新一代易焊接高强度高韧性船体钢的研究

新一代易焊接高强度高韧性船体钢的研究
新一代易焊接高强度高韧性船体钢的研究

新一代易焊接高强度高韧性船体钢的研究

杨才福 张永权

钢铁研究总院,北京100081

摘要:简介了新一代高强度船体钢的最新发展、强韧性特点及其强韧化机理。通过大幅度降低钢中碳含量,利用铜的时效析出强化作用以及铌的微合金化作用,获得了具有高强度、高韧性和良好焊接性的新一代船体钢。铜的时效硬化是该钢最显著的特点之一。钢中添加1%以上的铜,通过时效处理使其在基体中析出细小弥散的ε-Cu颗粒,可使钢的屈服强度提高270-350MPa。基于本文的研究,开发出了一种屈服强度高于600MPa、-40℃冲击功超过250J、同时具有优良焊接性能的新型船体结构钢。

关键词:船体钢铜时效硬化焊接性

1.前言

高强度化是舰船用钢最重要的发展趋势之一。第二次世界大战后,世界各军事强国为了满足舰船装备的发展需求,研制开发了系列高强度舰船用钢。如美国,战后发展了355MPa(36kgf/mm2)级HTS钢、550MPa(56kgf/mm2)级HY80钢、690MPa(70kgf/mm2)级HY100钢、890MPa(91kgf/mm2)级HY130钢,并用于实船建造;俄罗斯开发了屈服强度从390-1175MPa(40-120kgf/mm2)级的АБ系列舰船钢;法国最新建造的“凯旋”级核潜艇耐压壳体用钢屈服强度已达到980MPa(100kgf/mm2)级的HLES100钢;日本90年代开发的NS110钢屈服强度已达到了1000MPa(110kgf/mm2)级。建国以来,我国也研制成功了390、440、590、785MPa(40-80kgf/mm2)级的高强度舰船用钢系列。

传统的高强度船体用钢均是在低碳低合金钢的基础上通过采用调质热处理工艺获得低碳回火马氏体组织来达到高强度高韧性的配合。为了确保较厚规格钢板具有足够的淬透性,钢中通常需要添加较高含量的Ni、Cr、Mo等合金元素。钢的强度级别要求越高,添加的合金元素含量也相应增加。因此,随着强度的提高,船体钢的碳当量大幅增加(图1),这使得钢的焊接变得十分困难。如何兼顾高强度舰船用钢的强度和焊接性,已成为船体结构钢设计的一个关键因素。

进入80年代后,随着超低碳、超纯净钢冶炼、微合金化和控轧控冷等冶金技术的发展,美国首先提出了发展新一代HSLA舰船用钢的开发计划[1]。首选的目标是开发一种强韧性与HY80钢相同、同时具有更好焊接性的船体用钢(HSLA-80)。经过大量的实验研究及应用评估,HSLA-80钢于1984年纳入美国军标(MIL-S-24645)[2],并正式用于水面舰船建造。由于该钢具有优良的焊接工艺性能,且合金元素含量低,从而大大降低了舰船成本。该钢在舰船结构上的成功应用使船体结构钢面貌焕然一新,同时也使船体结构钢的开发进入了一个新时代。在HSLA-80钢的基础上,美国又开发了具有优良焊接性的HSLA-100钢,以代替HY-100钢。HSLA-80/100钢均采用了低碳甚至是超低碳的合金设计(C≤0.06%),确保钢的优良焊接性和低温韧性;钢中添加了较高的铜,依靠铜的时效硬化作用,在对韧塑性没有明显损害的条件下,获得了高强度。除美国外,近年来,俄罗斯、日本、澳大利亚、英国、加拿大、韩国等国也开展了Cu在船体结构钢中的应用研究[3-5]。可以看出,随着冶金技术的不断进步和人们对经济效益的考虑,船体用低碳Cu时效硬化型HSLA钢在世界各国得到广泛应用,它代表了新一代船体结构钢的发展方向。

为了满足我国船舶工业快速发展的需要,我们在多年来成功开发高强度船体用钢的基础上,根据国内外船体用钢的发展趋势,研制了一种新型的高强度高韧性船体结构用钢。该钢屈服强度可达到600MPa以上,-40℃低温冲击功超过250J。由于采用了超低碳含量的合金设计,碳当量显著降低,仅与390MPa级船体结构钢的碳当量相当,因此该钢的焊接性能明显得到改善,实现了0℃焊接不需要预热的目标。工业试制的成功充分展示了该钢良好的应用前景。本文着重阐述该钢的冶金学特征、综合力学性能以及成分、工艺与性能的关系。

