晶粒尺寸对桥梁耐候钢耐大气腐蚀性能的影响

采用不同轧制及热处理工艺制备了化学成分相同而晶粒尺寸不同的3种桥梁耐候钢。采用自腐蚀电位测试、模拟干湿交替加速腐蚀试验、锈层横截面微观形貌分析和XRD锈层物相分析等手段对桥梁耐候钢的晶粒尺寸和耐大气腐蚀性能之间的关系进行了研究。结果表明,晶粒最细的试样自腐蚀电位较高,在模拟干湿交替加速腐蚀试验后试样腐蚀速率最低,锈层也更致密。不同晶粒尺寸耐候桥梁钢形成的内锈层组成是相同的,说明锈层的结构和致密程度对腐蚀过程的具有重要的影响。

含Cu桥梁耐候钢的相变规律

为了探索含Cu桥梁耐候钢连续冷却过程中的相变规律,利用金相和显微硬度的方法分析了不同Cu含量桥梁耐候钢的CCT曲线.结果表明,Cu可以降低贝氏体转变温度,而对铁素体开始转变温度影响不大.增加Cu含量可以细化铁素体和贝氏体晶粒,增加铁素体的显微硬度,贝氏体的显微硬度降低约20Hv.随冷却速度增加,实验钢的铁素体晶粒尺寸由10μm降到6μm,体积百分数由58%降到17%;铁素体显微硬度保持在240Hv左右,变化不大;贝氏体显微硬度由250Hv增加到300Hv.

Q500qENH桥梁耐候钢CCT曲线的测定及其组织、硬度

为了深入了解Q500qENH钢在连续冷却相变过程中组织及硬度的变化及原因,通过热膨胀法和金相-硬度法绘制了Q500qENH钢的动态连续冷却转变曲线(CCT曲线),研究了冷却速度对其组织、硬度及相变行为的影响。结果表明:冷速在0.1~0.3℃/s时,试验钢的组织为多边形铁素体和少量珠光体与贝氏体;冷速在0.5~10℃/s时,组织主要为粒状贝氏体,冷速在15~30℃/s时,组织主要为板条贝氏体和粒状贝氏体,随着冷速的增大,粒状贝氏体的含量逐渐降低,板条贝氏体的含量不断增加,在25~30℃/s较大冷速时,有极少量的马氏体产生。随着冷速由0.1℃/s增加至30℃/s,试验钢的硬度基本呈线性增大,由154 HV0.2增加至352 HV0.2,基体组织的细化是硬度不断增大的主要因素。

桥梁耐候钢Q345qDNH高温力学性能试验研究

为了解桥梁耐候钢的高温力学性能,采用稳态拉伸法对国产桥梁耐候钢Q345qDNH进行高温力学性能试验,得到不同温度下Q345qDNH钢的弹性模量、屈服强度、极限强度、断后伸长率的折减系数;基于试验数据给出高温力学性能退化参数和应力-应变曲线的拟合公式。研究结果表明,随着温度升高,屈服强度、弹性模量以及极限强度大体呈下降趋势;断后伸长率先减小后增大。高温应力-应变曲线大体上可分为弹性段、硬化段以及软化段;在20~300℃时有明显屈服平台,400℃后屈服平台消失;在600~700℃时,软化速率大于硬化速率,曲线主要表现为弹性段和软化段。

Cr元素对桥梁耐候钢相变行为的影响

桥梁耐候钢可在大气环境中裸露使用,其符合资源节约与环境友好型社会发展对桥梁建设提出的新要求。本文为研究不同冷却速度下桥梁耐候钢的相变过程和组织演变情况以及Cr元素对其相变规律的影响,利用热膨胀法并结合金相建立两种不同成分桥梁耐候钢的动态CCT曲线。结果表明:Cr元素降低铁素体和贝氏体相变温度,扩大贝氏体相变区域,减小铁素体晶粒尺寸和体积分数。冷却速度由0.5℃/s增加到20℃/s,桥梁耐候钢的显微组织由铁素体和珠光体向贝氏体转变,铁素体相变开始温度和贝氏体相变终止温度降低。

