低合金高强度结构钢板Q345D厚度方向的性能研究

低合金高强度结构钢板Q345D厚度方向的性能研究

马倩，刘愿成，程思雨

西北工业集团有限公司  陕西  西安  710043

摘要：某风电塔筒用钢板Q345D，通过探伤发现有硫化物夹杂，但依据GB/T1591-2008标准要求的理化检测项目全部符合指标要求。本文利用真空电子束焊使试样长度增加，做了厚度方向的拉伸、冲击、断口形貌。

关键词：真空电子焊；拉伸；冲击；断口形貌

1引言

某风电塔筒用钢板Q345D，厚度18mm，通过探伤发现沿板厚方向有硫化物夹杂，但依据GB/T1591-2008对低合金高强度结构钢板的要求，检测化学成分、力学性能拉伸、冲击、弯曲均符合指标要求。本文利用真空电子束焊，使试样长度增加，做了厚度方向的拉伸、冲击、断口形貌分析。

2试样和试验方案

2.1依据GB/T1591-2008标准要求：

2.1.1拉伸试样20mm×18mm全厚度板状，横向，编号L1、L2；

2.1.2冲击试样55mm×10mm×10mm，缺口深度2mm，V型，试验温度-20℃，编号C1—C6。C1—C6试样中心沿长度方向有缺陷，C1—C3冲击缺口与缺陷垂直，C4—C6冲击缺口与缺陷平行；

2.1.3弯曲试样25mm×18mm×200mm，弯芯直径为d=3a（54mm），弯曲180°，横向，编号W1、W2。

2.2厚度方向取样：

2.2.1拉伸取6mm×5mm板状试样，编号ZL1、ZL2、ZL3、ZL4；

2.2.2沿厚度方向加工成12×12×18样块，然后用真空电子焊从两端加长样块，如图一，再用线切割加工成φ12圆棒，如图二，最后车削加工成φ8圆棒试样，如图三，编号ZHL1、ZHL2。

           图一                       图二                      图三

2.2.3将真空电子焊样块图一，分别从两端切除，加工成55mm×10mm×10mm冲击试样，缺陷处开缺口，深度2mm，V型，试验温度-20℃；编号C7、C8、C9；

3试验方法和结果

3.1化学成分分析

在CS-344红外碳硫仪、EMGA-620W氧氮测定仪、直读光谱仪分析该钢板的化学成分，结果见表一，均符合GB/T1591-2008标准的指标要求。

表1   化学成分（wt%）

3.2拉伸、弯曲试验在微机控制电子万能试验机CMT5305上进行，拉伸试验屈服前速度为2mm/min，屈服后速度为10mm/min；冲击试验在摆锤冲击试验机PID452D-2上进行，拉伸、弯曲试验结果见表2，冲击试验结果见表3。

表2   拉伸、弯曲试验结果

全厚度板状试样L1、L2，ReL、、Rm、A均符合指标要求，试样侧面出现一条不连续缺陷；Z向断面收缩率ZL1、ZL2符合Z35；ZL3、ZL4、ZHL1、ZHL2不符合Z35，断口均有缺陷。

表3    冲击试验结果

C1—C6符合指标要求，C7-C9不符合指标要求。
3.3在冲击试样C7—C9上，从缺口处开始，间隔1mm向试样两端测试维氏硬度，试验结果见曲线图四。

图四

3.4冲击试样断口形貌分析

3.4.1宏观断口形貌

图五C1冲击试样

冲击断口有垂直缺口的缺陷，大量的塑性变形，属韧性断口。

图六C4冲击试样

冲击断口有平行缺口的缺陷，大量的塑性变形，属韧性断口。

图七C7冲击试样

冲击断口平齐，有明显缺陷，属脆性断口。

3.4.2·扫描电镜断口分析

     用超声波和丙酮清洗断口置于TESCAN扫描电子显微镜下观察分析，C7冲击试样断口平齐，有大量的硫化物夹杂。

图八                                       图九

4.结果分析

4.1依据GB/T1591-2008标准要求：化学成分、拉伸、冲击、弯曲均符合指标要求。拉伸试样侧面发现不连续缺陷；冲击试样取在最薄弱位置，冲击功远大于指标要求（KV2，-20℃≥34J），断口有大量的塑性变形，缺口垂直缺陷冲击功平均值83.5J，缺口平行缺陷冲击功平均值83.1J；

4.2厚度方向拉伸、冲击均断在缺陷处。Z向拉伸，抗拉强度、断面收缩率数值比较分散，远低于指标要求，这与硫化物夹杂的分布有关，夹杂越多对性能影响越大。冲击试验冲击功小，平均值8.73J，断口平齐，有明显缺陷，属脆性断口。

4.3真空电子束焊是一种利用高速电子束流作为能量源进行焊接的方法。它的特点是热影响区窄小，试样变形小，冷却速度快，熔池周围在真空状态下，不会有空气中的杂质参与反应，焊接质量良好。图四曲线可以看出，利用真空电子束焊使厚度方向长度增加，对冲击试样缺口位置性能没有影响，冲击试验结果有效。

5.结论

5.1风电塔筒起支撑作用构件所用钢板，材料验收做厚度方向的性能检测非常有必要。

5.2材料的力学性能测试，如果原材料长度不够加工成试样，可以利用真空电子焊在原材两端焊接，使试样长度增加，再用机械加工成所需试样形状。

参考文献

【1】GB/T1591-2008低合金高强度结构钢

【2】《特种焊接技术》张洪涛，陈玉华主编，哈尔滨工业大学出版社