高压储氢容器用高强度可焊接钢板Q690DR配套焊材研发及评价

针对可焊接超高强度Q690DR钢板,研制了配套手工焊条CHE807QR,并开展了焊接性能研究。通过斜Y型坡口焊接裂纹试验可知,Q690DR钢板在不预热时冷裂纹敏感性强,预热温度不小于100℃时对冷裂纹不敏感。基于CHE807QR的焊接接头,在150~180℃预热温度下焊态、热处理态的焊接接头,均满足抗拉强度不小于800 MPa、屈服强度不小于690 MPa的要求,-40℃冲击功在110 J左右,其综合力学性能和低温冲击韧性与母材有较好的匹配性。基于低应变速率缺口拉伸测试,测得焊材CHE807QR的焊接接头在10 MPa氢气下与同压力氮气下的相对抗拉强度约为78.08%,在10 MPa氢气环境中,CHE807QR焊接接头的裂纹扩展速率是同等压力氮气环境中的13.5倍左右。CHE807QR焊接接头在10 MPa氮气、10 MPa氢气下的断裂韧度分别约为252.6、113.1 MPa/m^(0.5)。CHE807QR焊材与母材性能高度匹配,满足技术条件要求,可用于高压储氢容器后续试验罐和示范工程项目的建造。

大厚度Q690钢板冲击功波动原因分析

文章针对80 mm大厚度规格Q690钢板冲击功波动情况进行了分析,在实验室开展了钢板厚度不同位置试样的低温冲击试验,并利用扫描电镜和金相显微镜对钢板厚度不同位置冲击试验的断口及显微组织进行了对比分析。钢板厚度不同位置的冲击功差异较大,从心部的14.9 J,到四分之一部位的27.2J再到近表面的95.4J,对应的显微组织心部为粗大的回火贝氏体加少量具有马氏体位向的回火索氏体组织,四分之一部位为具有马氏体位向的回火索氏体加回火贝氏体组织,近表面部位为细小的具有马氏体位向的回火索氏体组织。分析结果表明,冲击功波动的主要原因是显微组织和晶粒度的差异,试验表明显微组织中的贝氏体比例越高、晶粒越大则对应的冲击功越低。结合Q690钢的CCT曲线,分析判断由于Q690钢板厚度规格较大,在淬火过程中的冷却不充分导致钢板的四分之一部位至心部的冷却速度不够,淬火后不能获得全部的马氏体组织,板厚度方向的显微组织不均匀,特别是在板厚的四分之一部位和心部出现不同比例的贝氏体组织,因此导致冲击功波动。通过优化现场的调质工艺,大厚度规格Q690钢板的显微组织均匀性得到改善,使冲击功及其稳定性得到了提高。

Q690D多道次GMAW接头的组织和力学性能

在无预热和焊后热处理的条件下,采用熔化极气体保护焊(GMAW)和CHW-80C1实芯焊丝对20 mm厚Q690D热机械轧制钢板进行多道次焊接试验,分析该钢焊接接头的组织转变特征和冲击性能。结果表明,采用CHW-80C1焊丝可获得成型优良的焊接接头;Q690D各道次的焊缝组织相似,均由粒状贝氏体和少量的针状铁素体、先共析铁素体组成;热影响区由粒状贝氏体、针状铁素体、先共析铁素体及M-A组元组成。焊缝与细晶热影响区的冲击吸收功相对于母材的有一定幅度的下降,焊缝与细晶热影响区的断裂类型均为韧性断裂。

海洋环境下高强钢及焊缝连接粗糙度参数分析

为研究海洋浪溅区环境下高强钢及焊缝连接的腐蚀形貌特征和时变效应,通过微观扫描测试Q690高强钢及焊缝连接表面粗糙度参数,得到表面峰最大高度(Sp)、表面谷最大深度(Sv)、表面轮廓偏斜度(Ssk)及表面轮廓峭度(Sku)随腐蚀时间的演化规律,并进行回归分析与对比.结果表明:通过分析粗糙度参数随腐蚀时间的变化过程,以及对比Q690高强钢母材与焊缝连接扫描区域的差异性,能准确地判断其腐蚀程度及特征,从而为海洋环境下国产高强钢损伤评估提供新的途径.

