Q420B卷板鋼是典型的低合金高強(qiáng)鋼，具有強(qiáng)度高、承載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，優(yōu)良的力學(xué)性能使其在輸電鐵 塔等實(shí)際工程中得到廣泛的應(yīng)用。然而在Q420B卷板鋼焊接過程中，存在焊接裂紋產(chǎn)生傾向大、焊接接頭韌性低的問題，這就與輸電鐵塔長期服役于 復(fù)雜多變環(huán)境所要求的安全條件相矛盾。為了 解決上述焊接性問題，需要采取較復(fù)雜的焊接工藝 才能焊接質(zhì)量，故工藝成本高，這對該鋼種在特 高壓鐵塔中的推廣應(yīng)用非常不利。研究表明，稀土元素性質(zhì)活潑，能與幾乎所有的非金 屬元素發(fā)生反應(yīng)。在焊接電弧高溫作用下，稀土元素與熔池中的氫、氧、硫發(fā)生反應(yīng)，從而凈化焊縫，改 善焊接韌性。而且在冶金反應(yīng)形成的稀土硫氧化物 部分殘留于焊縫形成夾雜物，成為誘導(dǎo)針狀鐵素體 形核的核心，利于針狀鐵素體的增加，可以細(xì)化焊縫組織，阻礙裂紋擴(kuò)展。考慮到添加稀土元素能夠細(xì)化焊縫組織、提高焊縫力學(xué)性能的作用，通過焊條藥皮向焊縫組織過渡Ce元素，研究了Ce對焊縫組織力學(xué)性能的影響以及作用機(jī)理，為豐富Q420鋼的焊材配方，促進(jìn)Q420B卷板鋼在輸電鐵塔制造中應(yīng)用提供了參考。

1、Q420B（C、D、E）卷板系列高強(qiáng)板運(yùn)用.

該類材質(zhì)經(jīng)常用于各類工程機(jī)械、如礦山和各類工程施工用的鉆機(jī)、電鏟、電動輪反斗車、礦用汽車、挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、各類起重機(jī)、煤礦液壓支架等機(jī)械設(shè)備及其它結(jié)構(gòu)件的制造和生產(chǎn)。在其他行業(yè)也有運(yùn)用，比如高層建筑，鋼結(jié)構(gòu)廠房，橋梁工程，船舶工程。

實(shí)驗(yàn)部分

1.1、實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)采用 Q420B卷板作為焊接母材，供貨狀態(tài)為熱軋，板厚為12 mm，其國標(biāo)要求力學(xué)性能如表 1 所示。

實(shí)驗(yàn)選擇 E5015 低合金鋼低氫焊條，焊芯為 3 mm 的 H08A，焊芯的化學(xué)成分如表 2 所示。試驗(yàn)采用度為 99．95% 的二氧化鈰(CeO2) 粉末，通過藥皮過渡到焊縫組織中，以改善焊縫熔敷金屬的力學(xué)性能。

實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)在堿性焊條的基礎(chǔ)上加入 CeO2 ，實(shí)驗(yàn)設(shè)置焊條藥皮配方如表 3。

根據(jù)表 3 通過焊條制作工藝將其壓涂在3mm的H08A焊芯上，之后晾干定型并在電熱干燥箱(300 ℃ ) 中保溫 2 小時(shí)以上，制備出4mm實(shí)驗(yàn)用E5015焊條。試樣采用X型坡口并預(yù)留2mm的鈍邊，焊接規(guī)范和焊接接頭力學(xué)性能按標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 定的方法進(jìn)行。采用機(jī)械切割加工出坡口，圖1為焊接接頭示意圖。為了焊接質(zhì)量，采用多層焊。焊接工藝參數(shù)如表 4 所示。

Q420 鋼板在常溫下直接焊接，焊接后置于空氣中緩冷。焊接實(shí)驗(yàn)完成后采用機(jī)械加工的方法加工拉伸實(shí)驗(yàn)試樣和沖擊實(shí)驗(yàn)試樣，其試樣尺寸分別如圖 2 和圖 3 所示。

2、Q420B卷板系列牌號有：

Q420B、Q420BZ15、Q420BZ25、Q420BZ35、Q420C、Q420CZ15、Q420CZ25、Q420CZ35、Q420D、Q420DZ15、Q420DZ25、Q420DZ35、Q420E、Q420EZ15、Q420EZ25、Q420EZ35。這里的Z15、Z25、Z35指的是材料在Z向的性能表示方法。

