CSP板坯_Q235B_高温力学性能试验研究_吴光亮
CSP工艺Q235 B热轧带钢边部裂纹成因分析
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Ｅ ］ 杨 晓 江．薄 板 坯 连 铸 结 晶器 保 护 渣 技 术 ［］ ８ Ｊ ．炼 钢 ，
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Ｓｏｃｅ ｙ， １ ９４：３ — ０３ ｉｔ ９ ９７ ４ ．
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２ 铸 坯 角 部 及 带 钢 边 部 裂 纹 分 析
２ １ 铸坯 角 部横 裂纹 ． Ｑ２ ５ ３ Ｂ铸 坯 角部 裂 纹 的宏 观 形 貌 如 图 １所
作者简 介： 彭其 春 （ ６一 ， ， 汉 科 技 大 学 教 授 ， 士 １ ４ ）男 武 ９ 博
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２１ ０ ２年 第 ４期
［２ 王 小 燕 ， 月 兰 ， 慧 ， ．Ｃ Ｐ热 轧 薄 板 表 面 边 裂 ２ 李 丰 等 Ｓ 成 因初 探 Ｅ］ Ｊ ．中 国冶 金 ，０ ５ １ （ １ ：８５ ． ２０ ，５ １ ） ４—１
ｗｅ ｅｔｋ ｎ ｏ ３ Ｂ ｃ ｎ ｉ ｕ ｕ ａ ｔｎ ｌｂ ａ ｄ ｈ ｔｒ ｉ ｄ ｃ ｉ ｏ ｈ ｒ ｃ ｉｇ ｐ ｉ ｔ ｅ ｐ ｃｉｅｙ， ｒ ａ ｅ ｆＱ２ ５ ｏ ｔｎ ｏ ｓｃ ｓｉｇ ｓａ ｎ ｏ— ｏｌ ｏｌ ｎ ｔ ｅｃ ａ ｋ ｎ ｏｎ ，ｒ ｓ ｅ ｔ ｌ ｅ ｖ
Q235B钢动态本构及在LS-DYNA中的应用
Q235B钢动态本构及在LS-DYNA中的应用支旭东;张荣;林莉;范峰【摘要】采用万能材料试验机和分离式霍普金森拉杆(SHTB)装置,对我国钢结构建筑中最常用的Q235B钢进行准静态拉伸实验、高温拉伸实验和动态拉伸实验.基于实验数据对LS-DYNA常用的3种动态材料模型——Cowper-Symonds本构模型、Johnson-Cook本构模型、Zerilli-Armstrong本构模型进行了拟合,通过Taylor杆实验对3种本构模型进行验证和对比分析.结果表明:Q235B钢具有较为明显的高温软化和应变率强化效应;Cowper-Symonds本构模型可以较好地适用于工程领域低速碰撞的模拟;Johnson-Cook本构模型可适用于较大应变率范围内的模拟;不推荐Zerilli-Armstrong本构模型在工程低速碰撞领域中使用.%In this workwe conducted a quasi-static tensile test,a high temperature tensile test and a dynamic tensile test on Q235B steel,the most widely used in steel structures in China,using a multi-functional material testing machine and a split Hopkinson tension bar (SHTB) and,based on the test data obtained,fitted three frequently used material models,i.e.the Cowper-Symonds model,the Johnson-Cook model and the Zerilli-Armstrong model,in LS-DYNA.We then verified their validity by conducting Taylor impact tests.The results showed that Q235B steel was temperature and strain-rate sensitive,that the Cowper-Symonds model was applicable in low velocity impact simulations,that the Johnson-Cook model was suitable for simulations with a wider range of strain-rates,and that the Zerilli-Armstrong model was not recommendable for low velocity impact simulation.【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2018(038)003【总页数】7页(P596-602)【关键词】动态本构模型;Q235B钢;应变率效应;Taylor杆【作者】支旭东;张荣;林莉;范峰【作者单位】哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室,黑龙江哈尔滨150090;哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨150090;哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨150090;哈尔滨理工大学建筑工程学院土木工程系,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室,黑龙江哈尔滨150090;哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨150090【正文语种】中文【中图分类】O347.3材料在动力荷载下的性能与静荷载下明显不同，在高应变率下塑性变形存在应变率效应、应变历史效应和温度效应[1]，准确考虑这些因素对于采用数值方法模拟材料乃至构件在动荷载下的力学行为至关重要。
非对称循环载荷下Q235钢力学响应特性分析