煤矿机械用690MPa级高强钢不预热焊接技术

Q690是煤矿机械装备向着高强和大规格发展所必需的高性能钢铁材料,为解决高强钢需要焊前预热以防止产生冷裂纹的技术难题,也为解决焊前预热带来的生产效率低、成本高的行业困难,宝钢研制生产了煤矿机械用不预热焊接钢Q690HP,采用超低碳当量设计,使其具备了优良的焊接性、实现不预热焊接。通过斜Y型坡口焊接裂纹试验,评价了特定温度环境下冷裂纹敏感性与不预热焊接工艺可行性;通过不预热焊接接头试验,系统评价不预热焊接条件下接头使用性能,得到Q690HP不预热焊接技术匹配的焊丝和焊接工艺参数。结果表明:环境温度5℃不预热条件下,采用不同焊丝焊接的小铁研试样焊缝均无裂纹,Q690HP钢板具有优异的抗裂纹敏感性;环境温度5℃不预热条件下,线能量为7~12 kJ/cm且层间温度控制在100~150℃时,选用2#和5#焊丝进行不预热气保焊焊接,得到的焊接接头性能满足力学性能要求。

海洋平台支撑板异种金属焊接试验研究

目的结合Q245R/Q690D 2种材料的优势研究其焊接接头性能,获得最优的焊接和后热处理工艺参数。方法以某海洋平台建造为背景,选用E50-6焊丝、J形坡口设计对Q245R/Q690D中厚板多道次焊接进行试验研究。在8、12、16、20 kJ/cm热输入下,对接头进行力学性能测试和微观组织观察;为细化接头组织、提高综合力学性能,对最佳热输入下的接头进行不同温度的后热处理,后热处理温度分别为250、350、580℃并保温2 h,进一步观察接头的性能和微观组织。结果焊态下拉伸断裂均发生在Q245R母材侧,在12 kJ/cm热输入下,焊缝表面硬度在338HV左右,焊缝冲击功为172 J;在20 kJ/cm热输入下,冲击功下降至82.7 J,组织粗大且呈板条状。在250、350℃回火能够降低表面硬度,同时焊缝冲击功较焊态的略有上升,最大增加了21 J;在580℃回火后,内部晶粒粗大,焊缝表面硬度增大,最大为448HV,较焊态的提高了32.5%,同时冲击功显著下降,下降至80 J,下降约53.5%。结论Q245R/Q690D中厚板多道次焊接热输入采用12 kJ/cm为宜,同时焊后对接头进行250~350℃回火并保温2 h为推荐后热处理方式。

Q690钢激光-MIG复合焊焊缝耐腐蚀性能研究

采用焊接效率较高的激光电弧复合焊对Q690钢中厚板(16 mm)进行焊接试验,分析不同激光功率下焊接接头的显微组织和晶粒尺寸的变化,及其开路电位、交流阻抗谱、极化曲线和腐蚀形貌,探讨激光功率对焊缝电化学腐蚀行为的影响规律。结果表明,激光-MIG复合焊焊缝的显微组织由大量针状铁素体和少量侧板条铁素体、粒状贝氏体组成,其中电弧区的针状铁素体、侧板条铁素体含量多于激光区,电弧区的晶粒尺寸比激光区略大;粗晶热影响区显微组织主要由板条马氏体组成。随着激光功率的增加,焊缝中粒状贝氏体含量减少,针状铁素体和侧板条铁素体含量增加。当激光功率从1.5 kW增至2.5 kW时,焊缝的开路电位上升,容抗弧半径增加,极化电阻变大,极化曲线有右移倾向,自腐蚀电流密度下降,耐腐蚀性能提高。但当激光功率增至3.0 kW时,由于组织过于粗大,耐腐蚀性能反而下降。激光功率为2.5 kW时,复合焊焊缝的耐腐蚀性能最佳。

焊接顺序对Q690钢对接焊缝温度场及应力场影响

利用ANSYS软件采用生死单元并结合APDL参数化语言,建立Q690钢材料平板对接焊接模型,通过建立体生热率热源模型,对Q690钢板单层单道V形焊缝分步退焊与沿Z轴方向焊接方法的温度场与应力场进行有限元分析。研究表明,在其他条件不变的情况下,分布退焊温度场的温度梯度小,整体温度分布更加均匀;冷却至室温后,分布退焊较于沿Z轴方向焊接的残余应力减少0.49×10^(9)Pa。

碳和碳当量对Q690高强结构钢焊接性能的影响

通过热影响区最高硬度试验和对接焊试验,研究了碳含量和碳当量对屈服强度690 MPa级高强结构钢焊接性能的影响。结果表明:在焊接热输入量小、热影响区冷速大的情况下,热影响区组织主要为马氏体,热影响区最高硬度更多受碳含量的影响而非碳当量,碳含量低(碳质量分数0.077%)、碳当量高(碳当量0.62)的试验钢热影响区最高硬度较低,冷裂倾向较小;在焊接热输入量大、热影响区冷速小的情况下,碳当量高的试验钢淬透性更高,热影响区形成板条贝氏体,表现出更好的低温韧性;而碳当量低的试验钢淬透性较低,热影响区形成粒状贝氏体,低温韧性较差。

