建筑结构用抗震耐蚀耐火钢Q460FRW低温冲击韧性性能分析

为验证建筑结构抗震耐蚀耐火钢Q460 FRW抗低温冲击性能的设计要求,用SANS型摆锤式冲击试验机对Q460 FRW钢开展抗低温冲击韧性试验,并进行了试样断口微观形貌的分析。根据GB/T 229—2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》,在-20、-40、-60℃环境温度下对10、28 mm两种规格Q460FRW钢试件进行抗低温冲击试验,获得了冲击能值A_(kV),得到了两个系列Q460FRW钢在各低温点的冲击强度随温度的变化规律,并对试件进行了室温和低温拉伸强度、屈服强度和延伸率试验。同时,用扫描电镜在放大1 000倍下对两种规格Q460FRW钢试件分析冲断后的断口微观形貌。试验结果表明:Q460 FRW钢在低温环境下能保持较高的冲击功和良好的冲击韧性。同时,在-20,-40,-60℃的低温环境下,冲击韧性随温度的降低而略有提高。两个系列Q460 FRW钢的纵向冲击功值均大于34 J,符合GB/T 19879—2005《建筑结构用钢板》的要求,在低温下满足抗冲击性能设计要求。扫描电镜观测分析表明,在冲击拉伸过程中,裂纹从试样中心的纤维区向外扩展,在裂纹区附近发生了较大的塑性变形,形成了较大的剪切缺口,表明它们都是韧性的,且从扫描电镜图中未看出断裂韧窝的大小和深度具有显著的差异。     

960MPa高强度钢材及其焊缝低温冲击韧性试验研究

对14 mm厚的960 MPa高强度钢材及其对接焊缝进行了低温冲击韧性试验研究,得到了母材、焊缝区和热影响区(HAZ)的夏比冲击功Akv随温度的变化关系及韧脆转变温度,将该结果与460 MPa钢材及345 MPa钢厚板进行比较分析,最后通过扫描电镜对其断裂微观机理进行了分析.结果表明:Akv随温度降低而下降,韧脆转变特征明显;960 MPa高强度钢材的Akv总体上大于460 MPa钢材;与345 MPa钢厚板相比,常温下高强度钢材的Akv较小,但随温度降低,普通强度钢厚板的Akv下降幅度更大;钢材强度过高使其吸收的弹性功较高,低温下厚度对其冲击韧性的影响较强度更明显,母材的低温Akv小于焊缝区,但焊缝区更容易发生韧脆转变,体现了960 MPa高强度焊接钢材较大的缺陷敏感性.试验为960 MPa高强度钢材及其焊接钢材在低温地区的推广应用提供了参考数据,同时也为研究冲击韧性和断裂韧性2个指标之间的关系提供了依据.     

低温环境中Q345qD对接焊缝力学性能与冲击韧性

焊接钢桥在低温环境的断裂评估对焊接节点的力学性能及冲击韧性随温度变化规律研究提出了迫切的需求。本文对Q345qD对接焊缝进行了硬度测试、低温拉伸试验和低温冲击试验,得到焊接接头的硬度分布规律和5个温度点下强度、塑性、断裂及冲击韧性等参数,提出屈服应力、极限应力和冲击功随温度变化的关系曲线。结果表明,随环境温度的降低,Q345qD对接焊缝的屈服应力和极限应力有所增加,屈强比减小,冲击韧性下降,塑性指标和断裂应力没有明显变化。与高强度钢材对接焊缝相比,Q345qD对接焊缝冲击功中弹性功占比较小,对温度的敏感性更高。     

桥梁钢Q345qD低温力学性能及冲击韧性试验研究

为了研究低温环境中桥梁钢Q345qD的力学性能和冲击韧性,防止钢结构桥梁在低温环境中发生脆性断裂,选取钢桥服役环境中可能出现的5个温度点(+20,0,-20,-40,-60℃)进行了系统的低温静力拉伸试验和V形缺口冲击试验,并与文献数据进行对比分析,得到了强度、塑性及冲击韧性指标随温度变化的规律及拟合曲线。研究结果表明:桥梁钢Q345qD抗低温冷脆性能较好,低温下力学性能及冲击韧性均满足防断要求;随着温度的下降,屈服强度及抗拉强度均有所提高,断后伸长率、断面收缩率和弹性模量没有明显变化,冲击韧性下降;在研究温度区间内,相比于相同屈服强度的Q345系列钢材,Q345qD冲击功Boltzmann拟合曲线有较高的上、下平台能,不易发生脆性转变,能够满足常规钢结构桥梁的低温防断需求。     