第42卷第4期2021年4月哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报Journal of Harbin Engineering UniversityVol.42ɴ.4Apr.2021非对称循环载荷下Q235钢力学响应特性分析张庆玲1,2,金淼1,2,李群1,2,郭宝峰1,2(1.燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室,河北秦皇岛066004;2.燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004)摘㊀要:为了准确判断Q235钢在非对称应力循环载荷作用下产生的棘轮效应㊁包申格效应及循环软/硬化特性对材料性能的影响,本文进行了多种非对称应力条件下的循环加载试验㊂采用数据分析的方法,研究了Q235钢力学变形行为与加载工况之间的关系㊂试验表明:Q235钢棘轮应变和棘轮应变率的正负与平均应力符号相同;平均应力为负值时,表现为循环硬化特性,压缩屈服应力大于拉伸屈服应力;平均应力为正值时,表现为循环软化特性,拉伸屈服应力大于压缩屈服应力;在平均应力符号相同条件下,第1周的屈服应力也基本相同㊂研究结果为结构设计和建立精确的循环本构模型提供了理论依据㊂关键词:非对称循环载荷;包申格效应;循环软硬化;棘轮效应;屈服应力;Q235钢;平均应力;应力幅值DOI :10.11990/jheu.201905041网络出版地址:http :// /kcms /detail /23.1390.u.20210302.1345.014.html 中图分类号:TB31㊀文献标志码:A㊀文章编号:1006-7043(2021)04-0581-07Analysis of the mechanical response characteristics of Q 235steel under asymmetrical cyclic loadingZHANG Qingling 1,2,JIN Miao 1,2,LI Qun 1,2,GUO Baofeng 1,2(1.Key Laboratory of Advanced Forging &Stamping Technology and Science (Yanshan University),Ministry of Education of China,Qinhuangdao 066004,China;2.School of Mechanical Engineering,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,China)Abstract :To accurately determine the effects of the ratcheting effect,Bauschinger effect,and cyclic softening and hardening characteristics of Q235steel on the material properties under asymmetric cyclic stress loading,we con-duct various cyclic loading tests under asymmetric stress conditions.The relationships between the mechanical de-formation behaviors of Q235steel and loading conditions are discussed by means of data analysis.The test shows that the positive and negative signs of ratcheting strain and ratcheting strain rate of Q235steel are the same as those of the mean stress.When the mean stress is negative,it shows a cyclic hardening characteristic,and the compres-sive yield stress is greater than the tensile yield stress.When the mean stress is positive,it shows a cyclic softening characteristic,and the tensile yield stress is greater than the compression yield stress.Under the condition of the same mean stress sign,the yield stress of the first cycle is basically the same.Results provide theoretical data for the structural design and the establishment of an accurate cyclic constitutive model.Keywords :asymmetric cyclic loading;Bauschinger effect;cyclic softening and hardening;ratcheting;yield stress;Q235steel;mean stress;stress amplitude收稿日期:2019-05-13.网络出版日期:2021-03-02.基金项目:国家自然科学基金项目(52075474);河北省自然科学基金项目(E2019203560);河北省高校创新团队领军人才培育计划(LJRC012).作者简介:张庆玲,女,高级实验师,博士研究生;金淼,男,教授,博士生导师.通信作者:金淼,E-mail:jmiao@.