Q690D高强度钢的动态连续冷却转变曲线

在热模拟试验机上对Q690D高强度钢进行不同冷却速率的热模拟试验,绘制动态连续冷却转变曲线,用光学显微镜观察该钢的显微组织,用维氏硬度计测试其维氏硬度。结果表明:当冷却速率小于0.1℃/s时,Q690D高强度钢的组织基本为珠光体、铁素体和少量贝氏体;当冷却速率为0.5℃/s时,珠光体消失,组织全部为贝氏体;当冷却速率为3℃/s时,组织中出现马氏体;当冷却速率增大至8℃/s时,贝氏体几乎全部消失,基体组织基本为马氏体;当冷却速率大于10℃/s时,组织全部为马氏体,得到马氏体临界转变冷却速率为10℃/s。

Q690qD高强度桥梁钢焊接性研究

澳氹四桥结构设计较为复杂,其2片主桁在横断面内设置了8°的内倾角,且主桁在纵向为变高度桁架,中墩左右各44 m范围采用整体式箱型结构,其余位置在主桁上弦节点位置设置横向联结,这就造成主桁上弦节点受力较复杂。澳氹四桥边跨受压区域的部分上弦杆采用我国自主研发的新型Q690qD钢材,随着强度等级的提升,钢材会出现韧性降低、屈强比提高、板厚效应大、热稳定性差、焊接性差等问题。文中针对Q690qD高强度桥梁钢的母材性能及焊接性,通过开展对化学成分、力学性能和热矫工艺试验等母材性能研究,以及熔敷金属选材试验、热影响区最高硬度试验、斜Y形坡口焊接裂纹试验、焊接热输入试验、系列温度冲击试验等研究,选择与Q690qD钢相匹配的焊接材料和焊接工艺要求。

高强度桥梁钢防脆断设计方法研究

为探究高强度桥梁钢的防脆断设计方法,以Q690qE钢为研究对象,针对大型跨海桥梁进行分析。首先,通过全桥受力分析,识别关键杆件,并计算其最大拉应力;然后,基于设计要求,确定初步截面尺寸,并通过迭代核查流程,确保所有杆件满足防脆断标准;最后,采用ABAQUS软件建立有限元模型,模拟实际工作条件下的受力情况。结果表明,上弦杆和斜腹杆承受的主要为拉伸应力,而箱梁节段和腹杆主要承受压缩应力;通过调整板材厚度,优化局部应力水平,可确保结构满足抗脆断设计要求;通过上弦杆和斜腹杆的板材厚度调整,能减少应力集中,提高结构的整体安全性。

Q690碳钢焊接热影响区显微组织演变研究

本文研究了Q690碳钢在不预热条件下,采用Ar+CO2混合气体保护焊方法焊接时,焊接热输入对热影响区显微组织演变的影响。通过光学显微镜和扫描电子显微镜观察了焊接接头横截面的显微组织,并进行了显微硬度测试和冲击韧性测试。结果表明,随着焊接热输入的增加,热影响区的显微组织发生了显著变化,导致冲击韧性逐渐降低。通过控制焊接热输入量和优化焊接工艺参数,可以改善热影响区的组织性能并提高焊接接头的力学性能。

基于Q690高强度钢的冶金起重机结构疲劳性能分析

为了提高冶金起重机结构的安全性和寿命,文章基于Q690高强度钢的振动特性和疲劳性能,通过有限元分析和疲劳损伤累积理论,深入分析了关键结构部位的应力分布、疲劳危险区域和寿命预测。分析认为,Q690钢的高强度和弹性模量有助于提高结构稳定性,但局部应力集中可能会导致疲劳失效。结果表明,优化设计与维护策略可显著延长起重机的使用寿命。

回火温度对Q690D级高强结构钢组织和性能的影响

研究了回火温度对经一定温度淬火后Q690D级高强结构钢组织和力学性能的影响。结果表明：930℃淬火并于350-660℃回火时，随回火温度的升高，Q690D的淬火组织逐渐转变为回火马氏体、回火托氏体和回火索氏体；强度逐渐降低，屈强比逐渐升高，出现了第一、二类回火脆性，当回火温度为640℃时强韧性配合最好，此时Rpo．2=748MPa，Rm=802MPa，A50=41．0％，AKV（20℃）=181J，AKV2（-40C）=97J。

