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。

Q355B钢与Q345B钢MAG焊焊接接头力学性能对比研究

利用MAG焊,选用合适的焊接参数对其LGQ355B钢与LGQ345B钢进行焊接工艺试验,对比两种钢材在相同焊接条件下焊接接头的力学性能。结果表明:二者母材相比较,LGQ355B钢比LGQ345B钢具有较高的抗拉强度、屈服强度,平均高出30MPa,而LGQ345B钢具有较好的塑性和冲击韧性,并且二者母材纵向冲击性能明显要优于横向冲击性能。二者焊接接头相比较,其接头力学性能均满足标准要求,主要与母材本身及所选用焊丝的特性有关系,由于LGQ345B钢本身强度比LGQ355B钢低,其焊接接头表现出高强匹配,并且焊缝中心冲击韧性优于LGQ355B钢,因此二者钢材整体焊接接头焊缝中心冲击韧性要优于母材。通过研究,在日常结构件的制造过程中采用新标准下的Q355B钢与旧标准下的Q345B钢相比较,二者焊接工艺、焊接接头性能差异不是十分明显,焊接过程无需区别对待,可进行正常替代,同时为新标准下Q355B钢的焊接提供理论指导。

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。

TMCP技术在Q345B低合金化生产中的应用

采用TMCP控轧控冷技术,用普碳钢成分生产出了Q345B高强度热轧带钢。生产中通过调整中间坯厚度与成品厚度之比,同时控制终轧温度和卷取温度,将铁素体晶粒细化和珠光体相变强化相结合,得到了高强高韧性热轧钢板。钢板冷成型性和焊接性良好,实现了Q345B的合金减量化生产。

CSP流程生产Q345B钢带的机械性能和强化因素分析

通过定量金相和产品力学性能统计分析了CSP工艺（71mm铸坯）和常规工艺（250mm铸坯）生产的Q345B钢2．0～12．7mm板卷组织和晶粒特征、屈强比（YS—UTS）和延伸率。结果表明，CSP工艺生产的板卷的晶粒尺寸为7．03～8．78μm，晶粒度级别11．5～12．0，平均屈强比为0．77，延伸率为27．8％，较常规工艺生产的板卷高（分别为8．79～8．95μm，10．0～10．5,0．72和25．0％）。计算结果表明。

补焊道次对Q345B低合金钢焊接接头疲劳性能的影响

通过脉动拉伸试验研究了补焊道次对Q345B低合金钢焊接接头疲劳性能的影响。结果表明:与未补焊的接头相比,一次补焊后焊接接头的中值疲劳强度值略有下降(差4.6 MPa);二次补焊和一次补焊的中值疲劳强度基本相当,仅差0.7 MPa;疲劳裂纹启裂区和扩展区具有典型的疲劳断裂特征,终断区形貌为准解理和少量浅韧窝。

Q345B连铸坯表面夹渣缺陷的形成原因及控制

描述了Q345B铸坯表面夹渣缺陷的宏观形貌,并通过扫描电镜及能谱仪对缺陷形貌进行观察和能谱分析。结果表明,缺陷内主要为氧化铁皮并含有保护渣成分。分析了铸坯表面夹渣缺陷的形成原因主要有以下4个方面:浸入式水口设计不合理引起的结晶器液面波动卷渣、结晶器内弯月面受冲击夹渣、保护渣成分不均匀引起的分熔现象及结晶器振动负滑脱时间长导致的下渣不均匀。并提出优化措施:1)优化浸入式水口的结构,将侧孔角度为25°减小至18°;2)改善结晶器流场,板间的氩气流量由原来的5 L/min减少至3 L/min以下,SEN的插入深度控制在90~130 mm;3)优化保护渣成分和性能,将保护渣熔点由原来的1 050℃提高至1 150℃,碱度大于1,黏度0.12~0.2 Pa·s,降低了保护渣的消耗;4)调整结晶器振动参数,使负滑脱时间由原来的0.207 s减至0.165 s。22炉的现场试验结果表明,优化后的工艺由于铸坯缺陷引起的中厚板表面裂纹发生率控制在1%以下,并实现了铸坯、中厚板表面质量的稳定控制。

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。

Q345B厚钢板对接接头显微组织分析及力学性能测试

为评价Q345B厚钢板焊接接头的力学性能,使用MAG焊和埋弧焊工艺对67 mm厚的试板进行焊接,并对焊接接头各区域进行金相组织分析及力学性能测试,包含拉伸、弯曲、常温冲击和低温冲击测试。结果表明,焊接工艺得到的焊接接头成形良好,缺陷较少,其中埋弧焊焊缝呈现粗大的柱状晶,为先共析铁素体和针状铁素体,MAG焊焊缝为先共析铁素体和针状珠光体,埋弧焊层间组织晶粒较均匀,为片状珠光体及铁素体;焊接接头屈服强度平均值为349 MPa,抗拉强度平均值为440 MPa,断后伸长率平均为29.3%;弯曲角90°时,不同位置的弯曲试样均未出现裂纹;除存在气孔的试样外,常温冲击吸收功大于100 J,低温冲击吸收能量大于65 J。总体来看,该工艺得到的焊接接头力学性能良好,能够满足技术要求。

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中厚板表面的纵裂纹分析

采用金相检验和扫描电镜及能谱分析等手段对热轧Q345B中厚板表面纵裂纹进行了分析。结果表明,热轧Q345B中厚板表面纵裂纹是由于铸坯中存在夹杂物及铸坯纵裂引起的。通过对炼钢生产过程的观察,提出了改进连铸工艺等相关措施,取得了良好的效果。

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。

Q345B中厚板拉伸试验断口分层的原因分析

采用金相检验、扫描电镜及能谱分析等手段对Q345B中厚板分层缺陷进行了分析。结果表明:Q345B中厚板分层缺陷主要是由于铸坯中偏析处存在硫化物夹杂、带状组织引起的。通过对炼钢生产过程的观察,提出了改进连铸工艺等相关措施,取得了良好的效果。

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%。

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。