Q355ME耐低温角钢冲击韧性分析

采用系列冲击试验测定Q355ME耐低温角钢在-100～25℃的冲击值和脆性断面率,通过扫描电镜对冲击断口形貌进行观察。结果表明:试样钢的冲击温度在0℃以上时,冲击功基本保持不变;在0～-40℃时,冲击功呈缓慢降低的趋势;在-40～-60℃时,冲击功呈显著下降趋势;在-60～-100℃时,冲击功又呈缓慢降低趋势,采用FATT50和ETT50评价韧脆转变温度分别为-48℃和-57℃。在-40℃时,试验钢韧性区断口形貌为圆形等轴韧窝,在-60℃时,韧性区断口形貌为圆形韧窝和部分撕裂韧窝,材料在向脆性过渡区时有解理断面的趋势。     

高强度结构钢材Q460D的疲劳性能试验研究

为探讨钢结构设计规范中高强度结构钢材的疲劳设计条文,促进高强度钢材的更广泛应用,选用Q460D钢材并对其材料的疲劳性能进行研究。利用该种钢材试件进行轴向拉伸疲劳试验,并测得描述材料疲劳性能的S-N曲线。试验结果发现:该批次的Q460D钢材试件疲劳试验结果有很大的离散性。试验得出,Q460D钢材在200万次下的疲劳强度比由GB 50017—2003《钢结构设计规范》计算的值要大。     

高强度结构钢材Q460D的疲劳性能试验研究

为探讨钢结构设计规范中高强度结构钢材的疲劳设计条文,促进高强度钢材的更广泛应用,选用Q460D钢材并对其材料的疲劳性能进行研究。利用该种钢材试件进行轴向拉伸疲劳试验,并测得描述材料疲劳性能的S-N曲线。试验结果发现:该批次的Q460D钢材试件疲劳试验结果有很大的离散性。试验得出,Q460D钢材在200万次下的疲劳强度比由GB 50017—2003《钢结构设计规范》计算的值要大。     

高强度结构钢高强度螺栓摩擦型连接节点试验研究

针对钢板材质为Q460,Q550,Q690的高强度结构钢和Q345钢、摩擦面经过抛丸除锈和喷硬质石英砂处理的试件进行了高强度螺栓摩擦型连接试验。通过试验了解钢材强度、摩擦面处理方法以及螺栓排布方式对抗滑移系数的影响。试验结果表明,三种高强度钢材的抗滑移系数比较接近,与Q345钢的抗滑移系数相比有所降低。结合试验分析,为高强度结构钢高强度螺栓摩擦型连接节点的设计提供参考。     

Q460高强度钢材焊接H形截面弱轴压弯柱承载力试验研究

为了研究高强度钢材中厚板焊接H形截面压弯柱的承载力,采用国产Q460高强度钢材11 mm、21 mm中厚板制作了6个焊接H形截面压弯柱,试件截面自由外伸翼缘板宽厚比分别为7、5、3,长细比分别为40、55、80。通过对Q460低合金高强度钢材的材性测试、3种焊接截面残余应力测试、各试件初始几何缺陷测量及承载力试验,进行了H形截面弱轴压弯构件整体失稳承载力的试验研究,并与采用GB 50017-2003《钢结构设计规范》进行计算的承载力对比;同时以理想弹塑性模型,综合考虑试件初始缺陷建立有限元模型,分析计算其承载力。试验及分析结果表明：Q460低合金高强度钢材具有强度高、塑性性能较好等特点;由实测截面残余应力值得到其分布形式与普通钢材焊接H形截面残余应力分布基本相同;高强度钢材焊接H形截面压弯构件承载力试验值明显高于GB 50017-2003设计公式计算值;文中采用的有限元分析方法可以较准确地计算试件的承载力。研究成果为高强度钢材在实际工程中的应用提供试验参考。     