2.冶金学特征

冶金学上来讲,新一代HSLA船体钢与传统调质型高强度船体钢完全不同,它是以低碳铁素体钢或超低碳贝氏体钢为基础发展起来的。图2示出了典型的新一代HSLA船体钢

(HSLA-80钢)连续冷却转变曲线。在很宽的冷速范围内,均产生多边铁素体+针状铁素体或粒状贝氏体的混合组织,即使在淬火的快速冷却条件下,也很难得到完全的马氏体组织。因此,这类钢通常被称为针状铁素体钢。该钢合金设计具有如下特点:为了保证优良的焊接性和良好的低温韧性,钢中碳含量降至0.06%以下。Cu是该钢中最主要的强化元素。在奥氏体化温度下,约1%的Cu能够完全固溶。在水淬冷却过程中Cu被保留在过饱和的固溶体中,通过时效处理析出细小弥散的ε-Cu颗粒,产生强烈沉淀强化,弥补了降碳引起的强度损失。Nb是该钢中的第二个强化元素,起着细化晶粒和沉淀强化的作用。为了防止含Cu 钢的热脆性,钢中添加不低于1/2铜含量的Ni。Ni在钢中同时还具有提高铁素体基体强度与韧性的作用,并且Ni、Cu还可提高钢的耐大气腐蚀性能。少量的Cr、Mo可以提高钢的耐蚀性,并改变Cu的时效行为,避免Cu的自时效过程。

3.Cu时效钢的强韧化效果

实验室冶炼了不同Cu含量的试验钢,用于研究Cu的时效强化效果。表1 列出了试验钢的化学成分。表中可见,1#钢中不含Cu,主要用于对比试验。2#-4#中分别添加了1.06%-1.31%的Cu,以确定Cu的强韧化效果。

表1. 试验用钢的化学成分,wt%

炉号 C Si Mn P S Ni Cr Cu Mo Nb Als 备注

1 0.058 0.16 0.45 0.01

2 0.0180.800.580.050.210.040 0.041 无Cu钢

2 0.048 0.20 0.49 0.008 0.0150.850.67 1.060.210.036 0.054 低Cu钢

3 0.06

4 0.21 0.4

5 0.013 0.0130.990.52 1.180.240.037 0.073 中Cu钢

4 0.060 0.17 0.53 0.010 0.0160.850.73 1.310.220.022 0.058 高Cu钢

5 0.054 0.3

6 0.70 0.005 0.0060.870.80 1.090.250.030 0.011 真空钢

3.1 Cu对强度的影响

Cu含量对钢的强度的影响如图3所示。对不含Cu的对比钢,各种状态下屈服强度在350-420MPa范围,抗拉强度在450-540MPa范围。当钢中添加1%以上的Cu后,屈服强度和抗拉强度显著提高,最高值分别达到725MPa和785MPa。由图3可见,经550℃时效处理,热轧含Cu钢的屈服强度提高200-250MPa,抗拉强度提高165-235MPa;正火态含Cu 钢的屈服强度提高150-225MPa,抗拉强度提高175-250MPa;而淬火态含Cu钢的屈服强度提高270-350MPa,抗拉强度提高200-260MPa。

3.2 时效硬化规律

图4示出了含Cu钢的硬度随时效温度的变化。图中可见,在500~550℃之间时效处理,钢的硬度出现峰值,表明此时Cu的时效析出强化作用达到最大值。在此之前,钢处于欠时效状态,因此,随时效温度的升高,钢的硬度逐渐增加。超过时效峰值温度后,钢处于过时效状态,随时效温度提高,钢的硬度下降。

时效温度对试验钢的强度的影响如图5所示。明显可以看出,含Cu钢的强度随时效温度的变化也出现一个峰值。而无Cu钢则不存在时效峰,强度也较低。高Cu钢的强度略大于低Cu钢,但是其差异随着时效温度的提高而减小。淬火的含Cu钢经550℃时效后,强度提高约70~150MPa;而正火钢则提高150~200MPa。随时效温度升高,由于Cu的过时效作用,钢的强度下降。很显然,Cu的时效是影响含Cu钢强度的首要因素。

3.3低温韧性

图6示出了淬火+时效钢的冲击功转变曲线。随Cu含量增加,钢的低温韧性降低。从图6可看出,各种钢的韧脆转变特性是不同的。无Cu钢的冲击功转变曲线斜率最大,韧性降低的最快,而含Cu钢则降低较慢。因此随着试验温度的降低,不同钢的韧性值逐渐接近或交叉。在-80℃时,含Cu钢的韧性已接近或达到了无Cu钢的水平。时效温度对无Cu钢

的韧性影响小,对含Cu钢影响大。随时效温度的提高,含Cu钢的韧性明显改善,故随着时效温度的提高, Cu对韧性的不利影响相对减弱。

纯净度对Cu时效钢的低温韧性影响很大。图7显示,高纯净度的真空钢(5#)具有优良的低温韧性,上平台冲击功达到200J。在-40℃以上处于上平台温度,50%FATT约为-85℃。即使在-100℃低温下,仍具有100J的冲击功值。与非真空钢相比,真空钢的低温韧性有了大幅度提高。

