40mm厚度Q500MC钢板大热输入焊接试验

采用Mg-Ti复合氧化物冶金处理方式试制了40 mm Q500MC钢板,并进行了热输入为276 KJ/cm的大热输入焊接实验。结果表明,钢板各项力学性能满足GB/T 1591要求,且韧脆转变温度T VE低于-60℃。焊接接头各项力学性能满足标准要求,热影响区各位置0℃、-20℃冲击韧性满足标准要求且有一定余量。对比母材,焊接热影响区0℃冲击吸收能量降低约56%,-20℃冲击吸收能量降低约77%,热影响区韧脆转变温度T VE约为-18.4℃。经过大热输入焊接后,粗晶热影响区获得以晶内针状铁素体为主的组织,韧性水平较理想,热影响区正火区域宽度可达5~6 mm,组织以铁素体+珠光体为主,对应区域硬度较低,软化严重。

Q500qE高强钢压杆稳定研究

Q500qE高强钢目前已经在一些大跨度钢桥中被采用,然而我国钢桥设计规范中并未给出关于Q500qE高强钢压杆稳定的设计要求。我国现行TB 10002.2—2005《铁路桥梁钢结构设计规范》中受压杆件设计是按容许应力法,考虑长细比、钢材级别、截面类型、残余应力等因素的影响以稳定系数进行承载力折减。基于这些影响因素,对Q500q E高强钢的稳定进行了系统的数值研究,并与各国规范进行了对比。

Q500GJ高强度钢材焊接H形柱抗震性能试验研究

为促进Q500GJ高强钢材在钢结构工程中的应用,进行了5个Q500GJ高强钢焊接H形截面试件的水平往复加载试验研究,分析了试件的长细比、绕强弱轴加载等因素对试件破坏模式、变形能力、抗震耗能能力的影响.结果表明,所有试件荷载-位移滞回曲线饱满,滞回性能良好.骨架曲线正、反向基本对称,走势相似,从弹性变形到屈服点,荷载达最大后,开始下降直至塑性破坏.试件绕强轴反复荷载,板件局部弹塑性失稳破坏,截面塑性发展不充分,试件绕弱轴反复荷载,全截面进入塑性破坏,试件绕弱轴反复荷载下延性系数要高于绕强轴反复荷载下的延性系数.试件最大层间位移角为1/20,最小层间位移角为1/26,均满足《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)中多、高层钢结构弹塑性位移角1/50的限值要求.

不同淬火温度下NM500/Q345复合板耐磨层的摩擦磨损性能研究

耐磨钢/碳钢复合板不仅具有高强耐磨的双重性能优势,还可以降低能耗及生产成本。针对不同淬火工艺研究该复合板耐磨层NM500的耐磨性,对NM500/Q345复合板进行不同淬火温度下的干滑动摩擦磨损试验。借助显微硬度计测量试样表面的硬度,利用扫描电子显微镜(SEM)、白光干涉三维表面轮廓仪等分析该复合板耐磨层NM500的金相组织、磨痕的宏/微观形貌以及磨损机理。研究结果表明,当淬火温度为860~920℃时,淬火前后的硬度差别很大,淬火后的试样相比淬火前的试样硬度有很大的提高,随温度的上升先增加再降低,在温度为880℃时达到最高;摩擦因数曲线完全符合标准的干滑动摩擦磨损曲线,先快速上升然后有一定程度下降,最后趋于平稳;淬火后的磨损体积相比于淬火前会有很大程度减小,在淬火温度为860℃时,磨损量最少,耐磨性最好。

不同轧制压下率对热轧NM500/Q345/NM500复合板界面微观组织的影响

轧制压下率是影响复合板界面结合质量的重要因素之一。本文研究了轧制压下率对NM500/Q345R/NM500复合钢板界面微观组织的影响。借助光学显微镜、扫描电镜分析了压下率分别为30%、50%、70%的复合板界面微观组织、界面元素分布和缺陷成分。结果表明:随压下率的增大,晶粒变得细小,两侧组织差异减小,铁素体和珠光体分布得更均匀,珠光体的含量增多;当压下率为30%和50%时,复合板界面存在孔洞和颗粒状缺陷,缺陷处为Si和Mn的氧化物和部分硫化物,界面的氧化物随变形程度增加逐渐破碎,数量减少,尺寸也越来越小,当压下率为70%时,复合板界面组织和元素分布均匀,无明显的孔洞缺陷。

