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Q345系列钢材的性能差异

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Q345系列钢材的性能差异

2019-08-02 15:57

Q345是一种钢材的材质。它是低合金钢(C<0.2%),广泛应用于建筑,桥梁、车辆、船舶、压力容器等。Q代表的是这种材质的屈服强度,后面的345,就是指这种材质的屈服值,在345MPa左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。

Q345综合力学性能良好,低温性能尚可,塑性和焊接性良好,用做中低压容器、油罐、车辆、起重机、矿山机械、电站、桥梁等承受动载荷的结构、机械零件、建筑结构、一般金属结构件,热轧或正火状态使用,可用于-40℃以下寒冷地区的各种结构。

  级别分类

Q345按等级可分为Q345A,Q345B,Q345C,Q345D,Q345E。它们所代表的,主要是冲击的温度有所不同。

Q345A级,是不做冲击;

Q345B级,是20度常温冲击;

Q345C级,是0度冲击;

Q345D级,是-20度冲击;

Q345E级,是-40度冲击。

在不同的冲击温度,冲击的数值也有所不同。

  

化学成分

 

Q345A:C≤0.20,Mn ≤1.7,Si≤0.55,P≤0.045,S≤0.045,V 0.02~0.15;

 

Q345B:C≤0.20,Mn≤1.7,Si≤0.55,P≤0.040,S≤0.040,V 0.02~0.15;

 

Q345C:C≤0.20,Mn≤1.7,Si≤0.55,P≤0.035,S≤0.035,V 0.02~0.15,Al≥0.015;

 

Q345D:C≤0.20,Mn≤1.7,Si≤0.55,P≤0.030,S≤0.030,V 0.02~0.15,Al≥0.015;

 

Q345E:C≤0.20,Mn≤1.7,Si≤0.55,P≤0.025,S≤0.025,V 0.02~0.15,Al≥0.015。

对比16Mn

Q345钢是老牌号的12MnV、14MnNb、18Nb、16MnRE、16Mn等多个钢种的替代,而并非仅替代16Mn钢一种材料。在化学成分上,16Mn与Q345也不尽相同。

更重要的是两种钢材按屈服强度的不同而进行的厚度分组尺寸存在较大差异,而这必将引起某些厚度的材料的使用应力的变化。因此,简单地将16Mn钢的使用应力套用在Q345钢上是不合适的,而应根据新的钢材厚度分组尺寸重新确定使用应力

Q345钢的主要组成元素比例与16Mn钢基本相同,区别是增加了V、Ti、Nb微量合金元素。少量的V、Ti、Nb合金元素能细化晶粒,大大提高了钢的韧性,钢的综合机械性能得到较大提高。

 

也正因为如此,钢板的厚度才可以做得更大一些。因此,Q345钢的综合机械性能应当优于16Mn钢,特别是它的低温性能更是16Mn钢所不具备的。Q345钢的使用应力略高于16Mn钢。

性能对比 

Q345D无缝管力学性能:

抗拉强度:490-675屈服强度:≥345 伸长率:≥22

Q345B无缝管力学性能:

抗拉强度:490-675 屈服强度:≥345 伸长率:≥21

Q345A无缝管力学性能:

抗拉强度:490-675 屈服强度:≥345 伸长率:≥21

Q345C无缝管力学性能:

抗拉强度:490-675 屈服强度:≥345 伸长率:≥22

Q345E无缝管力学性能:

 

抗拉强度:490-675屈服强度:≥345 伸长率:≥22

产品系列 

Q345D钢材与Q345A,B,C钢相比而言。低温冲击功的试验温度低。性能好。含有害物P,S量比Q345A,B,C要低。

市场价格比Q345A,B,C要高。

Q345d定义:

①由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以“Q”,代表钢材的屈服点,后面的数字表示屈服点数值,单位是MPa例如Q235表示屈服点(σs)为235MPa的碳素结构钢。

②必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、B、C、D。

脱氧方法符号:F表示沸腾钢;b表示半镇静钢:Z表示镇静钢;TZ表示特殊镇静钢,镇静钢可不标符号,即Z和TZ都可不标。例如Q235-AF表示A级沸腾钢。

③专门用途的碳素钢,例如桥梁钢、船用钢等,基本上采用碳素结构钢的表示方法,但在钢号最后附加表示用途的字母。

 

 材料介绍

1. Q345化学成分如下表(%):

 

2.Q345C力学性能如下表(%):

机械性能指标

伸长率(%)