终轧温度对低屈强比桥梁耐候钢组织及力学性能的影响

采用Gleeble-3800热模拟试验机、拉伸试验机、显微硬度计等设备,并结合光学显微镜(OM)和电子背散射衍射(EBSD)等表征方法,研究了终轧温度对Cu-Cr-Ni低屈强比桥梁耐候钢组织和力学性能的影响,并阐明了其具体的变化机理。结果表明,终轧温度880℃下的Cu-Cr-Ni桥梁耐候钢组织为粒状贝氏体,随着终轧温度由880℃降低至800℃,组织中出现针状铁素体并逐渐增多;M/A岛的平均尺寸由1.3μm增大至3.3μm,且面积分数由21.7%增大至32.3%;基体中的位错密度显著升高,主要是由基体回复程度大幅降低导致的。此外,Cu-Cr-Ni桥梁耐候钢的硬度及屈服强度随着终轧温度的降低而有所升高,屈服强度由435 MPa增大至496 MPa,抗拉强度基本不变,约为710 MPa,这是由显微组织中的针状铁素体、M/A组元和位错密度等因素共同决定。屈强比增大但总体低于0.7,塑性略有提高。

Cr-Ni-Cu桥梁耐候钢的连续冷却相变及其组织和硬度

为了掌握Cr-Ni-Cu桥梁耐候钢在连续冷却过程中组织及硬度的变化及其原因,借助JMatPro软件模拟计算了连续冷却转变(CCT)曲线和等温转变(TTT)曲线,采用Gleeble-3800热模拟试验机、金相显微镜、扫描电镜和硬度计等试验手段研究了Cr-Ni-Cu桥梁耐候钢在不同冷却速度下的微观组织和硬度的变化,探讨了冷却速度对组织、硬度及相变行为的影响。结果表明,对Cr-Ni-Cu桥梁耐候钢进行1050℃和860℃两阶段高温变形后,随着冷却速度由0.1℃/s增加至30℃/s,组织依次为多边形铁素体+珠光体→多边形铁素体+贝氏体→粒状贝氏体→粒状贝氏体+马氏体,硬度由155 HV0.2增加至373 HV0.2。当冷却速度由0.1℃/s增加至3℃/s,硬度的增加主要是由于多边形铁素体晶粒的细化。当冷却速度由5℃/s增加至30℃/s,硬度的增大主要来自于贝氏体组织的不断细化和马氏体含量的不断增加。

铁路无涂装耐候钢桥梁关键技术及应用示范

研究目的:无涂装耐候钢桥梁已成为欧美和日本等发达国家钢桥的一种发展趋势,其应用较为广泛。而我国无涂装耐候钢桥梁起步较晚,缺乏成功应用的经验,更无可执行的设计和制造规范。本文依托拉林铁路藏木大桥开展铁路无涂装耐候钢桥梁建造关键技术研究,积累无涂装耐候钢桥梁在设计和制造中的经验,为铁路无涂装耐候钢桥梁技术规范的编制和在我国铁路桥梁上推广应用打下基础。研究结论:(1)根据钢材受力和耐久性要求,提出了无涂装耐候钢力学性能、焊接性能、耐候性能等要求,完成了耐候指数大于6.5的桥梁用无涂装耐候钢化学成分设计和试验;(2)基于易于形成和保护稳定锈层,提出了无涂装耐候钢桥梁结构构件和排水布置细节设计要求;(3)提出了针对耐候钢特点的制造要求;(4)本研究成果可为铁路无涂装耐候钢桥在我国的推广应用起到参考和示范作用。