4.工业试制Cu时效钢的综合性能

在75吨转炉上对Cu时效硬化型高强度船体钢进行了工业试制。钢水经真空精炼后浇铸成250×1050mm连铸坯。钢的化学成分列于表2。钢坯被轧制成12-32mm厚的钢板,并经过固溶+时效处理。表3列出了钢板的基本力学性能。

表2 工业试制钢的化学成分(wt%)

C Si Mn P S Cu Ni Cr Mo Nb Ti Ceq

0.046 0.30 0.600.013 0.003 1.190.850.810.190.02 0.015 0.48

表2中可看出,工业试制钢板达到了超低碳、高纯度、高Cu含量的合金设计要求。钢

的碳当量低(Ceq=0.48),为获得良好的焊接性提供了保证。

表3的结果显示,各种规格的钢板均获得了良好的强韧性配合,在满足575-670MPa的

高屈服强度前提下,仍具有优良的低温韧性,-40℃冲击功达到250-300J,显示出高的韧性

储备。落锤试验结果显示,各种规格钢板零塑性转变温度(NDT)达到-80~-100℃,(见表4),表明钢板具有优良的抵抗低温脆性破坏能力。

表3 工业试制钢的基本力学性能

厚度mm

σs

MPa

σb

MPa

δ5

%

ψ

%

Akv-40℃

J

12 670 725 21 / 273 14 660 715 20 / 294 16 620 680 23 80 295 20 635 710 26 77 278 32 575 660 27 77 284

表4 落锤试验结果

厚度mm NDT温度

试样

型号

12 -100

P-4

14 -85

P-4

16 -85

P-3

20 -80

P-2

32 -85

P-2

5.结语

传统上,船体钢通过高合金化、淬回火处理来获得高强度和高韧性配合。新一代船体钢在合金设计上发生了根本的改变,它是采用低碳甚至超低碳、Cu时效硬化以及微合金化等技术来满足船体钢的要求。该钢显著的特点是在保证高强度和高韧性要求的前提下,具有良好的焊接性。Cu在钢中具有显著的强化效果。添加1%以上的Cu,最大时效析出强化效果可达到270-350MPa,因此,在低碳含量水平下(0.06%)获得了屈服强度高于600MPa级的

高强度船体钢。该钢还具有优良的低温韧性,-40℃冲击功超过250J。工业试制的成功为我国高强度船体钢的升级换代奠定了基础。

参考文献

[1]T.W. Montemarano, etal, “High Strength Low Alloy Steels in Naval Construction”, Journal of

Ship Production, Vol.2, No.3, 1986, p.145-162

[2]“Military Specification: Steel Plate, Sheet, or Coil, Age-Hardening Alloy, Structural, High

Yield Strength (HSLA-80)”, Mil-S-24645(SH), Dept. of the Navy, Washington DC, USA, Sep. 1984

[3]S.W.Thompson, etc, “Continuous-cooling-transformation behavior in HSLA80 steel”,

Metallurgical and Materials Transactions, Vol.27A,(6) 1996, P1557-1571.

[4]D.T.Llewellyn, “Copper in Steels”, Ironmaking and Steelmaking, vol.22, No.1, 1996, P25-34

[5]J.Y.Yoo, etal, “Microstructures and Age Hardening Characeristics of Direct Quenched Cu

Bearing HSLA Steel”, ISIJ International, vol.35, No.8, 1995, P1034-1040

钢结构设计计算公式及计算用表

钢结构设计计算公式及计算用表 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏,应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑,选用合适的钢材牌号和材性。 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢,其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的规定。当采用其他牌号的钢材时,尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Q235钢宜选用镇静钢或半镇静钢。 承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。 对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材,应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时,Q235钢和Q345钢应具有0℃C冲击韧性的合格保证;对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时,对Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证;对Q390钢和Q420钢应具有-40℃冲击韧性的合格保证。 对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证,当结构工作温度等于或低于-20℃时,对Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证;对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时,其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313的规定。 钢材的强度设计值(材料强度的标准值除以抗力分项系数),应根据钢材厚度或直径按表1采用。钢铸件的强度设计值应按表2采用。连接的强度设计值应按表3~5采用。

