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)點的方向發(fā)展，為滿足這些要求，現(xiàn)有的橋梁鋼亟待進一步升級，集高強度、高韌性、低屈強比、易焊接和高耐蝕等多項性能為一體的高性能橋梁鋼是未來發(fā)展趨勢。其中，屈服強度500 MPa級高性能 Q500EHPS橋梁鋼是滬通長江大橋、蕪湖長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、組織類型和夾雜物類型對均勻腐蝕和點蝕行為的影響規(guī)律，從而對綜合力學(xué)性能和耐蝕性能進行了調(diào)控，在此基礎(chǔ)，開展了高性能Q500EHPS橋梁鋼的工業(yè)試制及性能評價研究。
　　本文首先通過實驗室材料設(shè)計、冶煉和軋制，重點研究了C、Cr、Mo、Nb等合金元素對試驗鋼綜合力學(xué)性能的影響，優(yōu)化設(shè)計了一種滿足 Q500EHPS所有力學(xué)性能要求的目標化學(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。
　　針對優(yōu)化合金成分的試驗鋼，通過熱機械軋制過程模擬及模擬樣品力學(xué)性能測試，結(jié)合微觀組織表征，研究了終軋溫度、開冷溫度、冷卻速度和返紅溫度等控軋控冷工藝關(guān)鍵參數(shù)對 Q500EHPS橋梁鋼微觀組織（鐵素體晶粒、位錯、析出物和馬氏體/奧氏體（M/A）島等）和綜合力學(xué)性能（屈服強度、抗拉強度、屈強比和沖擊功）的影響規(guī)律。結(jié)果表明

4、，當控軋控冷工藝的目標參數(shù)控制在終軋溫度830℃、開冷溫度780℃、返紅溫度500-550℃，冷速15-25℃/s時，屈服強度≥500 MPa、-40℃ KV2沖擊功≥200 J、屈強比≤0.84，具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。小角度晶界、位錯、析出粒子和M/A島對屈服強度均有貢獻，屈服強度與粒狀貝氏體鐵素體和準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

5、度的增量高于屈強服度的增量，有利于降低屈強比。隨粒狀貝氏體鐵素體和準多邊形鐵素體細化，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。
　　針對典型 Q500EHPS鋼，通過電化學(xué)測試、周浸、浸泡等試驗，利用極化曲線測量、失重法、銹層的SEM/EDS/XRD分析、點蝕LSCM三維原位觀察等，研究了Cr-Ni-Cu合金元素、組織類型及夾雜物類型對銹層結(jié)構(gòu)及腐蝕行為的影響規(guī)律及作用機理。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，促進了致密穩(wěn)定銹層的形成，提高了耐蝕性；不同類型組織的耐蝕性從高到低的排序是：均勻貝氏體＞準多邊形鐵素體+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蝕，本質(zhì)上是一種電偶腐蝕，且試驗鋼在0.01 M NaHSO3溶液中的腐蝕明顯弱于在3％NaC