Q420qNH耐候桥梁钢工艺波动对拉伸性能的影响

采用试验设计方法(DOE)分析TMCP工艺波动对Q420qNH耐候桥梁钢拉伸性能的影响,同时通过热模拟试验研究回火工艺波动对钢板拉伸性能的影响。结果表明:在TMCP工艺波动范围内,试验钢拉伸性能随工艺主效应因子变化而变化:冷却速度较小时,屈服强度和抗拉强度均较低;精轧终轧温度较低时,屈服强度提高,但屈强比也升高;加热温度较高时,抗拉强度较高,屈强比较低,延伸率下降;而返红温度较低时,延伸率较高。同时,在回火工艺波动范围内,随回火温度提高或回火时间延长,屈服强度升高,抗拉强度下降,屈强比上升,而回火温度为450℃、回火时间为45 min时,延伸率可达到30%以上。

Nb含量和热变形参数对纵向变截面耐候桥梁钢变形抗力及组织的影响

通过Gleeble 3800热模拟试验机,对一种新型不同Nb含量纵向变截面耐候桥梁钢进行变形抗力试验,测定了试验钢在变形速率为1、5、10 s-1,变形温度为750~1000℃,变形量为50%等不同变形参数下的变形-应力曲线。并通过金相显微镜、扫描电镜和透射电镜等手段,研究了试验钢在不同热变形参数下的显微组织变化。根据试验结果,分析了变形参数和Nb含量对纵向变截面耐候桥梁钢的变形抗力和显微组织的影响。结果表明:当Nb含量≥0.03%时,钢板的变形抗力显著增大,组织明显细化,添加一定量的Nb元素可提高钢板再结晶温度50℃以上,使LP耐候桥梁钢能够在变形温度为850~950℃的高温区轧制,以更好的保证LP钢板的板型和综合性能,为LP钢板产品的试制提供了理论依据。

火焰矫正对耐候桥梁钢Q345qDNH组织和性能的影响

采用650℃加热温度、空冷和石棉布缓冷两种冷却方式对耐候桥梁钢Q345qDNH进行火焰矫正试验,对火焰矫正处理后的试样进行显微组织观察和力学性能检测。试验结果表明:上述两种火焰矫正工艺可以使钢板的显微组织保持不变而晶粒明显细化,且不产生脆硬相;火焰矫正后试样的屈服强度、塑性和韧性略有提高,硬度略有降低;与石棉布缓冷相比,空冷后钢板组织更为细小。在实际应用时,可采用650℃保温+空冷工艺对焊后变形的耐候桥梁钢Q345qDNH进行矫正。

腐蚀-荷载耦合作用下耐候桥梁钢及其焊接节点性能劣化研究进展

耐候钢以其可免涂装使用的优越性被广泛应用于桥梁工程,并且是我国钢桥领域将来一段时间大力发展的重要方向。近年来,随着耐候桥梁钢的广泛应用,耐候钢桥焊接节点的腐蚀与疲劳断裂问题也日益突出,这在一定程度上严重影响了耐候钢桥服役性能。因此,迫切需要开展耐候桥梁钢焊接节点腐蚀力学行为与性能劣化预测方法的研究。基于桥梁实际服役工况,耐候钢往往会受到腐蚀-荷载的耦合作用,故全面系统研究腐蚀环境与荷载耦合作用下耐候桥梁钢焊接节点腐蚀行为,量化导致其力学性能劣化的应力腐蚀损伤与疲劳损伤显得尤为重要。通过分析评价国内外关于耐候钢及其焊接节点腐蚀力学行为、腐蚀演化过程模拟与力学性能劣化评估方法的研究现状,建议了针对耐候桥梁钢及其焊接节点性能研究亟待解决的问题,同时介绍了当前的研究新进展,为耐候钢桥相关研究工作的开展指明了方向,旨在消除我国桥梁设计与建设单位对于耐候钢长期性能所存的疑虑,推动耐候桥梁钢在全国规模化应用进程,为今后我国耐候钢桥建设和维护发挥更积极的作用。

