316L/Q420双金属热变形行为及热加工图

为研究不锈钢和低合金高强钢双金属的高温变形行为,对316L/Q420双金属进行了温度为950~1150℃、应变速率为0.01~10 s~(-1)、最大变形量为50%的单向热压缩试验,通过观察试验结果,研究了该双金属的热变形行为,进而构建了基于Z参数的Arrhenius本构方程,并应用动态材料模型和Prasad失稳判据绘制了应变分别为0.1、0.3、0.5和0.7时的热加工图。结果表明,316L/Q420双金属热变形具有典型的动态再结晶型特征,流变应力随温度的升高和应变速率的降低而减小;根据所建本构方程得到的预测应力与试验值之间有良好的线性相关性。对应热加工图,综合分析了碳钢侧微观组织状态和脱碳层厚度,确定了最优热加工工艺窗口为:变形温度为1110~1150℃,应变速率为1.284~10 s~(-1)。

变形率对316L/Q420不锈钢复合板界面结构和结合性能的影响

利用Gleeble-3800热模拟试验机制备了316L/Q420不锈钢复合板试样,采用拉伸试验、显微硬度仪、光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和电子探针等研究了变形率对316L/Q420不锈钢复合板界面结构和结合性能的影响。结果表明:316L不锈钢复层组织为奥氏体,Q420基层组织为贝氏体(B)+少量针状铁素体(AF),脱碳层(DL)组织为贝氏体(B)+多边形铁素体(PF)+少量针状铁素体(AF)。界面区域由渗碳层(CL)、过渡层(TL)和脱碳层(DL)组成,各层硬度分布规律为过渡层>渗碳层>脱碳层。原始界面(OI)上存在孔洞和SiMn氧化物,随着变形率增加,其形貌由不连续线状转变为球状颗粒,比例由36%降低至4%,渗碳层、过渡层和脱碳层的厚度逐渐降低,晶粒得到细化,过渡层的硬度峰值增加,复合板的抗拉强度先增加后趋于稳定,伸长率增加。复合板界面存在元素扩散行为,随着变形率的增加,Cr、Ni、C等元素的扩散层厚度逐渐减小。

轧制温度对Q420钢组织和性能影响的研究

采用Gleeble-3500热模拟实验机、金相法和室温力学性能测试等,研究了轧制温度对建筑结构用Q420钢组织和力学性能的影响。结果表明,随着轧制温度的降低,铁素体和珠光体显微组织晶粒尺寸减小,铁素体体积分数下降而珠光体体积分数增加。此外,对不同轧制温度试样进行碳复型TEM分析可知,随着轧制温度降低,试样中出现了更多更细小的析出物。最后对不同轧制温度试样进行力学性能分析,表明由于组织细化和更多细小碳化物的析出,轧制温度较低的试样具有更高的屈服强度和抗拉强度。

Q420钢中非金属夹杂物的分析

分别在模铸生产的Q420钢锭的冒口和本体顶部、中部、底部取样,以分析钢锭中非金属夹杂物的成分和分布。结果表明,钢锭中夹杂物指数在2.09~4.98个/mm2之间波动,本体中部的显微夹杂物含量小于其他位置。钢锭中的大型夹杂物总量介于5.7~22.5 mg/10 kg之间,其成分主要是SiO2和Al2O3,并含有少量的Na2O和K2O,主要来源于浇注用保护渣,钢锭本体底部的大型夹杂物远高于钢锭其他位置。

结构用Q420E高强度厚板控轧控冷工艺研究

实验研究了Q420E厚100mm高强度厚板的TMCP工艺及其对组织性能的影响规律。结果表明,利用Nb、V、Ti复合微合金化成分设计,采用精轧开轧温度900℃,轧后冷却速度4.41℃/s的TMCP工艺或精轧开轧温度900～870℃的控制轧制工艺,均可使钢板性能达到标准要求。随着精轧开轧温度的降低,钢板屈服强度、抗拉强度和低温冲击韧性提高,伸长率变化不大;TMCP工艺与控制轧制工艺相比,钢板屈服强度、抗拉强度提高,伸长率降低幅度不大,但明显改善了钢板的低温冲击韧性。