船体用结构钢的力学性能

船体用结构钢的力学性能 ( 摘自 GB / T712 — 1988 ) 钢材等级 厚度 / mm 屈服 点 σ 5 / MPa 抗拉 强度 σ b / MPa 伸长 率 δ 5 ( % ) V 型冲击试验 温 度 / ℃ 平均冲击吸收功 A kv / J 纵向横向 A ≤ 50 ≥ 235 400 ~ 490 ≥ 22 ——— B ≤ 50 ≥ 235 400 ~ 490 ≥ 22 ≥ 27 ≥ 20 D ≤ 50 ≥ 235 400 ~ 490 ≥ 22 - 10 ≥ 27 ≥ 20 E ≤ 50 ≥ 235 400 ~ 490 ≥ 22 - 40 ≥ 27 ≥ 20 AH3 2 ≤ 50 ≥ 315 440 ~ 590 ≥ 22 ≥ 31 ≥ 22 DH3 2 ≤ 50 ≥ 315 440 ~ 590 ≥ 22 - 20 ≥ 31 ≥ 22 EH3 2 ≤ 50 ≥ 315 440 ~ 590 ≥ 22 - 40 ≥ 31 ≥ 22 AH3 6 ≤ 50 ≥ 355 490 ~ 620 ≥ 21 ≥ 34 ≥ 24 DH3 6 ≤ 50 ≥ 355 490 ~ 620 ≥ 21 - 20 ≥ 34 ≥ 24 EH3 6 ≤ 50 ≥ 355 490 ~ 620 ≥ 21 - 40 ≥ 34 ≥ 24 船体结构用钢板简称船用板。由于船舶工作环境恶劣,船体壳要受海水的化学腐蚀、电化学腐蚀和海生物、微生物的腐蚀;船体承受较大的风浪冲击和交变负荷;船舶形状使其加工方法复杂等因素、所以对船体结构用钢要求严格。首先良好的韧性是最关键的要求,此外,要求有较高的强度,良好的耐腐蚀性能、焊接性能,加工成型性能以及表面质量。为保质量和保证有足够的韧性,要求化学成分的Mn/C在2.5以上,对碳当量也有严格要求,并由船检部门认可的钢厂生产。船体用结构钢分一般厚度和高强度钢两种,一般强度钢按质量分A、B、C和D四个等级;高强度钢又分两个强度级别和三个质量等级;AH32、DH32、EH32、AH36、DH36、EH36。 船体结构用钢板主要用于制造远洋、沿海和内河航运船舶的船体、甲板等的钢板。 产品规格:厚度4.5-50mm、宽度1.0-2.2mm、长度4.0-12.0m。

低合金高强钢的焊接性

低合金高强钢的焊接性 钢铁研究总院田志凌 1 前言 低合金高强(HSLA)钢的焊接性主要包括两个方面,其一是裂纹敏感性,其二是焊接热影响区的力学性能。过去40年,在钢材焊接性的研究方面,我国几代科技工作者进行了卓有成效的工作[1-5]。 在过去的40年,HSLA钢取得了显著进展,精炼技术、微合金钢技术、控轧控冷技术、形变热处理(TMCP)等一些先进技术的应用,使得现代HSLA钢的焊接性大大改善,尤其是HAZ冷列裂纹敏感性大大降低,粗晶区韧性大幅度提高,高效率、大线能量焊接工艺得以应用。然而,新的问题也伴随着出现,如母材的低碳当量高强度化使得冷裂纹从HAZ转移到焊缝金属中,多层焊接头中的局部脆性区问题等。本文将论述HSLA钢制造技术的进步给焊接性带来的变化,以及技术发展趋势。 2 HSLA钢的技术进步及其对焊接性的改善 过去40年,低成本、高性能是钢铁行业技术进步的主要发展方向,从焊接性的角度来看,影响最大的是精炼技术和轧制技术。 2.1 精炼技术的影响 焊接热裂纹、液化裂纹曾经是低碳钢、低合金钢焊接的一个重要问题,随着铁水预处理、碱氧炉炼钢、钢包精炼、真空精炼等精炼技术的采用,钢中S、P等杂质元素的含量越来越低,热裂纹、液化裂纹发生的频率已降得非常低。 以管线钢为例,目前的超纯净冶炼技术能够达到如下水平: P≤20ppm, S≤5ppm, N≤20ppm, O≤10ppm, H≤1.0ppm 此外,上世纪80年代以来,模铸已逐渐被连铸所代替,2001年我国的连铸比已超过90%,高均匀性连铸技术的应用,大大降低了铸坯中间偏析。 一方面,S、P等杂质元素的含量越来越低,另一方面,杂质元素的偏析程度越来越小,因此,HSLA钢焊接性评定中已不再进行热裂纹、液化裂纹敏感性评定。 2.2 轧钢技术和微合金化的影响 在上世纪五、六十年代,最广泛应用的结构钢就是C-Mn钢,钢材的强度主要靠提高C 的含量和合金元素的含量来实现,强度越高,冷裂纹敏感性就越大。 控制轧制的应用始于六、七十年代,控制轧制与正火处理相结合,能够降低钢的碳当量,提高钢材的抗裂性能,同时HAZ的韧性也得到了一定程度的提高。然而,生产力的发展要求采用大线能量焊接,如造船业,焊接效率是加快制造进度、降低成本的关键因素,而对于轧制原有状态和正火状态钢而言,大线能量焊接使得HAZ晶粒变得粗大,同时在粗晶区形成韧性很差的上贝氏体组织,针对这一技术问题,确立了Ti处理技术(1975年之前):根据钢中存在的氮(N)量,适当加入Ti,使TiN成细粒状均匀分布,TiN能够抑制奥氏体晶粒长大,促进晶内铁素体的形核。基于同一机理,微合金化技术得以发展,利用Nb, V, Ti 等微量元素形成细小的碳氮化物生产的细晶粒钢,能够适应较大线能量焊接,图1为Nb, V, Ti三种微合金元素形成的第二相粒子的溶解曲线,由此可见TiN对晶粒长大的阻力最大,Nb(CN)次之,VC最小。