金屬材料在現(xiàn)代建筑和工業(yè)設(shè)施建設(shè)中起看無可替代的作用隨著新型建筑和工業(yè)裝備的出現(xiàn) ，高性能材料的需求不斷增加。例如，北京臭運(yùn)主場館鳥巢” 在國內(nèi)建筑史上首次使用110mm的Q460 ,由舞陽鋼廠的科研人員首次研制成功。此外。隨著第三代核電AP1000在國內(nèi)的建設(shè)SA738與S32101這兩種高性能鋼材才開始在國內(nèi)研制與生產(chǎn)。

3、Q420B*Q420C*Q420D*Q420E卷板相關(guān)參數(shù)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

材料執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 1591-2018標(biāo)準(zhǔn)；

Z向執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 5313-2010標(biāo)準(zhǔn)；

尺寸、外形、重量、厚度及其他允許誤差執(zhí)行GB/T 709-2019標(biāo)準(zhǔn)；

厚度偏差為N類，亦可根據(jù)設(shè)計(jì)執(zhí)行B類及C類偏差；

利用日本島津 AG1 實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)。拉伸實(shí)驗(yàn)、沖擊韌性實(shí)驗(yàn)均在室溫 20 ℃ 的條件下進(jìn)行。利用 Leica MPS60 型金相顯微鏡觀察焊縫金相組織。采用日立 S － 4800 場發(fā)射掃描電子顯微鏡對焊縫進(jìn)行分析。

結(jié)果與討論

2.1 稀土元素對焊接接頭力學(xué)性能的影響

表 5 為焊條藥皮中不添加、添加 CeO2 后對焊縫力學(xué)性能對比結(jié)果。從表 5 中可見，隨著焊條藥皮中的 CeO2 含量的增加，焊縫的抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性都明顯提高，當(dāng)加入量為 3% 時(shí)，抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性達(dá)到大值，以后再隨著 CeO2 添加量的增加， 抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性隨之下降。

為了研究焊縫加入稀土后對其硬度的影響，對焊接試樣進(jìn)行了維氏硬度測試。15 個(gè)測試點(diǎn)依次通過母材、熱影響區(qū)、焊縫區(qū)、熱影響區(qū)、母材。圖 4 為 CeO2 不同添加含量條件下 Q420 焊接接頭硬度分布。從圖 4 可以看出，靠近焊縫區(qū)的顯微硬度低，母材其次，熱影響區(qū)的顯微硬度高。對比曲線 后還可以看出，不同條件下母材區(qū)和熱影響區(qū)顯微 硬度有變化，但是差異很小。而焊縫區(qū)顯微硬度差 異表現(xiàn)很明顯，添加 Ce 后焊縫熔敷金屬硬度比未添加 Ce 的要低，且隨著 CeO2 含量的增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢，但是降低的幅度不大。總的來說，焊縫 中 Ce 能在一定程度上降低焊縫金屬的顯微硬度， 但是不明顯。

高強(qiáng)卷板 Q420B 9.75 1500 145.6 噸 安陽 安鋼

高強(qiáng)卷板 Q420B 9.5 1500 29.06 噸 安陽 安鋼

高強(qiáng)卷板 Q420B 7.75 1500 39.78 噸 安陽 安鋼

高強(qiáng)卷板 Q420B 7.5 1500 17.81 噸 安陽 安鋼

高強(qiáng)卷板 Q420B 5.75 1500 37.98 噸 安陽 安鋼

高強(qiáng)卷板 Q420B 5.75 1250 17.51 噸 安陽 安鋼

高強(qiáng)卷板 Q420B 5.5 1500 27.01 噸 安陽 安鋼

高強(qiáng)卷板 Q420B 5 1500 16.2 噸 安陽 安鋼

高強(qiáng)卷板 Q420B 4.75 1500 58.15 噸 安陽 安鋼

高強(qiáng)卷板 Q420B 4.75 1250 32.66 噸 安陽 安鋼

高強(qiáng)卷板 Q420B 4.5 1500 24.45 噸 安陽 安鋼

高強(qiáng)卷板 Q420B 4 1500 28.92 噸 安陽 安鋼

高強(qiáng)卷板 Q420B 4 1250 36.64 噸 安陽 安鋼

高強(qiáng)卷板 Q420B 3.75 1500 23.24 噸 安陽 安鋼

高強(qiáng)卷板 Q420B 3.75 1250 21.56 噸 安陽 安鋼

高強(qiáng)卷板 Q420B 3.5 1500 45.56 噸 安陽 安鋼

高強(qiáng)卷板 Q420B 3 1500 57.82 噸 安陽 安鋼

高強(qiáng)卷板 Q420B 3 1250 21.36 噸 安陽 安鋼