Q500qE高性能桥梁钢防断性能试验研究

为研究Q500qE高性能桥梁钢的断裂抗力随温度的变化规律,针对5种不同厚度规格(16,32,44,50,60mm)的Q500qE高性能桥梁钢母材和焊接接头,进行常温和低温环境条件下的深缺口宽板拉伸试验。试验结果表明:随着强度的提升以及细化晶粒,板厚32 mm以下的Q500qE高性能桥梁钢母材的断裂韧度Kc值总体上高于Q370qE和Q345qD桥梁钢,也比Q500qE高性能桥梁钢焊接接头高;在试验温度低于-40℃后,板厚44mm以上的Q500qE高性能桥梁钢母材的Kc指标有所下降;与Q370qE和Q345qD桥梁钢焊缝相比,Q500qE高性能桥梁钢焊接接头的Kc没有明显的提高;需要进一步研发提高Q500qE高性能桥梁钢厚板以及焊接接头防断性能的措施。

Q500qE高性能桥梁钢断裂韧性CTOD试验研究

针对不同厚度规格的Q500q E高性能桥梁钢母材和焊接接头,在不同温度条件下进行了断裂韧性CTOD试验,旨在系统研究Q500q E高性能桥梁钢母材及其焊接接头的断裂抗力随温度的变化规律。试验结果表明:随着温度的降低,32和44 mm板厚Q500q E母材的断裂韧性变化不大,但60 mm板厚Q500q E母材的断裂韧性在温度降至-40℃以下后,有较大幅度的降低;各种板厚的Q500q E焊缝的断裂韧性都比母材低;随着温度的下降,Q500q E焊缝的断裂韧性大幅降低,特别是44和60 mm板厚Q500q E焊缝。说明Q500q E焊缝的抗断性能,尤其是低温抗断性能比母材要差很多。评定结果表明:除60 mm板厚Q500q E母材-50℃时的CTOD值外,其它各种板厚Q500q E母材的CTOD值均在失效评定曲线FAD图的可接受区域内,其断裂韧性值是合格的;32,44,60 mm板厚的Q500q E焊缝,仅有常温及32 mm板厚在-20℃的断裂韧性是合格的,与母材相比,Q500q E焊缝的低温抗断性能较差。所以,对于Q500q E高性能桥梁钢需要进一步加强对焊缝性能的改善研究。

Q500D厚钢板及其焊接接头疲劳裂纹扩展速率试验对比研究

本文针对Q500D厚钢板及其焊接接头进行了疲劳裂纹扩展速率对比分析,并测试了Q500D焊接接头的裂纹扩展门槛值,得到了水电机组进行焊接结构精确寿命计算所需要的关键计算参数。为水电机组深入挖掘Q500D厚钢板材料潜能,提高机组的寿命计算能力,提供了重要依据。

热处理对S500Q钢焊接接头力学性能和断口形貌的影响

通过力学性能试验、硬度试验和电子显微镜观察,研究了500℃~650℃热处理工艺对S500Q钢焊接接头力学性能和断口的影响。结果表明:500℃~580℃热处理对S500Q钢焊接接头力学性能影响较小。580℃~650℃热处理使焊接接头的抗拉强度和屈服强度降低,随着温度的升高,降低量逐渐增加。500℃~650℃热处理工艺对焊接接头的延伸率基本无影响,冲击功呈现先增大后减小的趋势。不同热处理工艺下S500Q钢焊接接头断口形貌为河流状花样。

Q500E 钢的耐蚀性能研究

通过电化学性能测试、全浸腐蚀试验和锈层形貌观察等方法,研究了四种不同显微组织的Q500E钢的耐蚀性能,并分析了显微组织对耐蚀性能的影响机理。结果表明,多边形铁素体+粒状贝氏体以及少量M/A岛(QPF+GBF+M/A)、贝氏体(B)、铁素体+珠光体(F+P)和马氏体+铁素体(F+M)组织钢在中性NaHSO3溶液中表现出不同的耐蚀性能;电化学腐蚀和全浸腐蚀试验结果表明,四种不同显微组织钢的耐蚀性能从高至低顺序为B>QPF+GBF+M/A>F+P>F+M;全浸腐蚀35天后,B组织钢表面相对较为平整,主要以均匀腐蚀为主,而F+P和F+M钢表面坑蚀数量较多,表现为局部腐蚀特征。通过显微组织调控可以改变Q500E钢的耐蚀性能,其中,贝氏体(B)钢有相对较好的耐蚀性能。