钢结构高强螺栓

钢结构高强螺栓 2010/10/28 16:54:56 钢结构高强螺栓需要性能等级在8.8以上。是用高强度钢制造的,或者需要施以较大预紧力的螺栓,皆可称为高强度螺栓.高强度螺栓多用于桥梁、钢轨、高压及超高压设备的连接.这种螺栓的断裂多为脆性断裂.应用于超高压设备上的高强度螺栓,为了保证容器的密封,需要施以较大的 预应力。 钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级,其中8.8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理(淬火、回火),通称为高强度螺栓,其余通称为普通螺栓。 关于高强度螺栓的几个概念1.按规定螺栓的性能等级在8.8级以上者,称为高强度螺栓.现国家标准只罗列到M39,对于大尺寸规格,特别是长度大于%10~15倍的高强度螺栓,国内生产尚属短线。 高强螺栓与普通螺栓区别 高强度螺栓就是可承受的载荷比同规格的普通螺栓要大。普通螺栓的材料是Q235(即A3)制造的。高强度螺栓的材料35#钢或其它优质材料,制成后进行热处理,提高了强度。两者的区别是材料强度的不同。 从原材料看:高强度螺栓采用高强度材料制造。高强螺栓的螺杆、螺帽和垫圈都由高强钢材制作,常用45号钢、40硼钢、20锰钛硼钢、35CrMoA等。普通螺栓常用Q235(相当于过去的A3)钢制造。 从强度等级上看:高强螺栓,使用日益广泛。常用8.8s和10.9s两个强度等级,其中10.9 级居多。普通螺栓强度等级要低,一般为4.4级、4.8级、5.6级和8.8级。 从受力特点来看:高强度螺栓施加预拉力和靠摩擦力传递外力。普通螺栓连接靠栓杆抗剪和孔壁承压来传递剪力,拧紧螺帽时产生预拉力很小,其影响可以忽略不计,而高强螺栓除了其材料强度很高之外,还给螺栓施加很大预拉力,使连接构件间产生挤压力,从而使垂直于螺杆方向有很大摩擦力,而且预拉力、抗滑移系数和钢材种类都直接影响高强螺栓的承载力。 根据受力特点分承压型和摩擦型.两者计算方法不同。高强螺栓最小规格M12,常用 M16~M30,超大规格的螺栓性能不稳定,设计中应慎重使用。 高强度螺栓摩擦型和承压型连接的区别:高强螺栓连接是通过螺栓杆内很大的拧紧预拉力把连接板的板件夹紧,足以产生很大的摩擦力,从而提高连接的整体性和刚度,当受剪力时,按照设计和受力要求的不同,可分为高强螺栓摩擦型连接和高强螺栓承压型连接两种,两者的本质区别是极限状态不同,虽然是同一种螺栓,但是在计算方法、要求、适用范围等方面都有很大的不同。在抗剪设计时,高强螺栓摩擦型连接是以外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力所提供的可能最大摩擦力作为极限状态,也即是保证连接在整个使用期间内外剪力不超过最大摩擦力。板件不会发生相对滑移变形(螺杆和孔壁之间始终保持原有的空隙量),被连接板件按弹性整体受力。在抗剪设计时,高强螺栓承压型连接中允许外剪力超过最大摩擦力,这时被连接板件之间发生相对滑移变形,直到螺栓杆与孔壁接触,此后连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间的摩擦力共同传力,最后以杆身剪切或孔壁承压破坏作为连接受剪的极限状态。总之,摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓实际上是同一种螺栓,只不过是设计是否考虑滑移。摩擦型高强螺栓绝对不能滑动,螺栓不承受剪力,一旦滑移,设计就认为达到破坏状态,在技术上比较成熟;承压型高强螺栓可以滑动,螺栓也承受剪力,最终破坏相当于普通螺栓破坏(螺栓剪坏或钢板压坏)。 从使用上看:建筑结构的主构件的螺栓连接,一般均采用高强螺栓连接。普通螺栓可重复使用,高强螺栓不可重复使用。高强螺栓一般用于永久连接。 高强螺栓是预应力螺栓,摩擦型用扭矩扳手施加规定预应力,承压型拧掉梅花头。普通螺栓抗剪