㊀㊀工程中的承载结构在工作中常由于载荷或几何形状不连续而产生应力集中,甚至会在局部出现塑性变形㊂此时,对于受循环载荷作用的结构件则可能出现棘轮效应㊁包申格效应㊁循环软/硬化等变形行为,从而影响结构性能㊂因此,深入了解材料在循环载荷作用下的力学相应特性对于结构设计及安全评定具有十分重要的意义㊂棘轮应变会随着循环次数的增加而增加,会严重恶化部件的性能[1]㊂棘轮应变的累积取决于载荷中平均应力和应力幅值的组合[2-3]㊂在恒平均应力时,无论应力速率如何变化,随应力幅值的增加,棘轮寿命都会下降,棘轮应变累积率增加[4-6]㊂这些研究使人们对金属材料棘轮效应的基本特性有了较为深入的了解㊂哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第42卷包申格效应是指金属材料在经历了一定量的单向拉伸或压缩塑性变形之后再反向加载,其屈服应力会低于连续正向变形的屈服应力,这是造成金属材料力学方向性的重要原因之一[7-9]㊂盛光敏等[10]通过对AZ31进行拉压和压拉循环试验,得出其包申格效应比反包申格效应明显;文献[11-12]分析了不同应变历史㊁预应变量㊁应变速率和循环周次对铝合金7A04和高强钢10CrNi5MoV 包申格效应的影响;文献[13-14]对Q345㊁Q460和Q235进行循环加载试验,指出3种钢材均存在包申格效应㊂当外加循环载荷使得材料进入塑性变形后,反复变形会令金属的塑性流动特性发生变化,造成材料抵抗变形的能力增强或减弱,这种现象称为循环硬化或循环软化㊂文献[15]探讨了不同加载条件下不锈钢316L 的循环软硬化行为;文献[16-18]指出低碳钢S355循环硬/化行为随塑性应变范围的增大而增大,循环软化行为随塑性应变范围的减小而减小;文献[19-21]研究发现Q235钢在不同应变幅值和平均应变组合下表现为循环硬化,循环硬化指数随平均应变水平的增加而增大㊂学者们对不同材料在不同条件下的循环变形特性进行了深入探讨,但对于焊接结构件最为常用的Q235钢在非对称应力控制下产生棘轮效应㊁包申格效应及循环软硬化特性的系统研究却鲜见报道㊂本文以Q235钢为研究对象,进行了多种条件下的循环加载试验,运用数据分析的方法,并结合唯象理论,对试验结果进行系统分析,深入研究了此材料的力学响应特性㊂1㊀应力循环加载试验方案试验所用原材料为20mm 厚Q235钢板,测得其弹性模量为210GPa,上㊁下屈服极限分别为310MPa 和243MPa㊂沿轧制方向取样,按照GB /T 3075-2008‘金属材料疲劳试验轴向力控制方法“加工成圆形截面循环加载试样,其平行段直径9mm,平行段长度27mm,过渡圆弧半径25mm㊂在精度为0.2kN 的Instron8801型电液伺服疲劳试验机上进行循环加载试验,并通过精度为0.1μm,标距为25mm 的接触式引伸计采集轴向应变㊂试验加载波形如图1所示,加载应力率为40MPa /s,循环周次为30周,具体试验方案如表1所示㊂图1㊀应力循环加载曲线Fig.1㊀Single stage stress cyclic loading curves表1㊀应力循环试验加载工况Table 1㊀Loading conditions of stress cycle test试样编号平均应力/MPa应力幅值/MPaFYL-01-20300FYL-02-20320FYL-03-20340FYL-04-40300FYL-05-60300ZYL-0920300ZYL-1020320ZYL-1120340ZYL-1240300ZYL-13603002㊀棘轮效应分析本文材料在非对称应力循环载荷作用下产生的棘轮应变εr 为:εr =(εT max +εT min )/2(1)式中εT max ㊁εTmin 分别表示某一个循环周次的最大真应变和最小真应变㊂如无特殊说明,本文所涉及应变均为真应变㊂由于Q235钢存在屈服平台,使得第1周的应变值较大,棘轮应变的计算均从第2周开始㊂将相邻2个循环周次内棘轮应变的变化量定义为棘轮应变率Δεr ,其反映了循环加载过程中棘轮应变累积的快慢程度㊂应力幅值为300MPa,平均应力分别为-20MPa 和20MPa 时,循环加载过程中Q235钢的应力应变曲线如图2所示㊂可以看出,正㊁负平均应力时均产生了棘轮效应㊂当平均应力为负值时,随循环周次的增加,滞回曲线向负应变方向移动;当平均应力为正值时,滞回曲线则向正应变方向移动㊂应力幅值为300MPa,不同平均应力条件下棘轮应变随循环周次的变化如图3所示㊂由图可知,平均应力为正值时棘轮应变为正值,平均应力为负值时棘轮应变为负值,棘轮应变的绝对值均随循环周次增加而增大㊂不同正负平均应力条件下棘轮应变的变化趋势不同,且棘轮应变率也不相同,但棘轮应变率均在第20周后趋于稳定㊂平均应力为正值时,棘轮应变率为正值,平均应力越大,棘轮应变率越高;平均应力为负值时,棘轮应变率为负值,平均应力绝对值越大,棘轮应变率也越高㊂应力幅值为300MPa 时,棘轮应变率稳定值㊃285㊃第4期张庆玲,等:非对称循环载荷下Q235钢力学响应特性分析与平均应力之间的关系曲线如图4所示,两者之间呈指数函数关系㊂图2㊀循环应力应变曲线Fig.2㊀Cyclic stress-straincurve图3㊀应力幅值为300MPa 时的棘轮应变Fig.3㊀Ratcheting strain at stress amplitude 300MPa图4㊀应力幅值为300MPa 时不同平均应力下的棘轮应变率Fig.4㊀Ratcheting strain rate under different mean stressat stress amplitude 300MPa㊀㊀图5所示为不同应力幅值下Q235钢的棘轮应变曲线㊂无论平均应力为正值还是负值,棘轮应变及棘轮应变速率均随应力幅值的增加而增大㊂由上述分析可知,Q235钢在循环过程中产生的棘轮应变与平均应力㊁应力幅值和循环周次有关,根据唯象理论得出棘轮应变的预测模型:εr =10-4λησm σᶄs0-σs0exp(η)N +εᶄη,σm >010-4λσm(σᶄs0-σs0)ηexp(η)N -εᶄη,σm <0ìîíïïïïïï(2)式中:λ为材料参数,可通过试验数据获取,此处取λ=3.5;N 为循环周次;σm 为平均应力;σa 为应力幅值;σᶄs0㊁σs0分别为单向拉伸时的上㊁下屈服极限;η=σa /σs ;εᶄ为循环加载试验时应力峰值在单向拉伸试验曲线中所对应的应变值㊂图5㊀不同应力幅值条件下的棘轮应变Fig.5㊀Ratcheting strain at different stress amplitude如图6所示,将计算得到的棘轮应变与试验数据进行对比,两者吻合良好,说明该公式可以在非对称应力控制的循环加载试验中,较好的表征Q235钢的棘轮效应㊂图6㊀棘轮应变试验值与拟合值比较Fig.6㊀Comparison of test and fitting data of