特高压输电铁塔用Q420低合金高强钢焊接性能研究

以特高压输电铁塔用Q420低合金高强钢为研究对象,采用理论分析与试验的方法对其焊接性能进行了评价。结果表明,试验钢存在淬硬倾向,有一定的冷裂纹敏感性。焊接时需进行预热,理论计算的预热温度为77℃。实际焊接试验预热50℃时,焊接接头未发现裂纹,焊接接头抗拉强度为566 MPa,D=42 mm,180°弯曲合格。焊缝和热影响区冲击韧性优良,热影响区由于粗化冲击性能略低于焊缝,同时有轻微的硬化现象。焊接焊接接头焊缝区为先共析铁素体+针状铁素体组织,过热区为粗大贝氏体,正火区为细小的铁素体+珠光体组织。

变形及热处理制度对Q420厚板组织与性能的影响

介绍了规格100 mm Q420特厚板的物理模拟过程,分析了不同变形和热处理工艺对Q420特厚板组织和性能的影响,并得出不同质量级别Q420厚板的最佳生产工艺.结果表明:采用TMCP工艺钢板的强度、塑性和韧性均优于采用UPR工艺的钢板,且相应位置铁素体晶粒较细小;热轧钢板正火热处理显著改善了钢的塑性和韧性,但是降低了钢的强度;不同热轧工艺厚板在相同的正火温度下,热处理后钢板的强韧性相差较小,热处理前的轧制方式对热处理后钢板的组织和性能影响不大.

热输入对高钼Q420钢焊接接头组织和性能的影响

通过拉伸实验、硬度试验、冲击试验和组织观察研究热输入对高钼Q420钢CO2气体保护焊焊接接头组织与性能的影响,借助Image Pro-Plus 6.0软件测量了焊缝中先共析铁素体、侧板条铁素体和针状铁素体的体积分数比例。结果表明：随着焊接热输入的增加,先共析铁素体和侧板条铁素体组织的含量均逐渐减少,针状铁素体逐渐增加;当焊接热输入为11.68 k J·cm^-1时,针状铁素体体积分数达到最大值81.31%。随着针状铁素体体积分数的增加,焊缝金属的低温冲击韧性增加。

Q420级铁塔用高强度角钢的开发

通过合理设计化学成份,采用Ⅵ微合金化工艺,优化轧制工艺,开发出输电铁塔用Q420角钢。试制表明:生产的Q420角钢组织细小均匀,力学性能、焊接性能良好,产品完全满足超高压输电线路工程的要求。

大宽厚比Q420角钢轴压构件稳定性能试验研究

通过对75根大宽厚比Q420高强度等边角钢的轴压试验,研究了该类构件的稳定性能,总结了其失稳变形特征,并将其稳定承载力与我国电力行业标准的设计值进行对比分析。研究表明两端铰接的Q420高强度等边角钢中长柱呈弯扭失稳,短柱呈局部屈曲;轴压柱的稳定设计折减系数的试验值高于规范计算值,并与构件的长细比有直接关系,针对这一关系提出了修正公式。试验结果说明Q420高强度等边角钢的屈曲强度比普通强度角钢提高很多。研究成果为高强度角钢轴压构件的稳定设计提供了前提条件,并为已有设计方法的修正提供了建议和依据,有利于我国Q420高强度角钢在输电铁塔结构中的应用。

