Q345E H型钢低温冲击性能研究与改进
钛微合金化Q345E钢的试验研究
微合金化钛微合金化Q345E 钢的试验研究王建锋1,邓 深1,2,饶江平1,3,李光强1,张 峰1,4(1.武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,湖北武汉430081;2.柳州钢铁集团公司,广西柳州545002;3.武汉钢铁集团公司炼钢总厂四分厂,武汉430083;4.宝山钢铁股份有限公司硅钢部,上海200941)摘 要:采用钛微合金化技术生产出具有较高屈服强度和良好低温冲击韧性的Q 345E 钢,其组织均以铁素体+珠光体+少量回火索氏体组成。
缓冷和快冷试验结果表明钛微合金化Q 345E 具有较高的性能稳定性,强度增加主要是T i 细晶强化及沉淀强化作用引起的,研究为钛微合金化钢的进一步推广作了有益尝试。
关键词:Q345E ;钛;微合金化钢;细晶强化中图分类号:TF762+.3 文献标识码:A 文章编号:1004-7638(2010)02-0020-06Experim ental Study on the T iM icroalloyed Q345E SteelW ang Jianfeng 1,Deng Shen 1,2,Rao Jiangpi n g 1,3,L iGuangqiang 1,Zhang Feng1,4(1.K ey L aboratory for F errousM eta ll urgy and R esources U tilization ofM i n i stry o f Educati on ,W uhan U niversity o f Sc i ence and T echno logy ,W uhan 430081,H ube,i China ;2.L iuz hou Iron &Stee lG roup Co .L td .,L i uzhou 545002,Guangx,i Ch-i na ;3.T he 4th Branch o f Stee l m ak i ngW o rks ,W uhan Iron and Stee lG roup Co .,W uhan 430083,Hube ,i Ch i na ;4.S ili con Stee l D iv i s i on o f Baosteel Co.L td .,Shangha i 200941,Ch i na)Abst ract :The h i g h perfor m ance Q345E steelw ith h i g h y ield strength and stable l o w-te m perature i m pacttoughness w as m ade by T itan i u m m icroalloy i n g techno logy .The m icrostructure of deve l o ped Q345E steel is co m posed o f ferrite ,pearlite and a little te m pered sorbite .S lo w cooling and fast coo li n g experi m enta l resu lts sho w ed that titan i u m m icroa lloyed Q345E stee l has high perfo r m ance stability ,the i n crease o f streng th is caused m ainly by gra i n -refining strengthening and precipitation strengthening .This research is a benefi c ial atte m pt for further pro m otion o f titan i u m m icroalloyed stee.l K ey w ords :Q345E ;titan i u m;m icroalloyed stee;l fi n e -gra i n strengthening0 引言Q345E 低合金高强度结构钢板系列产品广泛用于高层建筑、地下和海洋设施、铁路运输、工程机械、压力容器等各类低温环境下使用的工程结构件,特别是对可焊性和低温冲击韧性要求严格的重要结构件。