ratchetingstress㊃385㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第42卷3㊀包申格效应分析包申格效应在金属材料构件中一般扮演着负面的角色,会影响到材料的抗疲劳性能,造成工件不能满足正常的服役条件㊂试验发现,Q235钢在循环加载过程中产生了明显的包申格效应㊂为使计算结果更有可比性,在循环第1周取屈服平台的值作为屈服应力,其他不产生屈服平台且无明显屈服点的循环周次,取相应周次发生0.2%相对塑性变形时对应的应力值,即取该周应力应变曲线起始部分的斜率,然后偏移0.2%应变量对应得到的应力值㊂图7给出了应力幅值为300MPa,不同平均应力条件下的屈服应力随循环周次的变化曲线㊂图中显示,当平均应力为负值时,压缩屈服应力大于拉伸屈服应力,平均应力绝对值越大,拉伸屈服应力越小,压缩屈服应力越大;而当平均应力为正值时,拉伸屈服应力大于压缩屈服应力,平均应力越大,拉伸屈服应力越大,压缩屈服应力越小㊂且随循环周次的增加无论平均应力为正值还是负值,拉伸和压缩方向的屈服应力均呈现下降趋势㊂图7㊀不同平均应力条件下屈服应力随循环周次变化曲线Fig.7㊀Changing curves of yield stress with cycle numbers at different mean stresses㊀㊀图8为相同平均应力不同幅值条件下各循环周次的屈服应力㊂结合图7的结论,可以得出,在应力载荷控制下,在拉伸和压缩2个方向哪个方向载荷大,对应方向的屈服应力相对较高㊂平均应力一定时,随应力幅值的增大,拉伸屈服应力和压缩屈服应力均略有增大,在循环到第30周时相邻载荷条件下的屈服应力相对变化量不超过2%㊂对比图7和图8,可以看出,平均应力和应力幅值分别增大所得到的屈服应力变化规律并不一致,相同峰值条件下,平均应力比应力幅值对屈服应力的影响更为明显㊂这是因为,平均应力为负值时,平均应力增大,应力峰值减小,应力谷值绝对值增大;平均应力为正值时,平均应力增大,应力峰值增大,应力谷值绝对值减小;而应力幅值增大,正负平均应力下的应力峰值和应力谷值的绝对值均增大㊂图8㊀不同应力幅值下的屈服应力变化曲线Fig.8㊀Changing curve of yield stress at different stress amplitude and same mean stresses㊀㊀从上述对屈服应力的数据分析可以得出,屈服应力是关于循环周次㊁平均应力和应力幅值的函数㊂当外加载荷大于上屈服极限时,屈服应力σs 随循环周次的演化规律为:σs =σi ,N =1(μ+λi )σi ηMiN,N >1{(3)式中:i =1,2分别代表拉伸和压缩;σi 为第1周屈服应力值,平均应力为正值时,拉伸屈服应力为289MPa,㊃485㊃第4期张庆玲,等:非对称循环载荷下Q235钢力学响应特性分析压缩屈服应力为189MPa;平均应力为负值时,拉伸屈服应力为191MPa,压缩屈服应力为320MPa;λi 为材料参数,通过试验获取,平均应力为正值时,λ1取0.78,λ2取1.10;平均应力为负值时,λ1取0.87,λ2取1.15;μ=σmσᶄs0;M i 为指数指标,M 1=10σm ησP,M 2=10σmσP,σp 为应力峰值㊂将计算得到的屈服应力与试验值进行比较,如图9所示㊂不同正负平均应力条件下,两者在初始几个循环周次相差较多,最大相对误差为5%,但在10周之后最大相对误差仅为2%,说明拟合效果良好㊂图9㊀屈服应力试验值与拟合值比较Fig.9㊀Comparison of test data and fitting data about yield stress㊀㊀包申格系数B 与循环载荷作用下预拉伸/压缩变形后屈服应力的变化直接相关,可对包申格效应进行定量表征和描述,其表达式为:B =σ-0.2-σ+0.2σ-0.2,σm <0σ+0.2-σ-0.2σ+0.2,σm >0ìîíïïïïïï(4)式中:σ+0.2㊁σ-0.2分别为材料的拉伸和压缩屈服应力㊂屈服应力下降越大,包申格系数越高,包申格效应越明显㊂Q235钢在幅值为300MPa,不同平均应力下包申格系数的变化如图10所示㊂图10㊀应力幅值为300MPa 时包申格系数随循环周次的变化Fig.10㊀The variation of Bauschinger coefficient with cyclenumbers at stress amplitude 300MPa可以看出,不同应力状态第1周时的包申格系㊀㊀数基本相同,约为0.346,说明Q235在经历一定的预拉伸/压缩变形后再反向压缩/拉伸时均表现出明显的包申格效应㊂从第2周开始,包申格系数随平均应力的变化表现出较大差异,但相同应力条件下则变化很小㊂因此,可以用第2周的包申格系数来描述材料的包申格效应㊂平均应力绝对值越大,包申格效应越显著㊂平均应力绝对值相同时,Q235钢在正平均应力条件下表现出的包申格效应更明显㊂4㊀循环软/硬化特性分析Q235钢在不同应力组合条件下表现出不同的循环软/硬化行为㊂不同平均应力和应力幅值条件下的响应应变幅值随着循环周次的变化曲线如图11所示㊂可以看出,当平均应力为负值时,表现出轻微的硬化特性;当平均应力为正值时,则表现出明显的软化特性,但2种工况下,应力幅值越大应变幅值越大,而平均应力绝对值越大应变幅值却越小㊂随循环周次的增加,Q235钢循环软/硬化速率在第20周之后趋于稳定㊂将不同应力条件下的循环软/硬化速率稳定值列于表2,负值表示循环硬化,正值表示循环软化㊂比较发现,负平均应力时,循环硬化速率随平均应力绝对值的增大逐渐减小,即硬化程度减弱;正平均应力时,循环软化速率随平均应力的增大呈增长趋势,即软化程度增强;应力幅值增大使循环软硬化速率均增加,软硬化程度更显著㊂㊃585㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第42卷图11㊀不同条件下的应变幅值变化曲线Fig.11㊀Changing curve of strain amplitude at different conditions表2㊀不同条件下的循环软/硬化速率Table 2㊀Cyclic softening /hardening rate at different condi-tions应力/MPa幅值均值速率/10-6300-60-1.46010.4-40-3.2408.5-20-3.420 6.0320-20-4.420 6.3340-20-14.32010.95㊀结论1)在非对称应力循环载荷作用下,负平均应力产生负棘轮应变,正平均应力产生正棘轮应变㊂2)外加载荷平均应力相同,应力幅值增大,或外加载荷应力幅值相同,平均应力绝对值增大,均会造成棘轮应变绝对值增大,棘轮应变率升高㊂3)在非对称应力循环载荷作用下,Q235钢表现出明显的包申格效应㊂当平均应力为负值时,压缩屈服应力大于拉伸屈服应力;当平均应力为正值时,拉伸屈服应力大于压缩屈服应力㊂在循环的第1周屈服应力值基本相同,可以用第2周的包申格系数来表征材料的包申格效应㊂4)当外加载荷平均应力为负值时,Q235钢表现出循环硬化特性,平均应力绝对值越小或应力幅值越大,循环硬化现象越明显;当外加载荷平均应力为正值时,Q235钢表现出循环软化特性,平均应力或应力幅值越大,循环软化现象越明显㊂参考文献:[1]陈旭,焦荣,田涛.