桥梁用耐候钢环境-材料适应性评价标准综述

近年来,桥梁用耐候钢在国内公路和铁路桥梁中得到一定应用,但针对中国不同地区环境的耐候钢适应性评价体系尚未建立。为了解桥梁用耐候钢在不同环境条件下的适应性,基于文献和调研结果,从国内外不同环境耐候钢桥的应用效果、母材耐候性评价标准、耐候钢桥设计条文等方面进行了归纳总结和对比研究。结果表明,国外桥梁用耐候钢评价体系已较为完善,而国内耐候钢桥应用相对较少,工程应用数据积累不足,后续应进一步加强已建耐候钢桥的长期观测,并积累应用效果数据,推动桥梁用耐候钢技术发展。

Q500qENH耐候桥梁钢在模拟工业大气环境中的腐蚀行为

通过周期浸润腐蚀试验对比研究了鞍钢生产的耐候桥梁钢Q500qENH和传统耐候钢09CuPCrNi在模拟工业大气环境中的腐蚀行为,并采用腐蚀形貌观察和电化学测试等手段对其腐蚀行为进行了分析。结果表明:显微组织和化学成分对钢基体的耐蚀性均具有一定影响,当保护性锈层形成后,耐蚀性主要取决于锈层的保护作用;周期浸润腐蚀试验结果和带锈试样的电化学阻抗谱、线性极化曲线分析表明Q500qENH钢耐工业大气腐蚀的能力优于09CuPCrNi钢的。

Q420qENH钢及其焊接接头在模拟含PM_(2.5)的工业大气介质中干湿循环腐蚀行为研究

目的 研究桥梁耐候钢板材及其焊接接头在模拟含PM_(2.5)的西北工业大气环境中腐蚀行为的区别。方法 采用NaHSO_(3)+SiO_(2)的腐蚀介质进行干湿交替加速腐蚀实验,并采用腐蚀动力学、X射线衍射、扫描电镜+能谱、电化学测试等方法,分析了Q420qENH钢板材、焊缝及热影响区试样的腐蚀趋势、腐蚀类型及锈层的保护性,以及SiO_(2)对腐蚀的影响。结果 Q420qENH板材试样初期腐蚀速率大于焊接试样,中后期2种试样腐蚀速率逐渐下降并趋于一致。3种试样腐蚀类型均为不均匀的全面腐蚀,外锈层均疏松易脱落,但焊缝、热影响区内锈层比板材致密且与钢基体结合紧密,锈层中Cu、Ni元素含量明显高于板材试样。3种试样腐蚀30d的自腐蚀电流密度由大到小的顺序为板材>焊缝>热影响区,自腐蚀电位由大到小的顺序为热影响区>焊缝>板材,焊缝及热影响区试样的锈层电阻分别为板材试样的1.28倍、1.68倍。结论 PM_(2.5)中的主要成分SiO_(2)易在缺陷处沉积,成为腐蚀产物的形核基底,促进了腐蚀产物的非均匀形核,不利于锈层的致密性。热影响区和焊缝形成锈层的保护性、耐蚀性能优于板材试样。

高强度耐候钢及其在桥梁中的应用与前景

为了解高强度耐候钢的性能及其桥梁中的技术应用,首先总结当前国内外高强度耐候钢在桥梁工程应用的研究进展和成果,回顾了耐候钢技术的发展历程.然后,分析了高强度耐候钢的腐蚀机理、腐蚀环境、抗腐蚀性能以及各种腐蚀评估方法;归纳总结了高强度耐候钢的焊接性能,以及耐候钢的腐蚀疲劳性能与评估方法.最后,阐述了高强度耐候钢在国内外桥梁工程中的应用以及中国高强度耐候钢的试验状况.分析结果表明:虽然中国的耐候钢技术有较大发展,但中国的耐候钢桥梁技术还处于萌芽阶段;耐候钢桥梁在腐蚀作用下的强度、稳定和疲劳问题将成为今后的研究方向;关键部位采用新焊接技术可保证耐候钢桥梁的疲劳强度;中国高强度耐候钢未腐蚀状态下的疲劳和力学性能满足桥梁建设要求,腐蚀状态下高强度耐候钢的疲劳性能和力学性能有待深入研究;基于电化学腐蚀和断裂力学的腐蚀疲劳模型可用于高强度耐候钢的腐蚀疲劳寿命评估.