输电杆塔用Q420钢管轴压稳定性能试验研究

文中分析比较了国内外不同设计规范关于高强钢轴压稳定承载力计算理论,开展了不同长细比Q420高强钢管轴压稳定承载力试验。试验中钢管均发生极值点整体失稳破坏,加载结束时1/2长度截面附近局部屈曲变形明显。计算分析不同长细比Q420高强钢管轴压稳定承载力与其试验值进行比较,长细比小于60的钢管稳定承载力试验值与计算值较接近,长细比大于60的稳定承载力试验值与计算值相差较大,按我国《钢结构设计规范》中的b类截面、日本钢规《AIJ1990》、加拿大输电规范《S37-94》及欧洲钢规《BS EN 1993》的轴压承载力计算值略偏于保守,均可以满足工程应用。

热处理对Q420冷轧建筑钢性能的影响研究

采用不同工艺参数对Q420冷轧建筑钢进行了热处理,并测试与分析了Q420钢的耐腐蚀性能和拉伸性能。结果表明:随热处理温度从750℃上升至850℃,或热处理时间从0.5 h增加至2.5 h,试样的质量损失率先减小后增大,抗拉强度先增大后减小,试样的耐腐蚀性能和拉伸性能均先提高后下降。为提高Q420建筑钢结构件的耐腐蚀性能和拉伸性能,最佳热处理温度和时间分别为825℃、1.5 h。

冶炼低合金结构钢夹杂物演变规律研究

分析研究了冶炼Q420低合金结构钢时精炼过程中精炼渣、铝钙成分、氧成分变化与钢中夹杂物数量、类型的对应规律。结果表明:精炼渣中w(FeO)和w(MnO)越低,钢液中硫化物类夹杂物越少,精炼渣中w(Al_(2)O_(3))越高,钢液中Al_(2)O_(3)类夹杂物数量越少,精炼渣中w(MnO)和w(MgO)越低,钢液中MnO和MgO类夹杂物数量越多;各工序钢中w(Alt)越高,w(Ca)越低,钢中Al_(2)O_(3)类夹杂物数量越多,硫化物类和Al_(2)O_(3)类夹杂物数量越少;钢中全氧质量分数越高,夹杂物总数量越多。

Q420高强钢角焊缝承载力特性试验及模拟分析

角焊缝是钢结构及钢管法兰连接的重要连接形式,直接影响法兰安全性。为了研究角焊缝在无劲法兰中受力状态及承载力特性,开展了双盖板正面角焊缝拉伸试验,测定角焊缝的变形特性及不同部位应变的发展规律,分析轴拉受力过程中角焊缝的应力-应变关系,计算确定角焊缝的屈服强度、极限强度和弹性模量。不同规格板厚正面角焊试件的屈服强度与其设计强度比值为1.9,极限强度与其设计强度比值为3.0,角焊缝的弹性模量与钢材基本相同。开展角焊缝试件的非线性有限元模拟,角焊缝荷载-位移曲线分析结果与试验结果吻合较好,且破坏形态与试验一致。研究表明我国《钢结构设计规范》中角焊缝的设计规定是偏于安全的。

热浸镀锌对输电铁塔用Q420钢疲劳性能影响的研究

以输电铁塔用Q420钢为研究对象,在高频疲劳试验机下进行高频拉-压试验,通过S-N曲线分析了热镀锌对Q420钢疲劳性能的影响。结果表明,未镀锌Q420钢试样疲劳强度约为108.7 MPa,经热浸镀纯锌后的疲劳强度下降明显,热浸镀锌合金后疲劳强度下降较小;热浸镀后热处理工艺对疲劳性能有较大影响,水冷有助于提高疲劳强度;疲劳断裂的断口处多为试样截面突变处,基体为韧性断裂,镀锌层为脆性断裂。

电网铁塔用Q420钢焊接工艺研究

介绍Q420钢的化学成分、力学性能,针对Q420钢的特点制定焊接工艺,通过对焊接接头进行工艺试验,结果表明各项指标均符合设计和规范化要求,该工艺可为电网铁塔用Q420钢焊接提借鉴。