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《钢结构设计原理计算题》 【练习1】两块钢板采用对接焊缝(直缝)连接。钢板宽度L=250mm ,厚度t=10mm 。钢材采用Q235,焊条E43系列,手工焊,无引弧板,焊缝采用三级检验质量标准, 2/185mm N f w t =。试求连接所能承受的最大拉力?=N 解:无引弧板时,焊缝的计算长度w l 取实际长度减去2t ,即250-2*10mm 。 根据公式 w t w f t l N

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超高强钢焊接注意事项

超高强钢焊接注意事项 为了降低结构自重、提高承载能力,低合金高强度钢在工矿机械上的应用越来越受重视。近年来屈服强度> 800MPa超高强度钢在国内的工程机械上被普遍采用,以满足工程机械向大型化、轻量化、高效能化方向发展的需求。由于超高强钢合金系统复杂、淬硬性较大,焊接时容易产生冷裂纹;此外超高强钢强度级别高,焊接过程中容易导致包括焊 接热影响区在内的焊接接头脆化。因此防止焊接冷裂纹产生、确保焊接接头具有优良的力学性能是该系列钢材的焊接技 术关键。 焊接材料的选择和匹配超高强度钢由于强度提高,钢材塑性、韧性相应下降。如果仍采用等强原则,选用高组配的焊接接头,焊缝的韧性不容易保证,将可能导致由于焊缝金属韧性不足引起低应力脆性破坏。因此高强钢焊接应采用等韧性原则,选择焊缝韧性不低于基体金属的低组配焊接接头比较合理。采用低强的焊缝金属并不总是意味着焊接接头的强度一定低于母材。根据多年来的焊接接头力学性能试验经验,只要焊缝金属的强度不低于母材的87%,仍可保证接头与母材等强。 当焊接较厚的超高强度钢板材时,在焊缝的不同部位应匹配不同强度级别的焊接材料。即:根部焊道采用低强度焊材打底、

填充与盖面焊道采用高强度焊材;对角焊而言通常采用低强焊材。选用低强焊接材料比选择高强焊接材料的优点在于,焊缝金属的塑韧性储备大、焊接接头延伸性能好,使接头产生裂纹的可能性减小。 超高强钢焊接时应选用超低氢焊接材料,熔敷金属的含氢量应不超过5 ml/100 g(水银法),以尽量减少焊接过程中由焊接材料带入焊接接头的氢含量。同时为了避免吸潮,焊接材料应根据规定进行储存,使用前按要求重新烘焙。预热温度的确定实际焊接过程中应特别重视对超高强度钢对接焊缝和根 部焊道的预热。钢板越厚,预热的必要性越大。预热温度与钢板的当量板厚相关,此外,预热温度应根据实际情况进行相应调整: (1)如果环境湿度大或温度低于5℃ ,则预热温度应再增加25℃ ;如果工件属刚性固定,预热温度也应相应增加; (2)在当量板厚小于极限值,工件温度低于5℃或空气湿度大于65%时,应将工件预热至50~80℃。焊接热输入控制焊接热输入量的变化将改变焊接冷却速度,从而影响焊缝金属及热影响区的组织组成,并最终影响焊接接头的力学性能及抗裂性。为了避免超高强钢焊接时产生焊接冷裂纹和焊缝热影响区韧性的降低,必须严格控制焊接热输入量,控制焊接冷却速度以得到理想的焊缝及焊接热影响区金相组织。冷却时间t8 /5是决定焊后超强钢的性能和焊接接头性能的一个