棘轮效应预测及其循环本构模型研究进展[J].力学进展,2003,33(4):461-470.CHEN Xu,JIAO Rong,TIAN Tao.Research advances of ratcheting effects and cyclic constitutive models [J].Ad-vances in mechanics,2003,33(4):461-470.[2]LIN Y C,LIU Zhenghua,CHEN Xiaomin,et al.Uniaxialratcheting and fatigue failure behaviors of hot-rolled AZ31B magnesium alloy under asymmetrical cyclic stress-controlled loadings[J].Materials science and engineering:A,2013,573:234-244.[3]赵路远,黄俊,陈涛,等.7075铝合金的单轴棘轮行为[J].机械工程材料,2018,42(9):21-25.ZHAO Luyuan,HUANG Jun,CHEN Tao,et al.Uniaxial ratcheting behavior of 7075aluminum alloy[J].Materials for mechanical 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Q235B钢Johnson_Cook模型参数的确定_林莉
变率的关系可写为 σ eq = A（ 1 + C lnε ） 。 温度软化参数 m 可以通过研究在不同温度下的屈服应力获得； 同样 地， 应变率敏感参数 C 可以通过标定材料在不同应变 率下的屈服应力获得。 此外， 还应该考虑高应变率造成的温度升高。 假 设加载过程为绝热的， 材料温度的升高可以用塑性功 的消耗来表示， 即 ΔT = χ ρ 是材料密 其中， ∫ σ dε ， ρC p eq eq
* * ε f = （ D1 + D2 exp（ D3 σ ） ） （ 1 + D5 T ） ， 执行一 同样地， ·
ε eq / ε 0 ， ε 0 为参考应变率； T
·
·
*
= （ T － Tr ） / （ Tm － Tr ） 为
Tr ， T m 分别为参考温度和材料的 其中， 无量纲化温度， T 为当前温度。方程（ 1 ） 右边三项分别代表等效 熔点， 塑性应变， 应变率和温度对流动应力的影响 。 参数 A，B 和 n 可以通过参考应变率和参考温度 下光滑圆棒拉伸试验获得 （ 当然， 通过薄壁圆管的扭转 试验也可以得到） 。在参考应变率和参考温度下， 方程 （ 1 ） 可写为 σ eq = A + Bε n 也就是 ε eq = 在初始屈服点， eq ， 0 时， σ eq = σ y = A， 这里 σ y 是屈服应力。 A 通常取为单 B 和 n 通过拟合等效 向拉伸试验屈服时的工程应力， 应力应变数据获得。 应变率敏感参数 C 和温度软化参数 m 可以通过标 定不同应变率和不同温度下单向拉伸试验数据获得。 通过方程（ 1 ） ， 参考应变率下屈服应力和温度的关系可
［11 ］
在数值仿真中通常用两类模 所述，
50978077 ， 51078103 ） ； 黑 基金项目： 国家自然科学基金项目（ 51378164 ， 龙江省教育厅科学技术研究面上项目（ 12531135 ） 收稿日期： 2013 － 02 － 17 修改稿收到日期： 2013 － 10 － 16 1973 年 1 月生 第一作者 林莉 女， 博士生，
S32001双相型不锈钢高温力学性能试验
第50卷第6期2022年6月同济大学学报（自然科学版）
JOURNALOFTONGJIUNIVERSITY（NATURALSCIENCE）
Vol.50No.6
Jun.2022
论文拓展介绍
S32001双相型不锈钢高温力学性能试验楼国彪1，2，杨未1，陈武龙1，陶宇超1，王美南3（1.同济大学土木工程学院，上海200092；2.同济大学土木工程防灾国家实验室，上海200092；3.远大可建科技有限公司，湖南长沙430121）
摘要：对S32001双相型不锈钢进行了高温稳态拉伸试验研究，得到了高温下初始弹性模量、名义屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等主要力学性能指标及其变化规律；利用试验数据研究了Rasmussen模型和Gardner模型的适用性，并基于Rasmussen模型提出了S32001不锈钢硬化指数的计算公式，
建立了高温下不锈钢材料本构关系表达式；对比分析了S32001不锈钢与其他种类不锈钢及Q235B结构钢的高温力
学性能。研究表明，S32001不锈钢的屈服强度和极限强度随温度升高下降，600℃时低于常温时的50%，但高温下材料强度明显高于S30408不锈钢，具有更加优越的抗火性能。该研究结果可用于结构受火性能研究和抗火设计。
关键词：双相型不锈钢；力学性能；本构关系；高温中图分类号：TU511.3文献标志码：A
ExperimentalInvestigationonMechanicalPropertiesofS32001DuplexStainlessSteelatElevatedTemperatures
LOUGuobiao1，2，YANGWei1，CHENWulong1，TAO
Yuchao1，WANGMeinan3
（1.CollegeofCivilEngineering，TongjiUniversity，Shanghai200092，China；2.StateKeyLaboratoryforDisasterReductioninCivilEngineering，TongjiUniversity，Shanghai200092，China；3.BroadSustainableBuilding，Changsha430121，Hunan，China）
涟钢BOF_LF_CSP工艺生产冷轧基料用板卷