试验温度0℃

抗拉强度MPa

屈服点MPa

数值

≥22

≥34

470-650

324-259


其中壁厚介于16-35mm时,σs≥325Mpa;壁厚介于35-50mm时,σs≥295Mpa

2. Q345钢的焊接特点

2.1 碳当量(Ceq)的计算

Ceq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5

计算Ceq=0.49%,大于0.45%,可见Q345钢焊接性能不是很好,需要在焊接时制定严格的工艺措施。

2.2 Q345钢在焊接时易出现的问题

2.2.1 热影响区的淬硬倾向

Q345钢在焊接冷却过程中,热影响区容易形成淬火组织-马氏体,使近缝区的硬度提高,塑性下降。结果导致焊后发生裂纹。

2.2.2 冷裂纹敏感性

Q345钢的焊接裂纹主要是冷裂纹。

焊接施工流程

 

坡口准备→点固焊→预热→里口施焊→背部清根(碳弧气刨)→外口施焊 →里口施焊→自检/专检→焊后热处理→无损检验(焊缝质量一级合格)

焊接工艺参数的选择

 

通过对Q345钢的焊接性分析,制定措施如下:

1. 焊接材料的选用

由于Q345钢的冷裂纹倾向较大,应选用低氢型的焊接材料,同时考虑到焊接接头应与母材等强的原则,选用E5015 (J507)型电焊条。

化学成分见下表(%):

元素

C

Mn

Si

S

P

Cr

Mo

V

Ti

含量

0.071

1.11

0.53

0.009

0.016

0.02

0.01

0.01

0.01

 

力学性能见下表:

σb/Mpa

σs/Mpa

δ5(%)

Ψ(%)

Akv/J-30℃

440

540

31

79

164/114/76

(抗拉强度应该大于屈服)

 

2. 坡口形式:(根据图纸和设备供货)

3. 焊接方法:采用手工电弧焊(D)。

4. 焊接电流:为了避免焊缝组织粗大,造成冲击韧性下降,必须采用小规范焊接。具体措施为:选用小直径焊条、窄焊道、薄焊层、多层多道的焊接工艺(焊接顺序如图一所示)。焊道的宽度不大于焊条的3倍,焊层厚度不大于5mm。第一层至第三层采用Ф3.2电焊条,焊接电流100-130A;第四层至第六层采用Ф4.0的电焊条,焊接电流120-180A。

5. 预热温度:由于Q345钢的Ceq>0.45%,在焊接前应进行预热,预热温度T0=100-150℃,层间温度Ti≤400℃。

6. 焊后热处理参数:为了降低焊接残余应力,减小焊缝中的氢含量,改善焊缝的金属组织和性能,在焊后应对焊缝进行热处理。热处理温度为:600-640℃,恒温时间为2小时(板厚40mm时),升降温速度为125℃/h 。

现场焊接顺序

 

1. 焊前预热

在翼缘板焊接前,首先对翼缘板进行预热,恒温30分钟后开始焊接。焊接的预热、层间温度、热处理由热处理控温柜自动控制,采用远红外履带式加热炉片,微电脑自动设定曲线和记录曲线,热电偶测量温度。预热时热电偶的测点距离坡口边缘15mm-20mm。

2. 焊接

2.1 为了防止焊接变形,每个柱接头采用二人对称施焊,焊接方向由中间向两边施焊。在焊接里口时(里口为靠近腹板的坡口),第一层至第三层必须使用小规范操作,因为它的焊接是影响焊接变形的主要原因。在焊接一至三层结束后,背面进行清根。在使用碳弧气刨清根结束后,必须对焊缝进行机械打磨,清理焊缝表面渗碳,露出金属光泽,防止表层碳化严重造成裂纹。外口焊接应一次焊完,最后再焊接里口的剩余部分。

2.2 当焊接第二层时,焊接方向应与第一层方向相反,以此类推。每层焊接接头应错开15-20mm。

2.3 两名焊工在焊接时的焊接电流、焊接速度和焊接层数应保持一致。

2.4 在焊接中应从引弧板开始施焊,收弧板上结束。焊接完成后割掉并打磨干净。

3. 焊后热处理:焊口焊接完成后应在12小时内进行热处理。如不能及时进行热处理应采取保温、缓冷措施。在进行热处理时,应采用两根热电偶测温,热电偶点焊在焊口的里外侧。

4. 焊接检验

根据《钢结构工程施工及验收规范》的要求,焊口采用超声波探伤法进行检验,检验比例为100%。

现场技术管理

 

1. 编制详细的焊接施工作业指导书。

2. 全过程控制焊接工艺是确保质量的核心。

每个柱接头的焊接时,应有专人监控焊接工艺,如焊工不按作业指导书施工应立即终止焊接。在焊接过程中,热处理人员应全程监控层间温度,如超标应立即通知焊工暂停。

3. 提高施工人员质量意识是贯彻焊接工艺的关键

在施工前,进行全员交底,并且开取施工工艺卡。交底中详细讲解焊接工艺特点及严格控制现场焊接工艺的必要性和控制要点。

结论

 

按此焊接工艺措施施工,在现场共焊焊口102道,经无损检验一次合格率达到100%。经过实际施工的验证,此焊接工艺措施不仅能在现场指导对Q345钢的焊接,而且能够保证焊接质量

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