超高强度船体结构钢的开发现状与趋势

超高强度船体结构钢的开发现状与趋势 发表时间:2018-08-10T15:17:55.367Z 来源:《科技中国》2018年4期作者:汤卫兵黄振毅[导读] 摘要:超高强度船体结构钢在制造领域,通常被用来为海洋平台或者大型船舶提供结构上的强度支撑,促进海洋油气开发工程的顺利推进,有着广阔的应用前景。基于此主要发展情况,本文首先分析当前国内外超高强度船体结构钢的开发现状,同时立足于此主要现状,深入探索在未来的制造业消费市场中,超高强度船体结构钢的发展趋势,希望能够为超高强度船体结构钢的科学应用提供理论层面借 鉴。 摘要:超高强度船体结构钢在制造领域,通常被用来为海洋平台或者大型船舶提供结构上的强度支撑,促进海洋油气开发工程的顺利推进,有着广阔的应用前景。基于此主要发展情况,本文首先分析当前国内外超高强度船体结构钢的开发现状,同时立足于此主要现状,深入探索在未来的制造业消费市场中,超高强度船体结构钢的发展趋势,希望能够为超高强度船体结构钢的科学应用提供理论层面借鉴。 关键词:超高强度船体结构钢;焊接性能;析出粒子 引言:在建造船体结构钢的时候,一定要严格按照船级社的建造规范依次开展施工工艺,使得最终制造出来的船体结构钢质量能够满足船体结构的建造需要。通常来说,船体结构钢的强度有着严格的等级划分标准,其中超高强度结构钢属于强度要求最高的一种类型,要求在建造的时候严格按照强度等级超出420MPa的标准来开展生产工艺,使得最终建造出来的钢强度能够满足大型船舶的运航需求。 一、浅析超高强度船体结构钢的开发现状 (一)生产工艺的开发现状 传统的TMCP技术发展至今,已经逐渐演变成了超高强度船体结构钢的生产工艺。在建造超高强度船体结构钢的时候,技术人员通常会注意将TMCP技术的粗轧温度稳定在1000℃-1050℃之间,接着运用大道次压下量的方法,让形变的部位能够逐渐渗透到板坯心部,使得其中的奥氏体材质逐渐结晶。当前已经出现了新的生产工艺,能够结合大型船舶对超高强度船体结构钢质量的使用需求,大幅优化TMCP生产工艺的性能,使得结晶环节中的材料下压率能够超过40%,再逐渐回温到Ar3温度以上,最后可以通过冷却方法的利用,得到具有细小晶粒的室温组织,这种新型生产工艺的好处便是能够显著增强超高强度船体结构钢大强度[1]。 (二)HY系列的开发现状 超高强度船体结构钢HY系列,主要包括美国研制出来的HY80、HY100以及HY130等系列,还有能够替换HY80的HSLA80系列,以及能够替换HY100的HSLA100系列。HY系列的超高强度船体结构钢具有非常高的强度等级,甚至能够达到550MPa-890MPa,主要是因为HY 系列的超高强度船体结构钢具有大量的Ni物质。当超高强度船体结构钢中的Mn含量能够达到1.6%的时候,Ni的含量能够达到1.02%,这时侯超高强度船体结构钢的强度性能最高,正是因为HY系列的超高强度船体结构钢采用了高Mn+低Ni的成分配置方法,所以该系列的钢结构的强度较高,但是焊接性能有所欠缺。 (三)HSLA系列的开发现状 相比之下,HSLA系列的超高强度船体结构钢在碳当量,以及裂纹敏感系数方面的生产工艺都与HY系列存在着较大的不同。首先,HSLA系列的超高强度船体结构钢显著降低了C、Cr、Ni的含量,同时又增加了Cu、Mo和Mn的含量,使得最终制造出来的HSLA系列超高强度船体结构钢,相较HY100钢要多出大量的Mn、Mo、Ni含量,但是Cr的含量却要少很多,只能在一定程度上改善HY系列超高强度船体结构钢的碳当量以及裂纹敏感系数,也就是说实现了焊接性能的有效改善,并且合金元素也有了极大的改善,整体来说HSLA100系列超高强度船体结构钢逐渐转变成了双向组织的超高强度船体结构。 二、浅析超高强度船体结构钢的发展趋势 (一)Cu析出粒子的优化 目前,国内外超高强度船体结构钢的研发,正在逐步向改善强韧化方法以及保持适当碳当量值的方向发展,以期大幅提高超高强度船体结构钢的强度性能。开发超高强度船体结构钢的时候,引出的析出强化粒子主要为Cu粒子,这种Cu粒子的优势在于能够与超高强度船体结构钢的组织类型、变形程度达到良好的契合,从而加强Cu粒子在界面的偏聚情况,使得析出的Cu粒子激活能开始有所降低。如此一来,通过Mn以及Ni的添加,能够显著降低Cu粒子的临界形核功,继而利用三种元素之前的相互契合与相互作用,有效提升奥氏体的稳定性,最终达到强化超高强度船体结构钢结构强度的效果[2]。 (二)化合物析出粒子 在回火温度升高的条件下,超高强度船体结构钢会析出大量富含Nb、Ti的碳氮化物。这些化合类物质的尺寸基本处于10-20nm之间,在Nb、Ti显著增高的前提下也不会导致超高强度船体结构钢中碳当量的增加,能够有效减缓C原子的扩散速度。在电子搅拌离心力的作用下,细小的钛氧化物粒子开始逐渐向周边扩散,等到冷却之后就能够产生纳米钛氧化粒子,可以有效抵抗奥氏体的生产,从而显著改善超高强度船体结构钢的力学性能,使得最终生产出来的超高强度船体结构钢在质量性能商更为优越,是为未来超高强度船体结构钢的主要发展方向。 (三)焊接性能的提升 焊接性能的提升能够改善超高强度船体结构钢的性能,增强其在结构方面的铸造质量。在目前的生产工艺中,超高强度船体结构钢一旦经受了高温热循环处理,便会导致结构的韧性开始下降,影响到钢结构最后的焊接效果。因此,未来提升超高强度船体结构钢的焊接性能将成为主要的发展方向,目的是为了提高焊接前预热、焊接后回火处理的效果,保证超高强度船体结构钢在生产工艺能够获得良好的焊接效果,继而逐步突破超高强度船体结构钢焊接工艺方面存在的难点,促进超高强度船体结构钢强度等级的提高。 结束语:综上所述,目前我国的超高强度船体结构钢开发正在逐步取得新的进展,面临的各项技术瓶颈也在不断的被突破,未来超高强度船体结构钢还将在我国走向纵深化的发展道路。但是与此同时,技术人员还要意识到超高强度船体结构钢开发过程中存在的技术难点,继而从韧性、强度以及焊接性能等方面出发,全面推动超高强度船体结构钢的研发技术走向质的飞跃,提升船体结构的稳定性。参考文献: [1]雷玄威, 黄继华, 陈树海,等. 超高强度船体结构钢的开发现状与趋势[J]. 材料科学与工艺, 2015, 23(4):7-16. [2]陈佳, 孙明, 隋丹,等. 高强度船体结构钢的现状与发展[J]. 工程技术:全文版, 2016(2):00289-00289.