Q345E大规格H型钢
验共进行了3轮，以炉号H083－3622Q345E作为第
1轮试验对象，试样的化学成分与气体含量见表3。
表1性能要求
规格/mm≤16≥345＞16～35≥325σs/MPaσb/MPa470～630δs/％
≥22AkV（-40℃，纵向）/J≥27Q345E大H型钢-40℃冲击韧性偏低原因分析
14212105#
138269
常温时效15d1#
10444462#
11838183#
9634404#
11216385#
1301820
表6常温时效冲击功数据J
水浴时间
不水浴
30min45min60min90min
常温
122，92，130116，144，114100，130，128128，120，12696，132，112-30℃
［O］×10－654.1
［N］×10－637.5
表3试样化学成分与气体含量%
油浴后的冲击试验数据见表4（油浴时间30min）；水浴后冲击试验数据见表5（水浴温度
100℃）；常温（10～30℃）时效冲击试验数据见表6。
从大量试验数据看，常温时效常温冲击功基本
不受影响，时效15d后，-30℃与-40℃冲击功略有
46，24，4826，48，3028，20，1212，22，1840，38，32-40℃
26，14，2834，40，3218，12，1814，10，1244，12，16
表5水浴后冲击试验数据JC0.178Si0.214Mn1.26P0.009S0.007Cr0.024Nb0.017Ni0.01Cu0.014Al0.005
提高低合金高强度钢Q345D低温冲击功的工艺研究
图 2 317910 1 T iN 分布形貌 100 % F igure 2 m orpho logy of T iN d istr ibu tion,
切取金相试样, 经磨制抛光后, 利用 MM 6金 相显微镜, 按照 GB /T 10561 2005中 A 法对非金 属夹杂物进行评级, 结果见表 5。各项夹杂物级 别均不高, 但是试片表面分布有大量的块状黄色 的 T iN 颗粒, 具体形貌见图 2, 图 3。 3. 3晶粒度和显微组织检测
将上述金相试样的抛光面利用 4% 的硝酸酒 精溶液进行 侵蚀, 然 后按照 GB /T 6394 2002 进
320
505
34
74
16
17
19
14
13
15
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515
34
77
18
19
19
12
14
11
炉锭号
317910 1 317911 1
表 4 实际 化学成分值 (质量分数, % ) Table 4 The actual chem ica l com position ( mass fract ion, % )
钢号
R e / Rm / A
Z
A KV2
A KV2
M Pa M Pa (% ) (% ) ( - 20∀ ) / J ( - 40∀ ) / J
470 Q 345D ! 275 ~
630
! 22 ! 50
! 80
! 50
2 制造工艺
针对Q345E钢低飞溅焊接工艺分析探究
针对Q345E钢低飞溅焊接工艺分析探究摘要自20世纪50年代气体保护焊发明后，CO2气体保护焊以其高效的特性，得到了各行业的广泛应用，尤其是机车行业，内燃机车车体的焊接有90%的焊接时应用CO2气体保护焊完成的。
