Q690qENH高强度桥梁用结构钢焊接性研究

2021-07-20陈潜郭红艳高波

金属加工(热加工) 2021年6期

陈潜，郭红艳，高波

中铁九桥工程有限公司江西九江 332000

1 序言

为适应我国桥梁钢结构向大跨径、高强度发展，高强度桥梁钢板、耐候钢板、超高强度桥索及高强度螺栓等材料的强度均需提升。且随着我国交通基础设施的迅猛发展，大跨度桥梁需要更高级别的桥梁用钢，亟需解决强度级别超过Q500级的高强度钢板的研发和应用，提升我国钢桥制造水平。而高强度桥梁钢板生产轧制工艺复杂，其焊接性的优劣是指导实桥应用的关键。为此，本文针对Q690qENH耐候钢板的母材检测、焊接热影响区最高硬度试验、斜Y形坡口裂纹试验及系列温度冲击试验等进行研究，综合评价其力学性能及焊接性。

2 试验材料

试验用的Q690qENH高强钢板厚分别为32mm、50mm，钢板交货状态为TMCP+回火、低碳贝氏体钢。钢中加入Ni、Cr、Cu等主要元素，具备一定耐腐蚀性能，耐腐蚀指数Ⅰ约为6.7；同时添加了Ti、Nb、V等微合金元素，可起到晶粒细化和沉淀强化等作用，以改善组织性能，提高钢的强度，具体化学成分见表1。钢板纵向和横向的力学性能差异较小，弯曲试验结果良好，具体力学性能见表2。

表1 Q690qENH钢化学成分

表2 Q690qENH钢力学性能

3 母材系列温度冲击试验

材料的缺口冲击韧度与试验温度或环境温度密切相关[1]。大量试验数据和工程经验表明，采用转变温度作为标准评定材料的韧脆转变特性，不仅可以将韧脆转变温度与结构的使用温度联系起来，还可以评定结构的脆性破坏倾向，在某种近似程度上评定结构的抗断性。进行温度分别为20℃、0℃、－20℃、－40℃、－60℃及－80℃的冲击试验，试验结果见表3。根据表3绘制的Q690qENH钢母材系列低温冲击曲线，如图1所示。

表3 Q690qENH钢母材系列低温冲击结果

图1 Q690qENH钢母材系列低温冲击曲线

从图1可看出，板厚32mm和50mm的Q690qENH钢材有良好的抗低温冷脆性能，韧脆转变温度低于－80℃。

4 焊接性试验

针对32mm、50mm两种典型厚度的Q690qENH钢板进行了焊接性试验，通过最高硬度法和斜Y形坡口焊接裂纹试验方法验证Q690qENH钢板的焊接性[2]。

4.1 焊接热影响区最高硬度试验

焊接热影响区的硬度主要取决于被焊钢种的碳含量、合金成分以及冷却条件，其实质是反映不同金相组织的性能。按GB/T 4675.5—1984《焊接试验焊接热影响区最高硬度试验方法》对32mm、50m m钢板进行了试验，焊条选用X Y-S80Q N H（φ4m m），试验温度分别为室温20℃和预热60℃，最高硬度试验结果见表4。

由表4可以看出，Q690qENH钢在不预热和预热60℃焊接时H V10max均不大于380H V10，说明Q690qENH钢在不预热和预热60℃情况下焊接均未产生淬硬组织，冷裂纹倾向不大。

表4 最高硬度试验结果

4.2 斜Y形坡口焊接裂纹试验

对板厚32mm、50mm的Q690qENH钢板进行斜Y形坡口焊接裂纹试验，焊接方法为焊条电弧焊（小铁研）。试验方法按GB/T 4675.1—1984《焊接性试验斜Y形坡口焊接裂纹试验方法》进行。

首先，分别不预热焊接小铁研试验各一组，表面裂纹率100%，然后32mm板预热50℃，50mm板预热75℃，分别焊接小铁研试验各一组，试验参数见表5。

表5 斜Y形坡口焊接裂纹试验参数

每组试板先进行表面裂纹检查，结果表面均无裂纹产生。然后对每组试件取5个横断面进行断面裂纹检查，并分别计算其断面裂纹率，试验结果见表6。横断面的宏观金相结果如图2、图3所示。

表6 斜Y坡口焊接裂纹试验结果

图2 试样XY1-2的斜Y形坡口焊接裂纹试验宏观金相结果

图3 试样XY2-2的斜Y形坡口焊接裂纹试验宏观金相结果

5 对接接头系列温度冲击试验

对埋弧焊对接（32+32）mm、（50+50）mm试板进行接头系列温度冲击试验，结果见表7。根据表7绘制焊缝金属及热影响区（熔合线外1mm）的韧脆转变曲线，分别如图4和图5所示。

图4 （32+32）mm板对接接头韧脆转变曲线

图5 （50+50）mm板对接接头韧脆转变曲线

表7 焊接接头系列温度冲击试验结果

从试验结果可以看出，随着冲击温度的下降，焊缝及热影响区的低温冲击值基本呈现较为缓慢的降低趋势[3]。当试验温度为－40℃时，焊缝中心及热影响区低温冲击吸收能量在120J以上；当试验温度为－50℃时，焊缝中心及热影响区低温冲击吸收能量仍然保持在100J以上，说明接头具有良好的低温冲击性能，Q690qENH钢板接头韧脆转变温度低于－50℃。