Q500EHPS橋梁鋼力學(xué)性能和耐蝕性能的調(diào)控研究.pdf

1、鋼結(jié)構(gòu)橋梁正在向高速、重載、大跨和整體焊接節(jié)點(diǎn)的方向發(fā)展，為滿(mǎn)足這些要求，現(xiàn)有的橋梁鋼亟待進(jìn)一步升級(jí)，集高強(qiáng)度、高韌性、低屈強(qiáng)比、易焊接和高耐蝕等多項(xiàng)性能為一體的高性能橋梁鋼是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。其中，屈服強(qiáng)度500 MPa級(jí)高性能 Q500EHPS橋梁鋼是滬通長(zhǎng)江大橋、蕪湖長(zhǎng)江二橋等大跨度重載鐵路鋼橋建造所急需的主要材料，要求兼顧上述多項(xiàng)性能，技術(shù)難度極大。為此，本文研究了合金成分-軋制工藝-微觀組織-力學(xué)性能之間的影響規(guī)律及相關(guān)性，優(yōu)化了

2、合金成分和軋制工藝，研究了Cr-Ni-Cu合金元素、組織類(lèi)型和夾雜物類(lèi)型對(duì)均勻腐蝕和點(diǎn)蝕行為的影響規(guī)律，從而對(duì)綜合力學(xué)性能和耐蝕性能進(jìn)行了調(diào)控，在此基礎(chǔ)，開(kāi)展了高性能Q500EHPS橋梁鋼的工業(yè)試制及性能評(píng)價(jià)研究。
　　本文首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)室材料設(shè)計(jì)、冶煉和軋制，重點(diǎn)研究了C、Cr、Mo、Nb等合金元素對(duì)試驗(yàn)鋼綜合力學(xué)性能的影響，優(yōu)化設(shè)計(jì)了一種滿(mǎn)足 Q500EHPS所有力學(xué)性能要求的目標(biāo)化學(xué)成分，即0.055C-0.25Si-1.55

3、Mn-0.20Cu-0.15Cr-0.25Ni-0.20Mo-0.040Nb-0.030V-0.015Ti。
　　針對(duì)優(yōu)化合金成分的試驗(yàn)鋼，通過(guò)熱機(jī)械軋制過(guò)程模擬及模擬樣品力學(xué)性能測(cè)試，結(jié)合微觀組織表征，研究了終軋溫度、開(kāi)冷溫度、冷卻速度和返紅溫度等控軋控冷工藝關(guān)鍵參數(shù)對(duì) Q500EHPS橋梁鋼微觀組織（鐵素體晶粒、位錯(cuò)、析出物和馬氏體/奧氏體（M/A）島等）和綜合力學(xué)性能（屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、屈強(qiáng)比和沖擊功）的影響規(guī)律。結(jié)果表明

4、，當(dāng)控軋控冷工藝的目標(biāo)參數(shù)控制在終軋溫度830℃、開(kāi)冷溫度780℃、返紅溫度500-550℃，冷速15-25℃/s時(shí)，屈服強(qiáng)度≥500 MPa、-40℃ KV2沖擊功≥200 J、屈強(qiáng)比≤0.84，具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。小角度晶界、位錯(cuò)、析出粒子和M/A島對(duì)屈服強(qiáng)度均有貢獻(xiàn)，屈服強(qiáng)度與粒狀貝氏體鐵素體和準(zhǔn)多邊形鐵素體的平均有效晶粒尺寸 MED-1/22°≤θ≤15°之間存在線性關(guān)系，符合 Hall-Petch公式。M/A島增多使抗拉強(qiáng)

5、度的增量高于屈強(qiáng)服度的增量，有利于降低屈強(qiáng)比。隨粒狀貝氏體鐵素體和準(zhǔn)多邊形鐵素體細(xì)化，M/A島的尺寸減小，大角晶界（MTA>15°）晶粒所占的比例增加，低溫沖擊韌性顯著提高。
　　針對(duì)典型 Q500EHPS鋼，通過(guò)電化學(xué)測(cè)試、周浸、浸泡等試驗(yàn)，利用極化曲線測(cè)量、失重法、銹層的SEM/EDS/XRD分析、點(diǎn)蝕LSCM三維原位觀察等，研究了Cr-Ni-Cu合金元素、組織類(lèi)型及夾雜物類(lèi)型對(duì)銹層結(jié)構(gòu)及腐蝕行為的影響規(guī)律及作用機(jī)理。結(jié)果表明

6、，Cr-Ni-Cu合金元素提高了基體組織的熱力學(xué)穩(wěn)定性，在銹層中發(fā)生富集，使穩(wěn)定α-FeOOH相與亞穩(wěn)γ-FeOOH相之間的體積比值提高，促進(jìn)了致密穩(wěn)定銹層的形成，提高了耐蝕性；不同類(lèi)型組織的耐蝕性從高到低的排序是：均勻貝氏體＞準(zhǔn)多邊形鐵素體+粒狀貝氏體+M/A島＞鐵素體+珠光體＞鐵素體+馬氏體；C a-Al-O-S球型復(fù)合夾雜物所引起的初期點(diǎn)蝕，本質(zhì)上是一種電偶腐蝕，且試驗(yàn)鋼在0.01 M NaHSO3溶液中的腐蝕明顯弱于在3％NaC