等,從不同角度來評價其綜合力學性能和焊接性。1化學成分分析對板厚16、30、60mm的Q420qE和Q420qNH鋼板分別進行了母材化學成分和力學性能試驗,試驗結果分別見表1和表2。從表1可以看出,Q420qE和Q420qNH鋼板降低了碳的含量,適量增加鈮、鈦、鋁、鉻、鎳等合金元素的含量,通過貝氏體化軋制處理,提高鋼板的綜合力學性能,鋼板的最大含碳量分別為0.045%和0.032%,遠遠低于GB/T714-2000中Q420qE鋼含碳量的標準值0.17%。利用碳當量法可以間接的評定鋼材冷裂紋傾向,Q420qE和Q420qNH鋼板碳當量Ceq的最大值均為0.39%,遠遠低于GB/T714-2000中Q420qE鋼碳當量Ceq的標準值0.45%的要求,從化學成分上看,其冷裂傾向不大。從表2可以看出,Q420qE和Q420qNH鋼板的屈服強度σs、抗拉強度σb、伸長率δ5、側彎等力學性能指標均滿足GB/T714-2000規(guī)定,板厚16、30、60mm的Q420qE鋼板-40℃縱向沖擊值(AKV)分別為269、270、270J,板厚16、30、60mm的Q420qNH鋼板-40℃縱向沖擊值(AKV)分別為280、270、269J,均遠遠高于標準值47J的要求。板厚16、30、60mm的Q420qE鋼板10%縱向時效沖擊值(AKVs)分別為228、242、233J,板厚16、30、60mm的Q420qNH鋼板10%縱向時效沖擊值(AKVs)分別為255、259、262J,均遠遠高于標準值47J的要求,可見其具有優(yōu)良的低溫沖擊韌性。2試驗結果及分析對板厚δ30mm、δ60mm的Q420qE和Q420qNH鋼分別進行了鋼板系列溫度沖擊試驗,試驗結果見表3,系列溫度沖擊韌脆轉變曲線見圖1和圖2。從表3和圖1、圖2可以看出,板厚30、60mm的Q420qE鋼低溫韌脆轉變溫度ETT50分別為低于-90℃和-70℃;板厚30、60mm的Q420qNH鋼的低溫韌脆轉變溫度ETT50分別為-70℃和-90℃。表明鋼材韌脆轉變溫度很低。3焊接影響區(qū)的確定按照GB4675.5-84的規(guī)定進行了6組焊接試驗,板厚分別為16、30、60mm的Q420qE和Q420qNH鋼各一組,編號為1#~6#。焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗結果見表4,焊接影響區(qū)示意見圖3。焊接熱影響區(qū)的最高硬度Hmax是評價鋼材裂紋傾向和焊接性的主要參數。從試驗結果可以看出板厚為16、30、60mm3種板厚的Q420qE的焊接熱影響區(qū)最高硬度Hmax分別為247、290、249HV10,板厚為16、30、60mm3種板厚的Q420qNH的焊接熱影響區(qū)最高硬度Hmax分別為254、254、232HV10,滿足《鐵路鋼橋制造規(guī)范》(TB10212-98)C.3.6.4中的焊接接頭的硬度值不大于350HV10的規(guī)定,試驗結果表明,兩種鋼材的冷裂傾向不大,具有良好的焊接性。4動焊各組4組試驗標準為GB4675.1—84,板厚30mm,共進行了10組試驗,其中Q420qE鋼進行了4組,手工電弧焊和埋弧自動焊各2組;Q420qNH鋼進行了6組,手工電弧焊4組、埋弧自動焊2組。斜Y型坡口焊接裂紋試驗結果見表5。斜Y型坡口焊接裂紋試驗適用于碳鋼和低合金高強鋼焊接熱影響區(qū)冷裂紋的試驗方法,通稱“小鐵研式”抗裂試驗。從試驗結果看出,Q420qE和Q420qNH的表面裂紋率以及斷面裂紋率均為0,因此,在室溫下,板厚≤30mm時,焊前無需預熱,也不會產生冷裂紋。5斷面收縮率測試試驗標準為GB5313,共進行了4組試驗,其中Q420qE和Q420qNH鋼各2組,板厚分別為30mm和60mm。鋼板S含量和Z向斷面收縮率見表6。層狀撕裂是一種內部裂紋,而斷面收縮率Z能夠很好地評定鋼材的層狀撕裂敏感性。從試驗結果可以看出,板厚30、60mm的Q420qE和Q420qNH鋼板的S含量和Z向拉伸斷面收縮率均滿足GB5313中最高標準Z35級(ψz=35%)的要求。板厚30、60mm的Q420qE鋼的Z向拉伸斷面收縮率為77.5%與72.7%;板厚30、60mm的Q420qNH鋼的Z向拉伸斷面收縮率為78.0%與81.5%,表明鋼板的抗層狀撕裂性能優(yōu)異。6試驗結果及分析對板厚組合均為δ30+30mm的Q420qE和Q420qNH鋼分別進行了對接接頭的系列溫度沖擊試驗(包括焊縫金屬和熱影響區(qū))。試驗結果見表7,系列溫度沖擊韌脆轉變曲線見圖4和圖5。從表7和圖4、圖5可以看出,板厚δ30+30mm的Q420qE鋼板對接接頭焊縫金屬和熱影響區(qū)的低溫韌脆轉變溫度ETT50分別為-50℃和-70℃;板厚δ30+30mm的Q420qNH鋼板對接接頭焊縫金屬和熱影響區(qū)的低溫韌脆轉變溫度ETT50分別為-45℃和-70℃。表明焊接接頭韌脆轉變溫度低。7低溫沖擊韌性1)Q420qE和Q420qNH鋼板的力學性能符合《橋梁用結構鋼》(G