超低碳贝氏体高强钢q20qe和q20qnh的焊接性试验

超低碳贝氏体高强钢q20qe和q20qnh的焊接性试验

随着我国交通的需要，钢桥建设迅速发展。无论是公路钢桥还是铁路钢桥的制造，都采用了完全焊接的结构。因此，对桥梁使用钢的综合力学性和焊接性的要求也越来越高。超低碳贝氏体高强钢Q420qE和耐候钢Q420qNH是鞍山钢铁公司研制的两种新型桥梁用钢,本文通过母材检验、焊接热影响区最高硬度试验、斜Y型坡口焊接裂纹试验、Z向拉伸层状撕裂敏感性试验以及系列温度冲击试验等,从不同角度来评价其综合力学性能和焊接性。1化学成分分析对板厚16、30、60mm的Q420qE和Q420qNH钢板分别进行了母材化学成分和力学性能试验,试验结果分别见表1和表2。从表1可以看出,Q420qE和Q420qNH钢板降低了碳的含量,适量增加铌、钛、铝、铬、镍等合金元素的含量,通过贝氏体化轧制处理,提高钢板的综合力学性能,钢板的最大含碳量分别为0.045%和0.032%,远远低于GB/T714-2000中Q420qE钢含碳量的标准值0.17%。利用碳当量法可以间接的评定钢材冷裂纹倾向,Q420qE和Q420qNH钢板碳当量Ceq的最大值均为0.39%,远远低于GB/T714-2000中Q420qE钢碳当量Ceq的标准值0.45%的要求,从化学成分上看,其冷裂倾向不大。从表2可以看出,Q420qE和Q420qNH钢板的屈服强度σs、抗拉强度σb、伸长率δ5、侧弯等力学性能指标均满足GB/T714-2000规定,板厚16、30、60mm的Q420qE钢板-40℃纵向冲击值(AKV)分别为269、270、270J,板厚16、30、60mm的Q420qNH钢板-40℃纵向冲击值(AKV)分别为280、270、269J,均远远高于标准值47J的要求。板厚16、30、60mm的Q420qE钢板10%纵向时效冲击值(AKVs)分别为228、242、233J,板厚16、30、60mm的Q420qNH钢板10%纵向时效冲击值(AKVs)分别为255、259、262J,均远远高于标准值47J的要求,可见其具有优良的低温冲击韧性。2试验结果及分析对板厚δ30mm、δ60mm的Q420qE和Q420qNH钢分别进行了钢板系列温度冲击试验,试验结果见表3,系列温度冲击韧脆转变曲线见图1和图2。从表3和图1、图2可以看出,板厚30、60mm的Q420qE钢低温韧脆转变温度ETT50分别为低于-90℃和-70℃;板厚30、60mm的Q420qNH钢的低温韧脆转变温度ETT50分别为-70℃和-90℃。表明钢材韧脆转变温度很低。3焊接影响区的确定按照GB4675.5-84的规定进行了6组焊接试验,板厚分别为16、30、60mm的Q420qE和Q420qNH钢各一组,编号为1#~6#。焊接热影响区最高硬度试验结果见表4,焊接影响区示意见图3。焊接热影响区的最高硬度Hmax是评价钢材裂纹倾向和焊接性的主要参数。从试验结果可以看出板厚为16、30、60mm3种板厚的Q420qE的焊接热影响区最高硬度Hmax分别为247、290、249HV10,板厚为16、30、60mm3种板厚的Q420qNH的焊接热影响区最高硬度Hmax分别为254、254、232HV10,满足《铁路钢桥制造规范》(TB10212-98)C.3.6.4中的焊接接头的硬度值不大于350HV10的规定,试验结果表明,两种钢材的冷裂倾向不大,具有良好的焊接性。4动焊各组4组试验标准为GB4675.1—84,板厚30mm,共进行了10组试验,其中Q420qE钢进行了4组,手工电弧焊和埋弧自动焊各2组;Q420qNH钢进行了6组,手工电弧焊4组、埋弧自动焊2组。斜Y型坡口焊接裂纹试验结果见表5。斜Y型坡口焊接裂纹试验适用于碳钢和低合金高强钢焊接热影响区冷裂纹的试验方法,通称“小铁研式”抗裂试验。从试验结果看出,Q420qE和Q420qNH的表面裂纹率以及断面裂纹率均为0,因此,在室温下,板厚≤30mm时,焊前无需预热,也不会产生冷裂纹。5断面收缩率测试试验标准为GB5313,共进行了4组试验,其中Q420qE和Q420qNH钢各2组,板厚分别为30mm和60mm。钢板S含量和Z向断面收缩率见表6。层状撕裂是一种内部裂纹,而断面收缩率Z能够很好地评定钢材的层状撕裂敏感性。从试验结果可以看出,板厚30、60mm的Q420qE和Q420qNH钢板的S含量和Z向拉伸断面收缩率均满足GB5313中最高标准Z35级(ψz=35%)的要求。板厚30、60mm的Q420qE钢的Z向拉伸断面收缩率为77.5%与72.7%;板厚30、60mm的Q420qNH钢的Z向拉伸断面收缩率为78.0%与81.5%,表明钢板的抗层状撕裂性能优异。6试验结果及分析对板厚组合均为δ30+30mm的Q420qE和Q420qNH钢分别进行了对接接头的系列温度冲击试验(包括焊缝金属和热影响区)。试验结果见表7,系列温度冲击韧脆转变曲线见图4和图5。从表7和图4、图5可以看出,板厚δ30+30mm的Q420qE钢板对接接头焊缝金属和热影响区的低温韧脆转变温度ETT50分别为-50℃和-70℃;板厚δ30+30mm的Q420qNH钢板对接接头焊缝金属和热影响区的低温韧脆转变温度ETT50分别为-45℃和-70℃。表明焊接接头韧脆转变温度低。7低温冲击韧性1)Q420qE和Q420qNH钢板的力学性能符合《桥梁用结构钢》(G