高温劣化方式对特种设备用Q345B钢宏观力学性能的影响

为了探究高温劣化后特种设备用钢的服役性能变化规律,本文以特种设备用Q345B钢为研究对象,采用高温空冷和水冷两种劣化方式,基于微观组织与断口观测结果和拉伸性能测试结果,研究了两种高温劣化方式对其抗拉性能和失效模式的影响规律。实验结果表明:当劣化温度低于700℃时,高温劣化方式对材料的抗拉性能影响较小,而当劣化温度超过700℃时,劣化处理对材料抗拉性能的影响增强,且空冷劣化的影响更为显著;与母材强度相比,劣化温度为1000℃时,空冷劣化和水冷劣化下材料抗拉强度的变化幅值分别为-18.71%和+100.96%,屈服强度则分别为-36.57%和+101.60%;劣化温度超过800℃后,空冷劣化下断口韧窝数量增加,韧性特征显著,而水冷劣化下断口则较为平整,呈现出典型的脆性特征。基于本文实验结果,提出了高温空冷和水冷劣化作用下材料的强度变化因子,建立了强度变化因子与劣化温度关系模型,并利用该模型对不同温度条件下材料的强度变化进行了预测,预测结果与实验值的偏差在5%以内。

Q345B钢表面激光熔覆工艺的PLC控制与涂层性能研究

为了提升Q345钢的表面耐磨性和耐蚀性能,采用可编程逻辑控制器(PLC)控制激光熔覆工艺,以F60合金粉作为熔覆材料,制备了无Y_(2)O_(3)的涂层和添加Y_(2)O_(3)的涂层,对比分析了两种涂层的物相组成、显微组织、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能。结果表明,无Y_(2)O_(3)涂层和添加Y_(2)O_(3)涂层中都含有ɑ-(Fe,Cr)、ɑ-Fe、(Fe,Cr)_(7)C_(3)、γ-(Fe,Cr)和CrFeB相,且添加Y_(2)O_(3)涂层中还出现了Y_(2)O_(3)相;两种涂层都与Q345钢基体结合良好;添加Y_(2)O_(3)涂层的晶粒尺寸和二次枝晶臂间距都小于无Y_(2)O_(3)涂层,且添加Y_(2)O_(3)涂层枝晶区域的Fe和B元素含量低于无Y_(2)O_(3)涂层;相同涂层距离处,添加Y_(2)O_(3)涂层的硬度都高于无Y_(2)O_(3)涂层,且都明显高于基体;无Y_(2)O_(3)涂层和添加Y_(2)O_(3)涂层的耐磨性和耐蚀性都优于Q345钢基体,且添加Y_(2)O_(3)涂层的耐蚀性和耐磨性高于无Y_(2)O_(3)涂层,这主要与涂层中存在(Fe,Cr)_(7)C_(3)和CrFeB等硬质相、添加Y_(2)O_(3)涂层的晶粒和二次枝晶臂间距更加细小等有关。

热处理对Q345B钢基堆焊复合板显微组织及力学性能的影响

采用CO_(2)气体保护焊方法,在Q345B钢基体表面堆焊YD212型焊丝形成复合板。研究了淬火、正火和喷液淬火+回火3种热处理工艺对复合板显微组织与力学性能的影响,并与未热处理复合板进行比较。结果表明:3种热处理工艺均使复合板的熔合层和堆焊层显微组织发生了改变,同时也使基板层珠光体含量发生变化。热处理使复合板的各层硬度均有不同程度的提高,其中正火处理的提升幅度较小。采用喷液淬火+回火热处理得到的复合板,其基板层珠光体含量较高,硬度和韧性显著提高,熔合区韧性明显改善,堆焊层硬度优良,其冲击吸收能量是未热处理复合板的1.57倍。

应变率和应力三轴度对Q345B钢动态力学性能的影响研究

Q345B钢是工程结构中广泛使用的低合金钢,其动态力学性能包括动态本构和动态破坏判据对于军民用钢结构的抗爆设计具有非常实用的价值。本文分别运用MTS准静态材料试验机、Instron高速材料试验机以及Hopkinson拉杆,对Q345B钢试件进行了不同应变率的单向拉伸试验;运用电子万能试验机和电子扭转试验机对Q345B钢进行了不同初始应力三轴度的试验。根据试验结果,基于Cowper-Symonds(CS)和Johnson-Cook(JC)模型修正得到了适用于Q345B钢的本构模型。利用ABAQUS/Standard对各应力三轴度试验过程进行了模拟,确定了断裂应变与应力三轴的关系,并修正得到考虑单元尺寸影响的JC失效模型。本文的研究结果可为Q345B钢结构抗冲击设计与评估提供模型和应用方法。