Q690D高强钢箱形截面柱的滞回性能

为深入研究Q690D高强钢焊接箱形截面柱的滞回性能,在低周反复加载试验的基础上,对Q690D高强钢焊接箱形截面柱在低周反复荷载作用下的滞回反应进行有限元模拟,从试验和有限元分析所得的滞回曲线和骨架曲线看,Q690D高强钢焊接箱形截面柱的滞回曲线饱满,耗能能力良好.通过和试验结果的对比,验证了所建有限元模型的正确性.利用已验证的有限元模型分析了轴压比、构件长细比、壁板宽厚比对高强钢焊接箱形截面柱滞回性能的影响,分析结果表明高强钢柱的二阶效应影响不可忽略.在试验与有限元分析的基础上,提出Q690D高强钢焊接箱形截面柱的弯矩-曲率滞回模型,为Q690高强钢结构的弹塑性地震反应分析提供依据.研究结果表明,该滞回模型能够准确预测Q690D高强钢焊接箱形截面柱的滞回性能.

海洋腐蚀环境下Q690高强钢材疲劳性能试验研究

根据海洋浪溅区的特征,对Q690高强钢材进行了室内加速腐蚀与高周疲劳试验,拟合不同腐蚀周期试件的S-N曲线,研究了腐蚀损伤对其疲劳性能的影响,基于损伤理论分析了钢材腐蚀疲劳破坏程度,通过断口微观扫描揭示了裂纹扩展规律。结果表明:随着腐蚀周期增加,钢材损伤程度逐渐增大,腐蚀100d的质量损失率η_s和腐蚀速率K分别为7.21%、1.342mm/a。Q690高强钢的疲劳寿命受应力水平和腐蚀损伤耦合影响程度明显,在低应力水平下,腐蚀周期为60d时,试件的疲劳极限值降低了30.15%。损伤指数可以反映腐蚀疲劳中材料内部的损伤规律,随着应力水平的增加,损伤程度提高,疲劳裂纹间距增大。

轧制工艺对Q690工程机械用钢低温冲击功的影响

以一种Q690工程机械用钢为对象,研究不同终轧温度和待温厚度对实验钢低温冲击功的影响,利用光学显微镜、扫描电镜及透射电镜对组织进行观察与分析。结果表明,随着终轧温度的降低或待温厚度的增加,实验钢的低温冲击功明显升高,当终轧温度低于850℃,待温厚度45 mm时,实验钢在-20℃时的冲击功达到200 J以上。冲击功较高的实验钢组织为针状铁素体及少量粒状贝氏体,而冲击功较低的实验钢组织为板条贝氏体及少量粒状贝氏体,组织中有效晶粒尺寸增加,大角度晶界比例降低及M/A岛尺寸变大均减弱对裂纹扩展的阻碍作用,导致实验钢低温冲击功降低。

液压支架用Q690高强钢焊接接头的强韧性匹配

为满足液压支架用Q690高强钢的使用要求,采用不同强度级别的焊丝对Q690高强钢进行焊接,研究了焊接接头的强韧性匹配问题。结果表明:采用GHS75H焊丝焊接时,焊缝组织主要为板条贝氏体,具有较高的强度,焊接接头断于母材Q690,且冲击韧性与Q690相近,塑性良好;采用MK·GHS70-G焊丝焊接时,焊缝组织主要为针状铁素体和板条贝氏体,强度较低,焊接接头断于焊缝,但焊接接头冲击韧性明显高于Q690,塑性良好。两种焊丝与Q690的强韧性匹配均较好,但GHS75H更符合液压支架向轻量化和高可靠性发展的要求。

Q690D高强钢基于连续损伤模型的断裂破坏预测分析

高强钢材在实际钢结构中已经开始逐步得到应用,该文针对Q690D高强度结构钢材,进行了钢材圆棒试样在单调加载和超低周循环加载下的断裂破坏试验,研究了试样裂纹的起始位置,分析了加载制度对试样承载能力和变形能力的影响,并采用扫描电镜观察了试样断口的微观形貌,断口呈现韧窝形式的延性断裂特征。基于Q690D钢材缺口圆棒试样的单调拉伸试验结果,结合有限元分析,标定了钢材的连续损伤模型参数。最后,应用钢材的连续损伤模型,对圆棒试样和带初始间隙试样在不同加载制度下的断裂破坏进行预测分析,得到试样的裂纹起始位置、荷载-位移曲线、断裂位移和疲劳寿命均与试验结果吻合良好。