但是焊接飞溅物一直是CO2气体保护焊难以解决的问题。
如果在内燃机车燃油箱的制造完成后，燃油箱内残留焊接飞溅物，将导致内燃机车的击破。
焊接技术人员一直致力于降低焊接飞溅物的研究。
笔者从改变焊接保护气体的角度研究降低焊接飞溅物，分析在保护气体中加入O2对焊接飞溅物及焊缝性能的影响。
关键词气体保护焊焊接飞溅物焊缝性能1 试验1.1试验材料级设备母材选用12mm厚的Q345E钢板，母材组织特征是铁素体+珠光体，珠光体为黑色条状沿轧制方向分布。
焊材选用ER50-6焊丝，直径为1.2mm。
1.2试验方法以MAG焊焊接方法为研究对象，在常用的二元（80%Ar+20%CO2）加入少量O2，以降低焊接飞溅物。
试验采用MAG焊接方式，在母材和焊材相同的条件下，选用80%Ar+20%CO2二元气体A和Ar+CO2+O2三元气体B进行焊接飞溅物对比。
试验参照ISO15614-1标准的规定，选用气体A和气体Ｂ进行焊接工艺评定试验。
使用350×150×12mm规格的对接试板，试板加工Ｖ形坡口，坡口角度60°，顿边为１ｍｍ，采用单面焊双面成型焊接，分四层焊接。
焊接工艺参数如表2.2-1和表2.2.-2。
焊层位置焊接电流I/A焊接电压U/V焊接速度v/cm.min-1焊接线能量E/J.cm-1第一层90-11014-1620-22 3.0-3.8第二层140-16016-1828-30 3.8-4.6第三层160-18018-2032-34 4.3-5.1第四层220-24022-2436-38 6.5-7.3表2.2-1焊接工艺参数（气体A）焊层位置焊接电流I/A焊接电压U/V焊接速度v/cm.min-1焊接线能量E/J.cm-1第一层90-11014-1621-23 2.9-3.7第二层140-16016-1830-32 3.6-4.3第三层160-18018-2034-36 4.1-4.8第四层220-24024-2638-40 6.7-7.5表2.2-2焊接工艺参数（气体B）注：E=0.8UI/V2 试验结果及其分析2.1焊接接头金相组织及其分析经观察宏观形貌无论是选用气体A还是气体B，焊接接头层次清晰，成型优良，从焊缝端面宏观形貌观察，接头融合良好，无气孔、夹渣和裂纹等缺陷。
【精品推荐】-Q345系列钢低温冲击韧度影响因素的研究
表 1 Q345 系列钢的力学性能要求 Tab.1 Mechanical properties request of Q345 series steel
牌号 σs/MPa σb/MPa
AKV (纵 向 )/J δ(%)
20℃ 0℃ -20℃ -40℃
Q345A ≥295 470～630 ≥21
Q345B ≥295 470～630 ≥21 ≥34
随着 C 含量的增加， 钢的强度也随之提高，但 塑性和韧性下降，故在满足强度的前提下，C 含量尽 量按中下限控制， 控制目标值为 0.12%～0.15%(质 量分数，下同)。 1.1.2 Mn 的影响
Mn 具有降低 A+F 相变温度和细化相变晶粒的 作用，Mn 含量在一定范围内， 既提高钢的强度，又 提高钢的韧性。 当 w(Mn)≥1.2%时，钢的强化效果 明 显 ，当 w(Mn)≥1.5%时 ，则 降 低 钢 的 韧 性 ，故 Mn 含量应控制在 1.2%～1.5%。 1.1.3 Ti 的影响
2 结论
(1) 通过优化成分、 采用控轧控冷工艺，Q345B、 Q345C 的冲击值基本满足技术条件要求。
(2) 对 Q345C 采用 800～850℃不完全退火，0 ℃ 夏比冲击值有明显改善。
(3) 钢 材 采 用 正 火+ 回 火 处 理 ，-20 ℃和-40 ℃ 夏比冲击值有明显提高， 采用 930℃正火+ 450 ℃回
冲击韧度有明显改善，采用合理热处理工艺可完全保证其低温冲击韧度的要求。
关键词：Q345 系列钢； 低温冲击韧度； 微合金化； 控轧控冷； 热处理
中 图 分 类 号 ：TG142.41