Q460高强钢焊接箱形压弯构件极限承载力试验研究

为研究Q460高强钢中厚板焊接箱形压弯构件的整体失稳极限承载力,采用11mm厚国产Q460高强钢中厚板制作7个焊接箱形压弯试件,试件截面宽厚比分别为18、12、8,长细比分别为35、55、80。试验内容包括:Q460低合金高强钢的材性试验,三种焊接截面残余应力测试,各试件初始几何缺陷测量及极限承载力试验,从而进行了面内整体失稳压弯构件的极限承载力试验研究;并且把试验结果与我国现行钢结构设计规范计算值相比较。试验研究结果表明:Q460低合金高强钢材性具有高强度,塑性性能良好等特点;Q460高强钢焊接箱形截面残余应力分布形式与普通钢材箱形焊接截面分布基本相同,但是残余应力比降低;压弯构件极限承载力试验结果明显高于现行钢结构规范设计公式计算值,所以应对Q460高强钢焊接箱形压弯构件进行近一步参数分析研究,并得出其实用设计方法。     

Experimental study on mechanical properties and toughness of Q460C high-strength steel and its butt welded joint at low temperature

Compared with the conventional steel structure, the high-strength steel structures are at more risk of brittle fracture, especially in cold regions. In the present study, a series of tests (such as uniaxial tensile test, Charpy impact test and three-point bending test) were carried out at low temperature to investigate the mechanical properties and toughness of Q460C steel and its butt welded joint, fracture micro-mechanisms were analyzed as well. The ductility indices and the toughness indices all decrease with temperature decreases, the heat affected zone (HAZ) in welded joint is more critical to fracture than the base material. The fracture toughness of high-strength steel Q460C is relatively lower than the other three conventional steels (i.e. Q235, Q345 and Q390). In this study, rich experimental data were collected so as to provide reference for the fracture resistant design of high-strength steel structures in cold regions.     

低屈服点钢LYP100单调与循环拉伸试验研究

对47个LYP100低屈服点钢焊接试件进行单向拉伸和反复拉伸加载试验,研究其在不同加载制度下的应力-应变曲线、荷载-位移曲线、骨架曲线、破坏机理和延性特征.结果表明:试件横截面厚度是影响其耗能能力的重要因素,12mm试件的耗能能力明显优于6mm试件;焊接接头对试件的破坏有不利影响,带焊接接头的试件在循环加载作用下疲劳损伤累积效应显著,容易发生脆性破坏,延性变差;LYP100低屈服点钢与Q345钢、Q460钢焊接后,试件的强度提高,循环荷载作用下强度硬化现象明显,但是其延性变差.     

Experimental study on mechanical properties of high-strength fire-resistant steel at elevated temperatures

为研究高强耐火钢在高温下的力学性能，通过国产Q345FR、Q420FR、Q460FR耐火钢的高温下稳态拉伸试验和热膨胀变形试验，得到了20~800℃下各等级耐火钢的破坏模式、应力-应变关系曲线、力学性能参数及热膨胀系数，并与普通结构钢高温性能以及欧洲、中国的抗火设计规范的相关规定进行了对比。研究结果表明：在温度低于350~400℃时，国产高强耐火钢屈服强度、抗拉强度高于常温的，当温度超过400℃后，屈服强度、抗拉强度开始快速下降；欧洲规范EC3中给出的高温下普通结构钢的弹性模量、强度计算公式不适用于高强度耐火钢；温度低于450℃时，耐火钢试验值与GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》中普通钢取值更吻合；温度高于450℃时，耐火钢试验值与规范GB 51249—2017中耐火钢取值更吻合。针对Q345FR、Q420FR、Q460FR高强耐火钢，提出了高温下弹性模量、屈服强度、抗拉强度变化系数拟合公式，可用于耐火钢结构抗火设计。     