涟钢BOF-LF-CSP工艺生产冷轧基料用板卷吴光亮1,3，郑柏平1，焦国华1，温德智1，康永林2，孙彦辉2(1. 涟源钢铁集团有限公司，湖南 娄底417009； 2.北京科技大学,北京100083； 3.钢铁研究总院，北京100081)摘要: 通过成分设计和工艺控制，利用高炉—转炉—LF炉—CSP连铸连轧工艺实现了CQ、DQ级冷轧冲压用热轧板卷的工业规模生产。
试验结果表明：钢水成分[C]、[Si]、[Als]、[N]、[O]、[S]的精确控制是该工艺生产冷轧冲压用钢的关键；B含量在0.003-0.007%范围内，可使板卷的屈服强度降低20-30MPa；CSP连铸采用轻压下工艺铸坯厚度从70mm降低到55mm，板卷屈服强度可降低30-45MPa；板坯的出炉温度升高可降低板卷屈服强度；在一定温度区间内，终轧温度和卷取温度升高，可降低板卷屈服强度。
关键词： BOF-LF-CSP工艺；冷轧用钢；热轧板卷Study on Producing Hot-Rolled Strip for Cold Rolling Using in BOF-LF-CSP of Lianyuan SteelWU Guang-liang1，ZHENG Bai-Ping1， JIAO Guo-hua1，WEN De-zhi1，KANG Yong-lin2， SUN Yan-hui2（1 Lianyuan Iron and steel Group Co.Ltd.Loudi Hunan 417009；2 University of Science and Technology Beijing.100083；3 Institute for Structural Materials of CISRI, Beijing 100081）Abstract： In order to produce cold rolling pressing steel in BOF-LF-CSP process, there is an attempt to design the component of steel and co n trol the process for producing cold rolling pressing steel on commercial size. The test results showed that the steel component [C] [Si] [Als] [N] [O] [S] accurate co n trolling is the key of producing cold rolling pressing steel using BOF-LF-CSP process. The yield strength reduced 20-30MPa when B content is 0.003-0.007%. The yield strength reduced 30-45MPa when the thickness of casting blank was reduced from 70mm to 55mm by liquid-core depress in CSP casting process. The yield strength reduced when heating the temperature of casting blank set up, and when finishing roll and batching the temperature set up in the scope.Key words： BOF-LF-CSP process;cold rolling using steel;hot roll bending1989年第一条薄板坯连铸连轧生产线在美国纽柯克拉兹维莱厂(Nucor Steel Corp. Craw fordsville)投产，给以“电炉+精炼+连铸+连轧”四位一体的“小钢厂”带来了无限生机，大幅度提升了该类钢厂的竞争能力，也为该技术在钢铁制造领域规模应用开辟了广阔的前景。
Q235钢埋弧焊焊接热影响区组织及性能研究 01
陕西航空职业技术学院毕业设计（论文）说明书陕西航空职业技术学院学院焊接技术及自动化专业毕业设计（论文）题目Q235钢埋弧焊焊接热影响区组织及性能研究学生姓名张梦石学号 1473109指导教师薛书微职称年月日陕西航空职业技术学院学院焊接技术及自动化专业学生姓名井黎明学号 1373121一、毕业设计（论文）题目 Q235钢埋弧焊焊接热影响区组织及性能研究二、毕业设计（论文）时间 2015 年 9月 9 日至 2016年 10月 8 日三、毕业设计（论文）地点：陕西航空职业技术学院四、毕业设计（论文）的内容要求：（1）、明确Q235钢埋弧焊焊接热影响区组织变化的特点。
（2）、明确Q235钢化学成分、基本性能、应用。
（3）、分析Q235钢埋弧焊焊接热影响区组织。
（4）、分析Q235钢埋弧焊焊接热影响区组织。
（5）、论述防止Q235钢埋弧焊焊接裂纹的措施。
（6）、分析Q235钢埋弧焊焊接质量检验方法。
指导教师薛书微年月日批准年月目录前言------------------------------------------------------------------------------------------2第一节Q235钢埋弧焊热影响区组织的变化特点----------------------4第二节Q235钢的化学成分、基本性能、应用-----------------------------6第三节Q235钢埋弧焊热影响区组织的分析--------------------------------10第四节Q235钢埋弧焊热影响区组织的性能--------------------------------12第五节Q235钢埋弧焊焊接裂纹的防止措施--------------------------------16第六节Q235钢埋弧焊焊接质量的检验---------------------------------------18课设总结-----------------------------------------------------------------------------------23致谢------------------------------------------------------------------------------------------24参考文献-----------------------------------------------------------------------------------25前言本说明书是根据《熔焊原理》、《金属热处理》等几本专业教材教学大纲，以及各类参考资料编写的。