轧后冷速对Q500GJE钢组织和拉伸性能的影响

为了开发Q500GJE高性能超高层建筑用钢，利用Gleeble热／力学模拟、扫描电镜、透射电镜、背散射电子衍射、着色腐蚀金相等方法研究了轧后控冷冷速对TMCP交货低屈强比（≤0．80）Q500GJE钢组织和拉伸性能的影响。结果表明：试验钢在冷速5～25℃／s的范围内，形成由针状铁索体、粒状贝氏体以及M-A岛构成的混合组织。随着轧后冷速的提高，针状铁素体数量减少，粒状贝氏体数量增多，晶粒发生细化，位错密度升高，屈服强度和抗拉强度升高；随着轧后冷速的适当降低，硬相M-A岛的含量增加，尺寸增大，屈强比下降，应变硬化量增加。拉伸性能满足低屈强比Q500GJE钢要求的轧后控冷冷速是15～20℃／s。

B610CF与S500Q异种高强钢同部位多次焊接研究

糯扎渡水电站蜗壳和座环过渡板材料分别为B610CF和S500Q异种高强钢,蜗壳安装后因打压变形和位移需拆除重装,处理过程中蜗壳与过渡板焊接接头存在多次焊接。通过模拟蜗壳处理过程焊接试板进行试验,研究这两种异种高强钢的多次焊接性能,评价蜗壳处理方案的可行性。

Q500qE钢冲击功不合格原因分析与改进措施

对Q500q E钢-40℃低温冲击功不合格的产品进行了分析。结果表明,低温冲击功不合格的原因是钢板的心部存在偏析、钢坯在炉加热时间长、钢板终轧温度高、冷却速度大、终冷温度低等。通过改善钢坯质量、严格控制在炉时间、降低钢板终轧温度、控制冷却方式,改善了Q500q E钢的低温冲击功,显著提高了产品的合格率。

沪通长江大桥Q500qE钢的适用性研究

为满足世界上跨度最大的公铁两用斜拉桥——沪通长江大桥的建造要求,从母材基本性能、工厂制造性能和设计参数3个方面研究Q500qE钢的拉伸、低温韧性和防断性能,切割、焊接和热矫形加工性能,以及结构安全储备、疲劳抗力和压杆稳定折减系数。结果表明:Q500qE钢在具有高屈服强度的同时还具有良好的塑性;16和32mm厚的Q500qE钢板在11^-50℃的环境温度下具有良好的防断能力,44和60 mm厚的Q500qE钢板在低于-40℃时低温防断性能有所降低;Q500qE钢的焰切和焊接工艺性良好,对接焊缝、熔透角焊缝、坡口角焊缝和T形角焊缝的表观和内部质量均能达到质量要求;Q500qE钢的焊接矫形温度不应超过750℃,而且在屈强比不大于0.86时具有与普通钢材相当的安全储备;Q500qE钢结构的疲劳设计可采用现有规范中的疲劳抗力设计指标。基于各国相关规范的研究思路和有限元计算结果给出了Q500qE钢压杆稳定折减系数的推荐值。

Q500qENH耐候桥梁钢形变奥氏体连续冷却转变行为研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机模拟了Q500qENH耐候桥梁钢形变奥氏体连续冷却转变过程。采用膨胀法结合组织观察及硬度测试,绘制了钢的连续冷却转变(continuous cooling transformation,CCT)曲线。结果表明:当冷速小于1℃/s时,形成以多边形铁素体和珠光体为主、少量粒状贝氏体的混合组织;当冷速在5~15℃/s时,组织类型为粒状贝氏体和针状铁素体;当冷速大于15℃/s时,出现板条贝氏体。随着冷速的增大,组织逐渐细化,硬度逐渐增加。Q500qENH钢优选的两阶段控轧后控冷工艺窗口为5~15℃/s,在该冷速范围内形成了粒状贝氏体、针状铁素体和适度细化的M-A多相复合组织。

