不同开轧温度对薄规格500 MPa级桥梁钢组织和性能的影响

利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计、拉伸和冲击试验机,研究了不同开轧温度对以铁素体和贝氏体为基体组织的薄规格500 MPa级桥梁钢组织性能的影响。结果表明:在终轧温度不变的条件下,开轧温度由960℃降低至900℃,钢中铁素体含量由60%增加至70%,并且其显微硬度由190±7 HV25g提高至241±18 HV25g,贝氏体组织逐渐由尺寸较大的粒状贝氏体向上贝氏体和板条贝氏体转变,拉伸曲线由吕德斯带不连续屈服型向连续屈服型转变。当开轧温度为900℃,钢的屈强比为0.79,−40℃夏比冲击功达147 J,满足低屈a强比500 MPa级桥梁钢的力学性能要求。

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。

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。

Q500q桥梁钢在不同冷却方式下的连续冷却转变行为

利用Gleeble-2000型热模拟试验机在两种冷却方式下对Q500q桥梁钢的冷却转变行为进行研究,一种冷却方式为以恒定的冷却速率(1,4,8,16,32℃·s^-1)从900℃冷却至300℃(恒速冷却),另一种方式为以一定的冷却速率(同前)从900℃冷却至650℃后再冷却速率减半冷却至300℃(分段冷却)。结果表明:在恒速冷却条件下,当冷却速率在1~4℃·s^-1时,试验钢得到多边形铁素体+珠光体组织,当冷却速率在8~16℃·s^-1时得到贝氏体组织,冷却速率增至32℃·s^-1时得到马氏体组织;在分段冷却条件下,当中温区(650~300℃)冷却速率在0.5~4℃·s^-1时试验钢发生铁素体和珠光体转变,多边形铁素体数量较多,当中温区冷却速率在8~16℃·s^-1范围内发生贝氏体转变;与恒速冷却方式下的相比,贝氏体转变的终了温度升高,贝氏体转变区间缩小,贝氏体晶粒的细化程度降低。

新型高性能桥梁钢Q500qE用埋弧焊丝的研制

为了适应我国桥梁建设向高性能方向的发展,以及桥梁结构焊接中埋弧焊的使用情况,本文根据高强钢成分和焊接接头工作条件,研制出了适用于高性能桥梁钢Q500q E专用埋弧焊焊丝。研究结果表明,新研制的XY-H65Q焊丝选用铬镍钼的合金体系,焊丝与XY-AF105Q焊剂配套使用后,焊缝成形美观,脱渣性能优异,焊渣自动脱落,焊道光滑平整,具有优异的操作工艺性能;常规及极限线能量下的熔敷金属力学性能均符合技术要求,其R_m≥650 MPa,R_(p0.2)≥500 MPa,A_(KV)≥60 J(-40℃);其熔敷金属扩散氢含量均在3.4 mL/100 g以下;其脆性转变温度为-60℃以下;在热输入为28.8~35.0 kJ/cm条件下,焊缝强度、韧性等性能稳定。从熔敷金属焊缝组织看,其组织比较细小,主要为针状铁素体,约占85%以上,具有良好的力学性能。

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.

冷却工艺对Q500qE桥梁钢组织与性能的影响

以高强度桥梁钢Q500qE为对象,研究不同冷却工艺对其组织和性能的影响规律。研究表明,低速冷却(5℃/s)工艺所得组织以粒状贝氏体为主,M/A岛尺寸粗大,虽然屈强比较低,但强度偏低,韧性较差;高速冷却(25℃/s)工艺所得组织以板条贝氏体为主,M/A岛呈球状或棒状,强度和韧性均得到较大提升,但屈强比偏高;分段冷却(20℃/s+空冷+20℃/s)工艺所得组织为多边形铁素体+板条贝氏体+粒状贝氏体的复合组织,M/A岛细小弥散,屈强比最低,韧性最高,综合性能最佳。

Q500钢焊接接头断裂韧性K_C的表达式

基于断裂力学理论,针对Q500钢焊接接头评价,以更简便的计算Q500钢焊接接头KC值和防断分析为目标,考虑冶金质量和板厚影响的系列温度夏比冲击试验结果,结合深缺口宽板拉伸试验结果,得出了Q500钢焊接接头断裂韧性KC的表达式。