《Q235碳钢-410-304不锈钢复合板室温成形行为研究》
《Q235碳钢-410-304不锈钢复合板室温成形行为研究》篇一Q235碳钢-410-304不锈钢复合板室温成形行为研究一、引言在当前的金属加工与制造领域中，复合材料的使用已经变得极为普遍。
特别地，Q235碳钢、410不锈钢和304不锈钢等金属复合板因具备出色的物理和化学性能而被广泛地应用在多个工程领域中。
鉴于其在结构上的多样性及材质特性的不同，对这些复合板的室温成形行为进行研究显得尤为重要。
本文旨在深入探讨Q235碳钢/410/304不锈钢复合板在室温条件下的成形行为，以期为相关领域的工程实践提供理论支持。
二、材料与方法本研究所用材料为Q235碳钢/410/304不锈钢复合板。
通过采用先进的金属加工技术和精确的测量设备，对复合板的室温成形行为进行系统研究。
具体方法包括：1. 金属学分析：通过光学显微镜和电子显微镜等设备对材料的微观结构和晶粒尺寸进行分析。
2. 室温成形试验：进行不同工艺参数下的复合板弯曲、拉伸等试验，记录其变形行为和性能变化。
3. 数据分析：运用专业的数据处理软件对试验数据进行处理和分析，以揭示复合板的室温成形行为。
三、结果与讨论1. 微观结构分析通过对Q235碳钢/410/304不锈钢复合板进行微观结构分析，发现其具有明显的层状结构和不同的晶粒尺寸。
这些差异对复合板的室温成形行为具有重要影响。
2. 室温成形行为在室温条件下，对复合板进行弯曲和拉伸试验，观察其变形行为和性能变化。
发现，随着外力的增加，复合板发生不同程度的塑性变形。
在弯曲过程中，由于不同材料的力学性能差异，导致在界面处产生应力集中现象。
而在拉伸过程中，由于各层材料的延伸率不同，容易出现分层现象。
3. 影响因素分析通过对试验数据的分析，发现复合板的室温成形行为受多种因素影响，如材料成分、层状结构、热处理工艺等。
此外，温度、速度等工艺参数也会对复合板的成形行为产生影响。
因此，在实际加工过程中，需根据具体情况选择合适的工艺参数和热处理工艺，以获得良好的成形效果。
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第41卷 第5期 2006年5月钢铁Iron and Steel Vo l.41,N o.5M ay 2006CSP 板坯(Q235B )高温力学性能试验研究吴光亮1,3, 孙彦辉2, 周春泉1, 蔡开科2, 李正邦3(1.涟源钢铁集团有限公司总工办,湖南娄底417009;2.北京科技大学冶金学院,北京100083;3.钢铁研究总院工艺所,北京100081)摘 要:采用G leeble1500对CSP 连铸坯(Q 235B )进行了热模拟研究;分析了试验温度为800、900、1100℃的横、纵向试样的组织和断口形貌及晶界的元素偏析和夹杂物。
结果表明:CSP 生产的Q 235B 连铸坯在600～1320℃间存在2个脆性温度区,即1320～1200℃的第Ⅰ脆性温度区域和600～1000℃的第Ⅲ脆性温度区域;在1000～1200℃温度范围内,Q 235B 钢具有良好的塑性。
而在800℃时试样的Z 值为8.46%。
Q 235B 钢的第Ⅲ类脆性区的脆化原因:一方面是形变诱导铁素体呈网状析出,产生应力集中;另一方面是奥氏体低温区域发生的氮化物(A lN )析出产生的晶界脆化。
A lN 在奥氏体晶界的析出,在拉伸力的作用下易形成应力集中源,使空洞形成、长大并聚集,是铸坯裂纹源。
关键词:CSP 板坯;Q 235B ;高温力学性能;扫描电镜中图分类号:TG 113.25 文献标识码:A 文章编号:0449-749X (2006)05-0073-05Study on High Temperature MechanicalProperties of CSP Q235B SlabW U Guang -liang 1,3, S UN Yan -hui 2, ZH OU Chun -quan 1, CAI Kai -ke 2, LI Zheng -bang 3(1.Chief Enginee r Office ,Liany uan I ron and Steel G ro up Co.L td.,L oudi 417009,Hunan ,China ;2.M e tallurgy Scho ol ,U niver sity o f Science and Technolo gy Beijing ,Beijing 100083,China ;3.T echno log y Re sear ch Institute ,Central Iro n and S teel Research Institute ,Beijing 100081,China )A bstract :T he hig h tempera ture mechanical pro per ties o f CSP slab have been inv estiga ted by Gleeble1500ho t simula -to r.T he ho rizontal and ve rtical section of sam ple s we re o bser ved by optical micr oscope and SEM a t 800℃,900℃,1100℃.T he mor pholog y of fr acture w as analyzed by T EM ,and seg reg ation at gr ain bo unda ries and inclusions hav e been analyzed by X EDS.T he te st results show ed that there a re tw o tempe rature ar eas of brit tlene ss fo r slab produced by CSP within 600～1320℃,the fir st temperature ar ea o f brittlene ss (Ⅰ)is 1320～1200℃,the seco nd temper ature