稀土Nd对Q345B钢微观组织及腐蚀性能的影响

通过金相组织观察、周期浸泡试验、腐蚀交流阻抗谱测量等方法研究了稀土Nd对Q345B钢组织及腐蚀性能的影响。结果表明:稀土元素Nd使Q345B钢的组织细化、均匀;添加适量的稀土Nd可有效提高Q345B钢的抗腐蚀能力。

Q345B钢拉伸分层机理分析

对Q345B带卷成分、过热度和中心偏析进行统计分析,并采用光学显微镜、扫描电镜和能谱分析对其拉伸后产生分层机理进行研究。结果表明,Q345B钢在连铸过程中产生的中心偏析,特别是Mn元素偏析,会导致中心MnS等夹杂物的聚集,从而在轧制过程中形成带宽较大、带间距较近的带状组织;这种带状组织在带卷拉伸时,因局部力学性能差异过大而出现拉伸分层缺陷;拉伸后,分层带卷带状组织密度ρa为62 700μm/mm2,未分层带卷带状组织密度ρb为650μm/mm2,分层带卷带状密度是未分层带卷带状密度的96倍;如果Q345B钢中心存在带宽较大、带间距较近带状组织时,就会出现拉伸分层现象。

低成本钛微合金化Q345B钢组织性能的研究

通过采用低锰（w（Mn）=0.6%-0.8%）钛微合金化（w（Ti）=0.045%-0.060%）的成分体系以及控轧控冷工艺,成功试制出低成本钛微合金化Q345B带钢。结果表明：不同厚度规格带钢的屈服强度为413-468 MPa,抗拉强度为571-595 MPa,伸长率为25.3%-27.9%,常温冲击功为105-134J,冷弯性能合格,均满足国标要求。Ti的析出物有尺寸大小为50-100nm的方形TiN粒子和尺寸小于10nm的球形纳米TiC粒子,充分发挥了Ti的细晶强化和沉淀强化效果。

Q345B钢板折弯开裂原因分析及改进措施

针对Q345B钢卷板开平后在折弯过程中出现的开裂现象,对缺陷部位材料进行了金相、化学成分和力学性能的对比分析。分析认为MnS夹杂及带状组织是产生开裂的直接原因,通过优化成分,改进工艺,改善其性能指标,取得了良好效果。

Q345B钢轧后拉伸分层试样的显微组织研究

利用金相检验,扫描电镜,能谱分析以及元素分布原位分析等手段,研究了Q345B钢轧后拉伸试样中的夹杂物和显微组织,寻求产生拉伸分层的原因。结果表明,Q345B钢连铸坯中主要微合金元素C、Mn、Nb等的偏析,造成轧后试样中存在大量的长条状MnS夹杂物,块状铌、钛的碳化物和条带状马氏体组织,致使局部力学性能差异过大,容易在缺陷集中分布的显微组织层面上产生开裂和分层。

终轧温度对钛微合金化Q345B钢组织与力学性能的影响

在Q345B钢的基础上,将锰的质量分数降至0.8%,并添加质量分数为0.05%的钛设计了钛微合金化Q345B钢;将该钢分别在820,850,880℃下进行终轧,研究了终轧温度对其显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着终轧温度升高,试验钢的屈服强度和伸长率均表现为先升高后降低的趋势,在850℃达到最大,分别为490MPa和34.0%;抗拉强度则随终轧温度升高而逐渐降低,这主要是由铁素体晶粒尺寸随终轧温度升高而不断长大导致的;当终轧温度为850℃时试验钢可获得最佳的综合力学性能。

Q235B和Q345B钢CSP铸坯纵裂纹的控制实践

酒钢Q235B(0.18%C)和Q345B(0.17%C)钢CSP工艺生产的68 mm×1 600 mm铸坯的纵裂纹主要出现在炉次间的第一块铸坯,裂纹宽0.01～0.30 mm、深0.10 mm、长度≥50 mm。纵裂纹影响因素的分析结果表明,当[S]≥0.008%、钢水过热度≥40°、结晶器锥度≤4 mm时,保护渣碱度和粘度较低,以及结晶器钢板厚度≤12mm时,铸坯裂纹指数明显增加。通过控制[S]≤0.008%,钢液过热度30±5℃,结晶器液面波动±3 mm,Q235B钢裂纹发生率由2%降至0.36%,Q345B钢由5%降至0.98%。