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1001-3814(2010)10-0087-03
提高低合金高强度钢Q345D低温冲击功的工艺研究
钢号
R e / Rm / A
Z
A KV2
A KV2
M Pa M Pa (% ) (% ) ( - 20∀ ) / J ( - 40∀ ) / J
470 Q 345D ! 275 ~
630
! 22 ! 50
! 80
! 50
2 制造工艺
采用 EBT + LF /VD精炼方式, 炉料由二级及 二级以上废钢、返回碳素钢料头、生铁、海绵铁等 组成。 EBT 氧化后出钢, 包中预脱氧及部分合金 化, 进行 LF /VD吹氩精炼, 出钢前弱搅拌, 出钢镇 静后采取模内充氩和氩气保护浇注, 钢锭脱模后 热送锻压厂。在车底式燃气炉中加热, 加热温度 为 1 200~ 1 250∀ , 加热时严格按照钢锭加热规 范执行, 升温速度均匀, 保温时间满足工艺要求。 出炉后直接在 14 MN精锻机上锻造成型, 精锻机 锻造严格控制拉打速度和变形量, 始锻温度控制 在 1 150~ 950∀ 之间、终锻温度 !850∀ 。锻后立 即入炉。并根据技术条件要求, 制定了集细化晶 粒、消除应力、扩氢等目的为一体的锻后正回火制 度, 工艺曲线见图 1。锻后正回 火力学性能结果 见表 3。从表 3可知, 锻件低温冲击性能不合格。
按照改进工艺生产的 Q 345D 锻件, 化学成分 见表 6。晶粒度均在 8~ 9级之间, 见图 6、图 7所 示 , 力学性能见表 7, 完全满足客户要求, 且低温
图 2 317910 1 T iN 分布形貌 100 % F igure 2 m orpho logy of T iN d istr ibu tion,
钢号 C S i Mn S P V A l T i
1. 00
0. 02
Q 345D
Q345D钢低温冲击功不合格的分析与改进
— ——１ 丽 一 一 尊手船僚 ’
小 弥散 的 Ａ１ 促 进 铁 素 体 形 核 ， 化 铁 素 体 晶粒 ； Ｎ， 细
ＮＯＴ ＱＵＡＬＩ 】 Ｆ吧Ｄ ＬＯＷ —ＴＥ Ｐ ＲＡＴ Ｍ Ｅ ＵＲＥ
Ｉ ＡＣＴ Ｗ ＯＲＫ ４ Ｔ ＥＬ ＭＰ ＯＦ Ｑ３ ５ Ｓ Ｅ Ｄ
Ｙａ ｉ ｎ ｉ Ｌｉ ｕ ｈ ｉ ｎｇ Ｊａ ｗｅ ， ｕ Ｊ ｎ ｕ ，Ｇ ｅ ｇ Ｚｈａ ｍ ｉ ｇ ｎ ｏ ｎ
材 的塑性 和冷 成型性 能 ， 并使 韧脆 转 变温度 升 高 ， 从
而 使 钢 的低 温 冲击 韧性 变差 。 锰在 钢 中主要 以 固溶 态 存 在 ， 生 一 定 的 固溶 产 强化 作用 。锰 在 Ｑ ４ Ｄ 钢 中扩 大 奥 氏体 区 的作 用 ３５
特别 明显 ， 而 使 奥 氏体 向铁 素 体 转 变 后 的铁 素体 从
２ ２ 夹 杂 物 分 析 ．
收 稿 日期 ：０ １ ４— ８ ２ １ —０ ２
作 者 简 介 ： 建 维 （ ９ ７一） 男 ， 程 师 ，９ ９年 毕 业 于 南 京 理 工 大 杨 １６ ， 工 １８ 学 金 属 材 料 专 业 ， 在 河 北 钢 铁 集 团 石 钢 总 调 度 室 工 作 ， —ｍａ ： 现 Ｅ ｉ ｌ
１
前 言
这 种在低 温 下变 脆 的 特 性被 称 之 为 低 温 脆性 ， 属 金 材料 在低 温下 抵 抗 脆 性 破坏 的能 力 称 为低 温 韧 性 。
Ｑ ４ Ｄ钢 属 ＧＢ Ｔ ５ １ 合 金 高 强度 钢 ， 在 ３５ ／ １９ 低 是 碳 素 钢 的基 础 上 ， 入少 量合 金元 素 ， 而 提高 强 度 加 从
桥梁钢Q345qD低温力学性能及冲击韧性试验研究
＋ ２０
０
０
０
ＴＢ７
－ ２０
ＴＢ９
－ ２０
ＴＢ８
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ＴＢ１１