Q420高强度钢材的疲劳性能试验研究

为探究Q420高强度钢材的疲劳性能,针对Q420B和Q420C两种质量等级的钢材开展了相应的疲劳试验研究。通过两组常温条件下的轴向循环拉伸疲劳试验,获得了Q420B和Q420C两种钢材不同应力水平下的疲劳寿命,并根据试验结果绘制其S-N曲线。试验结果表明:同等条件下,Q420C钢的疲劳性能高于Q420B钢的疲劳性能。将试验结果与GB 50017—2003《钢结构设计规范》的计算值进行比较,发现试验结果远高于规范计算值。

Q420双拼角钢输电塔腿稳定承载力的全尺寸试验研究

Q420双拼角钢是输电塔构建的重要材料,它的稳定承载力决定着输电质量。当Q420双拼角钢输电塔腿达到极限时,输电塔腿就易变形,遭破坏性强。提出利用有限元来求取Q420双拼角钢输电塔腿的稳定承载力的方法。首先利用有限元进行屈曲分析,分析Q420双拼角钢输电塔腿开始变得不稳定时的临界荷载和屈曲模态输电塔腿发生屈曲响应时的特征形状,确定输电塔腿承载力临界状态,然后通过承载力临界状态,确定稳定承载力,通过实验60度和90度大风对Q420双拼角钢输电塔腿稳定承载力的影响完成Q420双拼角钢输电塔腿稳定承载力研究。仿真实验证明,这种方法有效计算出Q420双拼角钢输电塔腿稳定承载力,对Q420双拼角钢输电塔腿推广起积极作用。

Q420钢管大气腐蚀后的抗侧撞性能

为研究大气腐蚀对Q420钢管构件服役期内耐撞性的影响,提出了计及腐蚀损伤的材料模型。引入损伤因子(ω)修正Voce模型,推导随腐蚀程度变化的低合金钢材本构方程,并通过加速腐蚀试验结果回归相应参数。利用ABAQUS软件定义构件材料特性,建立起受腐蚀的Q420钢管仿真模型,采用显式动力算法分析多种初始状态下,撞击体与不同腐蚀程度钢管的冲击响应规律。开展预腐蚀Q420钢管的落锤试验,将试验结果与数值计算结果进行对比,验证所建模型的合理性。结果表明:大气腐蚀导致材料名义强度降低,对Q420钢管抗撞击能力影响显著;随着腐蚀程度增加,冲击力峰值减小,撞击时间和深度增加;Q420钢管受腐蚀后抗冲击刚度减小,构件整体变形耗能增加,表明大气腐蚀使其抗冲击性能下降;同等动能增量下,增大撞击体初速度比增加初始质量获得的冲击力峰值增幅更大,而所得到的接触时间增幅更小。

焊接速度对Q420钢板激光焊接接头组织与力学性能的影响

研究了三种不同的激光焊接速度对Q420钢焊接接头成形、显微组织、硬度和常温拉伸性能的影响。结果表明,不同焊接速度下钢板都已经焊透,焊接接头中未发现焊接气孔、夹杂等缺陷,焊接接头的界面结合性较好;随着焊接速度的增加,焊接接头上表面和下表面宽度都逐渐减小,且在焊接速度为2.0 cm/s时形成了深度约为0.8 mm的下塌;不同焊接速度下,激光焊接头粗晶区显微组织都为板条马氏体,且随着焊接速度的增大平均晶粒尺寸逐渐减小;细晶区组织都为铁素体和M-A组元,铁素体晶粒尺寸主要为3～5μm;焊缝区组织都主要为板条马氏体,在焊接速度为2.0 cm/s时,组织中还出现了少量粒状贝氏体和铁素体;三种焊接速度下焊接接头显微硬度都高于母材,峰值硬度都出现在粗晶区附近;三种焊接接头拉伸断口都出现在母材处,抗拉强度和屈服强度高于Q420母材,而断后伸长率与母材相当或者略低于母材。