area of brittleness (Ⅲ)is 600～1000℃,the steel is plastic within 1000～1200℃,and Z =8.46%at 800℃.T he re are tw o r ea so ns fo r Ⅲtemperature area o f brittlene ss ,the first is the str ess co ncentrated caused by precipitatio n o f defor mation induced fer rite ,the seco nd is precipita tion of nitride (AlN )at austenitic boundaries ,and the essence of cr acking of CSP slab is the nitride (A lN )pr ecipitatio n at austenitic g rain bo undarie s ,making stress co ncentra ted and vo ids fo rmed ,g rew up and ag g rega ted.Key words :CSP slab ;Q 235B ;hig h tempera tur e mechanical pro pe rties ;SEM作者简介:吴光亮(1966-),男,博士后,教授级高级工程师; E -mail :kedasan99@ ; 修订日期:2005-10-13 钢的高温力学性能是指不同钢种在凝固点到600℃温度区间的力学特性,它表征凝固过程中铸坯受到应力时抵抗变形和裂纹的能力,是确立连铸工艺参数如冷却与温度控制制度的重要依据[1]。
因此,钢的高温力学性能一直是国内外连铸工作者关注的热点问题。
CSP 薄板坯连铸连轧工艺是一项正在不断创新的新工艺。
对该工艺相关的基础理论探索也是目前冶金界研究的焦点。
对CSP 连铸坯高温力学性能的研究,弄清该工艺生产的不同钢种的高温特性,为确立连铸工艺参数提供依据,实现稳定、高质量生产无缺陷铸坯之目的。
本文以CSP 生产的Q235B 板坯试样为研究对象,通过高温力学性能试验,掌握该钢种在CSP 连铸过程中高温冶金特性,并以此作为指导确定生产工艺参数的理论依据,达到减轻和避免表面裂纹的产生。
1 试验材料和方法取正常生产的Q235连铸坯样(断面70mm ×1500mm ,长度200mm )一块,并分别沿铸坯横向DOI 牶牨牥牣牨牫牪牪牳牤j 牣boyuan 牣issn 牥牬牬牴牠牱牬牴x 牣牪牥牥牰牣牥牭牣牥牪牥钢 铁第41卷和纵向取样。
标记为1号(纵向)和2号样(横向)。
加工成 10m m ×100mm 试样,横、纵向试样分别为12根,共计24根。
本试验采用G leeble1500进行连铸钢高温力学性能研究。
试样在工作室内固定,抽真空后,在Ar 气保护条件下,将试样以20℃/s 的速度加热至1340℃,保温3min ,以均匀成分和温度,促进析出物的溶解,然后以20℃/s 的冷却速率冷却至试验温度(600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1320℃),保温30s 后以1.0×10-3/s 的应变速率进行拉伸试验(图1)。
试样拉断后,迅速喷水冷却以保留高温下断口形貌和金相特征。
图1 试验过程温度控制制度Fig.1 Temperature require of test对板坯纵向试样和横向试样进行高温拉伸试验。
拉断后的试样进行力学参数测量及微观组织分析试验。
检验内容包括:高温力学参数测定、扫描电镜断口分析、元素偏析及析出物的分析、金相观察等。
2 结果与分析2.1 高温热塑性图2为断面收缩率Z 随试验温度的变化曲线。
从图2中可知,板坯横向试样的Z 值大部分高于同温度下的板坯纵向试样的Z 值;在1000～1200℃,两者的曲线几乎是重合的,Z 值均保持在85%以上,说明两试样在该温度区间内具有良好的塑性;在600～1000℃之间,横向试样和纵向试样的塑性曲线形状类似,但是纵向试样的塑性凹槽区比横向试样的塑性凹槽区位置低,说明横向试样的塑性稍好于纵向试样的塑性。
并且在800℃时,横向试样的Z 值比纵向试样的Z 值高出17%。
即同样温度、受力相同时,纵向更易产生裂纹。
纵向与横向试样均存在第Ⅰ脆性区(凝固温度≈1320℃)和第Ⅲ脆性区(700～900℃),但不存在第Ⅱ脆性区(有研究表图2 板坯试样热塑性曲线Fig .2 Hot plasticity of slab sample图3 板坯试样强度曲线Fig .3 Strength of slab sample明[1,2],只有当应变速率大于10-2/s 时才出现第Ⅱ脆性区)。
2.2 高温热强度图3为变形速率ε=1.0×10-3/s 时,不同试验温度下试样拉断时所承受的抗拉强度随温度的变化曲线。
从图3中可以看出,随着温度的升高,试样所承受的抗拉强度迅速下降,其中600～800℃最为明显。
试验温度超过900℃后,抗拉强度缓慢降低,直到1320℃以上抗拉强度趋于零。
2.3 高温塑性测试结果分析当Z >60%时,铸坯不出现裂纹,当Z <60%时,铸坯裂纹敏感性增高[3～5]。
所以,可将Z =60%作为门槛值,来划分3个温度区内高塑性区和低塑性区的范围。
Z <60%所对应的温度区域定义为塑性凹槽温度。
由图3可以看出低温区的塑性凹槽温度范围为700～900℃,在此温度范围内,纵向板坯试样的Z 为8.46%～51.77%,横向板坯试样的Z74第5期吴光亮等:CSP 板坯(Q 235B )高温力学性能试验研究为26.15%～70.10%。
在生产中,连铸坯顶弯、矫直温度应避开该温度范围,即板坯的平均温度应大于900℃(特别是连铸坯的边部),二冷区冷却尽量采用弱冷。
3 断口及金相组织观察对试验温度800、900、1100℃的横、纵向试样共6根做金相和扫描电镜观察,分析不同温度条件断口的组织形貌,并利用电子探针分析晶界上的元素偏析和夹杂物。
3.1 1100℃的断口形貌及析出物图4为Q235B 钢板坯纵向试样在1100℃的断口形貌。
由图4可知,在该温度下,板坯试样纵向断口为典型的沿晶断裂,断裂晶界面光滑,几乎未发现任何塑性断裂的痕迹;板坯试样横向断口呈脆性断裂,解理台阶状。
图5为纵向试样夹杂物电子探针分析结果。
从图5可以看出,在晶界处观察到球形夹杂物,能谱分析发现其中含有Al ,为Al 2O 3夹杂或AlN 的沉淀。