Q345B钢表面耐磨耐高温涂层的制备与研究

采用高速电弧喷涂方法,以不同的喷涂粉末,在Q345B钢表面制备了耐磨耐高温涂层,并对涂层进行了高温氧化试验、磨损试验和磨损形貌的扫描电镜观察。结果表明:选用含纳米碳化钛的电弧喷涂粉末可以使Q345B钢表面获得优异耐磨耐高温性能的涂层,其室温磨损体积较未喷涂钢减少了77.91%,300℃高温磨损体积减少了87.33%;经过300℃高温氧化72 h后,其单位面积质量增加较未喷涂钢降低了92.2%。

唐钢FTSC薄板坯连铸提高Q345B钢表面质量的措施

针对唐钢FTSC薄板坯连铸浇注Q345B钢过程中存在的表面质量问题,对结晶器、保护渣性能、冷却水参数等方面进行了改进,取得了良好效果。

Q345B钢板冷弯成形开裂分析

Q345B钢是GB／T1591—1994（（低合金高强度结构钢》中的一个再要牌号，具有高强度、良好塑性及低温冲击韧度，可作为重要焊接结构件使用，也是机车车体中广泛应用的结构钢品种。但我公司在对某批次板厚为6mmQ345B钢板进行冷弯成形时，在90°折弯处发现钢板有开裂现象，为查明原因，对开裂钢板进行理化检验，送检试样如图1所示。

Q345B钢的凝固与相变行为

利用激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)模拟了钢凝固过程的热历程,对Q345B钢凝固过程中的奥氏体晶粒长大与相变行为进行了原位观察研究。结果表明:冷却速度和第二相析出是影响原始奥氏体长大的主要因素;冷却速度为2～4℃/s时,原始奥氏体晶粒尺寸随冷却速度变化而变化最为显著,冷却速度超过4℃/s时则影响明显减弱。

Q235B和Q345B钢中厚板表面纵裂纹的成因分析和工艺优化

Q235B钢（/%：0.14~0.17C,0.30~0.60Mn,0.010~0.040Als）和Q345B钢（/%：0.15~0.18C,1.30~1.60Mn,0.010~0.040Als）100 mm厚板的生产流程为铁水预处理-120 t转炉-LF-200 mm板坯连铸-轧制工艺。通过分析得出中厚板表面纵裂纹源于铸坯裂纹。通过保护渣碱度由1.16提高至1.26,1300℃黏度由0.80Pa·s提高至0.97 Pa·s,软搅拌时间不低于10 min,拉速控制在1.0 m/min左右,液面上下波动≤5 mm,保持结晶器锥度9.0 mm,钢水过热度20~25℃,二冷水为0.662 L/kg等工艺措施,使Q235B和Q345B钢中厚板纵裂率由2.17%下降至1.08%,板材综合合格率由原94.78%提高到98.16%。

Q345B钢冷弯开裂原因分析与改进措施

针对Q345B钢卷板开平后在制造汽车箱梁加工过程中出现的冷折弯开裂现象,对缺陷材料进行了金相、钢种化学成分和性能的对比分析,并通过优化成分含量改善其性能指标,取得了良好效果。

Q345B钢板焊接热循环及实时角变形测试

对Q345B钢板进行多层多道焊接,使用K型接触式热电偶测温模块和激光位移传感系统测量焊接过程中的热循环和角变形。结果表明,多层多道焊的热循环峰值温度随焊道的逐渐靠近而升高;距离焊缝越近,峰值温度越高,对应的升温速度也越快;焊接角变形主要产生于焊接阶段,表现为逐渐增加,而在层间冷却阶段很小,最终焊接角变形约为4.78°。

不同回火工艺对Q345B钢组织与性能的影响

对Q345B钢淬火后在450℃进行60 min传统回火和不同温度、不同时间的感应回火处理后空冷,并进行组织观察、硬度测试和夏比V型坡口低温冲击试验。结果表明:Q345B钢感应回火后显微组织更加细小,硬度高于传统回火的5%~20%,而感应回火的低温韧性略差于传统回火。

Q345B钢等离子-MAG复合焊接头组织与力学性能

以10 mm的Q345B钢板为母材,开Y型坡口,使用等离子-MAG复合焊方法,进行单层单道焊接。对焊接接头进行无损检测,未发现裂纹、气孔、夹渣等缺陷。分析焊接接头的显微组织,焊缝区主要由铁素体和珠光体构成,先共析铁素体沿柱状晶界析出,晶内主要是针状铁素体和珠光体的混合物;焊接热影响区较窄,组织形态变化明显但晶粒尺寸有所改善。硬度试验显示,焊缝和热影响区的硬度高于母材。对焊接接头进行拉伸、弯曲和冲击等力学性能测试,结果表明,采用等离子-MAG复合焊接方法得到的接头强度和韧塑性良好。