高强度耐火钢高温下力学性能试验研究

为研究高强耐火钢在高温下的力学性能,通过国产Q345FR、Q420FR、Q460FR耐火钢的高温下稳态拉伸试验和热膨胀变形试验,得到了20~800℃下各等级耐火钢的破坏模式、应力-应变关系曲线、力学性能参数及热膨胀系数,并与普通结构钢高温性能以及欧洲、中国的抗火设计规范的相关规定进行了对比。研究结果表明：在温度低于350~400℃时,国产高强耐火钢屈服强度、抗拉强度高于常温的,当温度超过400℃后,屈服强度、抗拉强度开始快速下降;欧洲规范EC3中给出的高温下普通结构钢的弹性模量、强度计算公式不适用于高强度耐火钢;温度低于450℃时,耐火钢试验值与GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》中普通钢取值更吻合;温度高于450℃时,耐火钢试验值与规范GB 51249—2017中耐火钢取值更吻合。针对Q345FR、Q420FR、Q460FR高强耐火钢,提出了高温下弹性模量、屈服强度、抗拉强度变化系数拟合公式,可用于耐火钢结构抗火设计。     

基于断裂韧性的钢厚板防脆断性能研究(II)——选材方法

随着国内钢结构厚板的大量应用和我国大范围低温区域的建筑业快速发展,低温环境和板厚增大逐渐成为钢板脆性断裂的重要因素.现行规范中仍采用冲击韧性指标来指导选材,而基于断裂力学理论的断裂韧性指标能更准确地评定断裂破坏的发生.本文在钢结构厚板低温断裂韧性指标CTOD试验结果的基础上提出了一套定量化的钢厚板防脆断的选材方法,并从...     

立交桥工程钢箱梁焊接工艺分析与研究

针对武汉二环线汉口段工程钢箱梁所用的Q345q-C和Q370q-D钢的焊接性进行分析与研究,对部分焊接接头及焊接方法进行焊接工艺评定试验,确定其预热温度及焊接工艺。各项性能试验结果表明,所用焊材与钢材匹配合适,焊接工艺参数合理,各项力学性能指标满足设计及相关规范要求,不但提高了焊接接头的低温冲击韧性,还有效降低了冷裂纹和焊接应力的产生,使产品焊接接头具备良好的抗脆断性能。     

寒区高强热机械控轧钢焊缝评估

试验内容包括微观结构观测,采用夏比冲击试验评估高强热机械控轧(TMCP)钢(SM570-TMC)焊缝在寒区的适用性。利用传统结构钢(SM490B)焊缝进行对比试验。采用标准V形缺口夏比试样,在动力荷载下进行试验。推导焊缝金属、HAZ(热影响区)和基底金属的操作温度,通过吸收的能量、冲击试验要求和微观结构评估其对寒区的适应能力。试验结果显示:与SM490B焊缝相比,SM570-TMC焊缝的基底金属低温下具有较高的冲击韧性,而HAZ和焊缝金属的冲击韧性远低于基底金属,且其操作温度与SM490B焊缝相似。结果表明:在寒区应用TMCP钢焊缝时,应选择合适的焊接工艺以保证低温下HAZ的冲击韧性,并采用适当的焊条,而这也是未来研究工作的目标。     

低温下不锈钢焊接件的抗冲击性能

以304L和316L型奥氏体和2505型双相不锈钢焊接件为对象,采用屏蔽金属弧焊与点焊方式,进行低温示波冲击试验研究,温度范围从室温至-196℃。结果表明,随试验温度的降低,304L与316L型奥氏体不锈钢焊件的冲击能量略有减小,而其相应焊条的冲击能量有很大减小。随着双相不锈钢焊件与焊条从韧性向脆性的转变,其冲击能量减小了至少5%。从试件的断裂面可看出,奥氏体不锈钢焊件与焊条呈现韧性断裂形态,出现宽深式、窄深式、浅式凹陷;而双相不锈钢焊件与焊条呈现脆性断裂形态,出现大、小延展层断面。依据荷载-时间曲线,说明奥氏体与双相不锈钢的韧性与脆性断裂性能。从控制不锈钢低温下变形机理的主要参数:堆垛层错能,应变诱发马氏体相变及铁素体相变这些方面,探讨两种不锈钢性能的差异。