ＴＢ１２
ＴＢ１３
ＴＢ１４
ＴＢ１５
－ ２０
－ ４０
－ ４０
－ ４０
－ ６０
－ ６０
－ ６０
屈服强度 ｆ ｙ ／ ＭＰａ 拉伸强度 ｆ ｕ ／ ＭＰａ
沿钢板厚度 方 向 居 中 取 样，缺 口 方 向 与 钢 板 轧 制
［４ － ６］数据，研究桥梁钢 Ｑ３４５ｑＤ 的力学性能和冲
见图 ２。
静力拉伸试验和 Ｖ 形缺 口 冲 击 试 验， 并 结 合 文 献
击韧性随温度降低的变化规律，为低温环境中既有
方向保持一 致 以 测 量 钢 材 纵 向 冲 ｑＤ 低温力学性能及冲击韧性试验研究
桥梁钢 Ｑ３４５ｑＤ 低温力学性能及冲击韧性试验研究 ∗
贾单锋１ 王元清２ 崔 佳１ 廖小伟２ 石永久２
（１． 重庆大学土木工程学院， 重庆 ４０００４５； ２． 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室， 北京 １０００８４）
ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ． Ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒｅｎｇｔｈ， ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ ａｎｄ ｉｍｐａｃｔ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ
ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｆｉｔｔｉｎｇ ｃｕｒｖｅｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ Ｑ３４５ｑＤ ｈａｄ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ， ａｎｄ
伸试验依据 ＧＢ ／ Ｔ ２２８—２００２《 金属材料室温拉伸试
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莱 钢科 技
表 ４ 改 进 后 氮 氧 含 量
２１ ０ １年 ２月
制检 测有 所 降 低 ，但 一４ ｌ低 温 冲 击 稳定 ，具 体 Ｏｃ Ｃ
指标 见 表 ５ 。
’
表 ５ 改进 后 试 样 性 能 炉号 钢号 ￣ 强 就
／ Ｍ
Ｐ ａ
＿ ０Ｃ ４ ￣
Ｊｃ ２ ／ ｍ
铝 、钙 、硫 ，为 钢 水 内 部 脱 氧 产 物 及 硫 化 物 ，５ ０
ｉ 以 上 夹 杂 物 含 有 硅 、铝 、 钙 、 钡 、 镁 、 硫 、 ． Ｌ ｍ
学 冶 金 工 程 专 业 。 工 程 师 ，现从 事 连铸 工 艺 管 理 。
钾 ，成 分较 为 复杂 ，多 为外来 夹 杂 。
莱钢 科技
２ １ 年 ２月 ０１
Ｑ ４ Ｈ 型 钢 低 温 冲 击 性 能 研 究 与 改 进 ３５ Ｅ
李 振 ，勾新勇 ，孙翠华 ，纪瑞东
（ 钢厂） 炼
摘 要 ：针 对 Ｑ ４ Ｅ Ｈ 型轧 材低 温 冲 击性 能 不稳 定 的 问题 进 行 了分 析 ，认 为 冲 击性 能 不 稳 ３５
Ｙ ０ — ２ ６ ３５ ４ ０ １４ １４ ９ Ｑ ４ Ｅ ３
５０ ２ ． ５ ４ ６ ６５ ３ ９
５ １
４ ３ 轧制控 制 ．
对 铸坯 实行 了严 格 的加 热温 度控 制 ，要求 各 段
加 热均 匀 ，保 温 充 分 ，加 热 炉 温 度 １２ ０～ｌ２ ０ ７ ９
１ 轧 材 性 能 分 析
表 １ 出的是 Ｈ ０ 列 ２ ０×２ ０ｘ８×１ ０ ２规 格 Ｑ ４ Ｅ ３５
复 检结 果 表 明 ， 一４ ０℃ 冲击 性 能 沿试 样 轧 制
产 品性能 。
表 １ Ｑ ４ Ｅ力 学 性 能 及 氮 氧 含 量 （ 量 分 数 ） ３５ 质