热轧后的冷却方式对Q500qE桥梁钢板屈强比的影响

屈强比是桥梁用钢的重要性能指标。研究了热轧后的冷却方式,包括普通的连续冷却、延迟冷却和分段冷却,对16 mm厚桥梁用Q500qE钢板屈强比的影响。结果表明:热轧后连续冷却的钢板组织为单一的贝氏体,强度较高,屈强比偏高;分段冷却,即热轧后水冷至670~740℃,以避免晶粒长大,再以1~3℃/s的冷速空冷至600~680℃,以获得部分铁素体,最后以大于15℃/s的冷速水冷至350℃以下,使剩余奥氏体完全转变为贝氏体,钢板的组织为铁素体+贝氏体双相,屈强比较低,符合要求。

Q500qENH特厚桥梁钢板及其焊接接头的耐腐蚀性能

采用周期浸泡腐蚀试验技术,结合电子探针以及XRD物相分析等手段,研究了桥梁钢Q500qENH及其焊缝和普通Q345B钢在模拟工业大气环境中(0.01 mol/L NaHSO3水溶液)的耐腐蚀性能。结果表明,桥梁钢内外锈层分明,锈层较致密,且在内锈层中检测到Cr有明显富集,其年腐蚀速率也相对较低。Q345B钢的锈层疏松,内外锈层没有明显分界。桥梁钢锈层都是由α-FeOOH、γ-FeOOH和Fe3O4组成的。桥梁钢中物相α-FeOOH含量较多,Cr分布于内锈层的裂纹处,使内锈层更加致密。

Q500q钢的连续冷却转变行为及生产试制

利用热模拟实验机Gleeble-2000,对Q500q钢连续冷却转变行为以及在650～300℃温度区间的相变行为进行了研究及生产试制.结果表明:当冷速为1～4℃/s时,试验钢的微观组织由铁素体和珠光体组成.当冷速增至4～16℃/s时,发生贝氏体相变;随着冷却速度的增加,贝氏体组织更为细化且体积分数增加.当冷却速度大于4℃/s后,试验钢在650～300℃冷却速度减半时,贝氏体相变的终了温度升高,贝氏体相变区间缩小,与连续冷却转变相比组织差距不大.采用两种不同的冷却方式生产试制后,两组试验钢的力学性能和金相显微组织一致,说明650℃以下可以采用缓冷坑堆冷的方式来提高钢板的探伤合格率.

沪通长江大桥天生港专用航道桥Q500qE钢焊接工艺试验研究

Q500qE高强度桥梁钢具有高强度、高韧性的优异性能,可减小桥梁结构截面、自重,增大跨径及承载力,但Q500qE钢的焊接工艺研究目前尚属空白。鉴于此,以沪通长江大桥天生港专用航道桥为背景,对Q500qE钢进行了焊接性试验、焊接材料选配试验和焊接工艺评定试验,研究适用于Q500qE钢的焊接方法、焊接材料和焊接工艺参数等焊接工艺。试验结果表明,超低碳贝氏体组织的Q500qE钢冷裂敏感度低,可焊性良好;根据Q500qE钢不同焊接接头形式,确定的焊接方法及强韧性匹配焊接材料可行;焊接试件的各项检测指标均能满足标准要求;通过试验确定的焊接工艺参数正确,工艺措施得当。Q500qE钢焊接工艺研究结果已用于指导该桥Q500qE高强度桥梁钢的焊接。

Q500qE桥梁钢焊接接头的低温断裂韧性

实验室试制了60 mm厚TMCP型Q500qE桥梁钢厚板;使用自动埋弧焊机对试验钢板进行双面多层多道次对接焊试验。采用裂纹尖端张开位移(CTOD)测试技术和显微组织分析,对母材、焊缝金属和热影响区(HAZ)进行了低温(20、-10、-40℃)断裂韧性测试研究,利用扫描电镜对各部位的CTOD试验断口特征进行了分析,进而比较了母材、焊缝金属和热影响区不同区域金属低温断裂韧性。结果表明:随着试验温度的降低,焊接接头不同部位的断裂韧性CTOD特征值明显降低,F-V曲线逐渐缩短,试样的裂纹稳定扩展区变窄,断裂时的塑性变形不断减小直至消失,两侧剪切区也越来越不明显,焊接接头的韧性降低。在同一试验温度下,母材试样的裂纹稳定扩展区较宽,纤维断裂区较明显,裂纹扩展缓慢;热影响区试样的裂纹稳定扩展区最窄,断口平整,纤维区不明显,主要为脆断区。焊接过程的大输入量热循环使得焊接热影响区中原奥氏体晶粒尺寸增大,从而恶化了热影响区的低温韧性。