高性能Q420qENH耐候桥梁钢焊接试验

文中针对高性能Q420qENH耐候桥梁钢板,进行了母材复验、焊材熔敷金属试验、钢板焊接性试验、对接接头系列温度冲击试验以及典型接头的焊接工艺评定试验,评价和分析了该钢的力学、焊接及耐候性能,为应用于大型耐候钢桥梁制造提供了参考依据。

Cu对耐候桥梁钢耐腐蚀性能的影响

采用干湿周浸实验模拟海洋大气环境研究含Cu耐候桥梁钢腐蚀过程中耐腐蚀性能的变化,并利用XRD,SEM等方法研究了两种不同Cu含量耐候桥梁钢的锈层变化.结果表明:Cu能够有效地降低钢的平均腐蚀深度和腐蚀速率,利于提高钢的耐蚀性能.锈层组成随腐蚀时间而变化,腐蚀初期锈层主要由Fe3O4和γ-FeOOH组成,腐蚀中期锈层开始生成Ni(0.6～1)Fe(2.4～2)O4尖晶石类复合氧化物和α-FeOOH两种晶相;腐蚀后期组成基本保持不变,主要由Ni(0.6～1)Fe(2.4～2)O4、α-FeOOH、γ-FeOOH和少量Fe3O4组成.

耐候桥梁钢及其焊缝耐腐蚀性评价研究

目前耐候钢耐腐蚀性常见评价方法有耐腐蚀指数计算法、周期浸润腐蚀试验法和电化学测试法。针对耐候桥梁钢及其焊缝的耐腐蚀性设计要求,为了准确评价耐候桥梁钢焊缝的耐腐蚀性,以我国耐候钢桥常用的Q420qENH耐候钢板为对比试样,采用与其匹配的CHT71NHQ药芯焊丝熔敷金属制作成焊缝试样,基于3种耐腐蚀性评价方法,分析焊缝的耐腐蚀性。结果表明:Q420qENH耐候钢板和CHT71NHQ药芯焊丝的耐蚀腐蚀指数I均大于等于6.5,焊缝与耐候钢相对腐蚀速率为3.87%,且二者自腐蚀电位差较小,仅为13 mV,CHT71NHQ药芯焊丝与Q420qENH耐候钢耐腐蚀性相匹配,均满足设计要求;3种方法均可反映耐候钢与焊缝耐腐蚀性的优劣。

新型耐候桥梁钢的热处理与腐蚀行为研究

为了提升耐候桥梁钢的综合使用性能,开发了热轧态、退火态和正火态这3种不同状态的耐候桥梁钢,分析了不同状态耐候桥梁钢的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能。结果表明•热轧态、退火态和正火态耐候桥梁钢的组织都由铁素体和珠光体组成,平均晶粒尺寸分别为15.81、12.76和10.95 pun;不同状态耐候桥梁钢的断后伸长率、屈强比和0°C冲击功较为接近,而退火态和正火态试样的抗拉强度和规定塑性延伸强度都要高于热轧态试样的。电化学阻抗谱与极化曲线测试结果保持一致,即热轧态试样具有最佳耐腐蚀性能,而正火态试样的耐腐蚀性能最差;热轧态、退火态和正火态耐候桥梁钢的年腐蚀速率分别为0.1022.0.1099和0.1148 mm/a,年腐蚀速率从大至小顺序:正火态〉退火态〉热轧态,失重腐蚀测试结果与电化学测试结果相吻合。