方 向起伏。Ｙ ９ １５５ ０４— ５ ７ 炉次冲击功各试样值变化 不 大 ，个 别 试样 偏低 ，Ｙ ９ ０４—１５４炉次 冲击 功各 ５７ 试样 值 出现 较 大 波 动 ，Ｙ ０ １４—１５ ７８炉 次 试 样 平 均 冲击功数值明显降低 ，相邻样差别较大并出现较多 试样 冲击 功不 合现 象 。
影 响低 温 冲击性 能稳 定性 。
构 的低合 金高 强度 钢材 。为 提高 低温 冲击 性 能 ，采 取微 合金 化 与控 轧 控 冷 技 术 ，初 期 试 验 效果 较 好 ， 但 由于设备 条 件所 限 ，技术 条件 不很成 熟 ，检 验 中 存 在 冲击值 波 动较大 ，轧材性 能不 稳定 现 象 ，对用 户 使用 以及 莱钢 产 品质量 信誉 造成 不利 影 响 。基 于
℃ ，加 热时 间控 制在 １０ ｍ ｎ左 右 ，避免 时 间过 长 ６ ｉ
Ｙ０ １４０ Ｑ４ Ｅ ４５ １４— ２７ ３５ ２
Ｙ０ １４ １Ｑ４ Ｅ ４７ １４— ２７ ３５ ２
Hale Waihona Puke ５５ ２． ４ ４ ５ ５５ ６ ４
５０ ７ ２ ５ ６ ５ ３ ８
炉号
一ｏ ４ ℃Ｖ型冲击 Ｊ 功／
平均冲 击
功／ Ｊ
１３ ８ １ ．
０ ４—１５ ４ ２ ０、７ １ ３、６、６、１ 、０ １３、９、１ ３ ９ ５ ７ １ １２、５ ９ ８ １５、 １０、１ ８ １３、０
０ ４— ５ ７ ５ 、５ 、 ８ １９ １６ １８ １ ２ １ ６ １ １１ ６ １２ ３ １１ ２ ９ １５ ５ ２ ０ １６ １ 、８ 、５ 、６ 、 、５ 、３ 、８ 、 、８ ６ ． ７ ４ ８ Ｙ ｏ １５ ｌ４— ７ ８ ４ ４ 、 、 、４ １ 、 、９ １０ １０ ４ 、６ ６、 １ ８ １ 、０ ６ ７ 、０ 、１ 、２ １ ０ ４ ６ ４ ５
关键 词 ：低 温冲 击 夹杂物
魏 氏组 织 终轧 温度
０ 前 言
Ｑ ４ Ｅ Ｈ 型钢是 莱 钢开发 用 于石 油钻井 平 台结 ３５
能影 响不 大 。降低 镍 含 量 （．９ ） ００ ％ ，低 温 冲击 性 能 降低 ；磷 、硫 的上 升 ，提 高低 温 脆 性 转 折 温 度 ，
数 炉 号
冲功
！
３ 断 口形貌及夹杂物 能谱 分析
３ １ 断 口形貌 及夹 杂物 ．
取 部 分试样 断 口用 扫描 电镜 进行 观察 发 现 ，冲 击 功较 低 的试样 断 口形 貌呈 河 流花状 ，为脆 性 解 理 对 表 １分析 发现 ，屈 服 、抗拉 强度 、冲击 性 能 断裂 ，冲击 功较 高 的样 断 口有韧 窝形 态 ，各 断 口部 位 均存 在夹 杂物 ，电镜下 观 察各试 样 断 口，夹 杂 物 大 小为 １ ８ ｍ，夹 杂物 大小 与 冲击 功高 低 没有 ０～ ０Ｉ ｘ
上 述原 因 ，公 司组织 有关 部 门对该 产 品进行 系 统分 析 ，提 出相 应 对 策 ，本 文 就 Ｑ ４ Ｅ Ｈ 型 钢 低 温 冲 ３５ 击 不稳原 因及对策 进行 了阐述 。
２ 试 样 复验 冲 击情 况
选取 部 分炉 次进 行复 验 ，冲击 功结 果见表 ２ 。
表 ２ 冲 击 功 对 比 情 况
直 接关联 ，５ ｍ 以下 夹 杂 物 成 分 分 析 主要 为 硅 、 ０
均有较大幅度下降 ，延伸略有提高，对比钢中氮氧 含量 ，变 化 不 明 显 。钢 水 成 分 碳 、锰 、铌 有 所 降
低 ，对 屈服 、抗 拉性 能造 成一 定影 响 ，但对 冲击 性
作 者 简 介 ：李 振 （ ９ １一） １８ ，男 ，２ ０ ０ ５年 ７月 毕 业 于 安 徽 工 业 大
是 由于轧材 内部存 在较 多夹杂 物 ，并存在 粗 大魏 氏体 组 织。解 决 问题 的关键在 于稳定 转炉 脱 磷操 作 ，优化 精 炼脱氧 工 艺 ，改善 吹氩 效果 ，防止 连铸 生产 过程 卷 渣 ，降低 夹杂 物数 量与 尺
寸 ；控 制 终轧 温度 及轧后 冷却速 度 ，避免 出现 魏 氏体 组织 。