浅析超高强钢焊接

浅析超高强度钢的焊接 张勇 摘要:针对性地介绍了超高强度钢焊接时如何合理选择工艺参数、存在的主要问题、注意事项及应采取的预防措施。 关键词:超高强度钢;焊接;冷裂纹;疲劳 超高强度钢一般是指屈服强度大于700Mpa的细晶粒高强钢,如:HQ80(鞍钢)、STE690、STE890、STE960(德国)、WELDOX700、WELDOX900、WELDOX960、WELDOX1100(瑞典奥克隆德钢铁公司)等。其焊接存在的主要问题为:焊接氢致裂纹(冷裂纹)、焊接热影响区软化及韧性下降、焊接接头的疲劳等。本文针对高强钢焊接进行比较详细的分析和介绍。 1.高强钢焊接目标: 在焊接接头处获得适当的强度(抗拉强度和疲劳强度),在焊接接头处获得良好的韧性,避免产生冷裂纹。 2.防止冷裂纹措施 2.1 焊前预热 预热对对接焊缝和根部焊道最为重要,焊接过程中和焊接后的温度越高,则氢越易从钢中逸出;钢板越厚,预热的必要性越大,以补偿厚板更快的冷却速度,而且厚板比薄板的碳当量(CE)值更高。工件具体的预热温度和要求见表一与图一,如果不同钢种的焊接或所用焊材的碳当量比母材高,则预热温度由碳当量高的母材或焊材的碳当时决定。 2.2确保焊接面的清洁和干燥 产生冷裂纹的主要原因是有应力存在的焊缝金属中有氢的存在。焊件在组装前应彻底清除坡口表面及附近母材上的各种脏物(例如:氧化皮,铁锈,油污,水份等,这些脏物在焊接时分解出氢而导致焊缝产生延迟纹或气孔,使焊接接头性能受损),

直至露出金属光泽并保证清理范围内无裂纹与夹层等缺陷。 2.3减小构件内应力 通过采用良好的焊接顺序;合理组装,避免强力组对以减少构件的残余应力;焊接组装时应将工件压紧或垫置牢固,以防止因焊接受热而产生附加的应力和变形。 2.4选择含氢量小的焊接材料 选用的焊接材料其熔敷金属含氢量应小于5ml/100g;为了避免吸潮,焊接材料应根据厂家的规定进行储存,使用前按厂应家要求重新烘焙,以免工件在焊后或使用过程中产生延迟冷裂纹。 2.5焊后后热消氢处理 在焊接完成后,立即将焊件后热到150-250℃,并按每毫米板厚不少于5分钟进行恒温处理后缓冷(且总的恒温时间不得小于1小时),确保焊接接头中的残余氢能扩散逸出,减少延迟冷裂纹的产生。 2.5焊后热处理 进行焊后热处理是为了减少焊接残余应力,高强钢焊后一般不进行焊后热处理,热处理会使接头的某些机械性能下降,如:冲击韧性等。只有在设计规则有特殊说明时,方应进行焊后热处理。但应注意其焊后热处理温度不能超过其调质回火温度。 图一: 预热温度测量位置及当量板厚的确定 S3=0 S1= S2 钢板的当量板厚S K=S1+S2+S3,或至少为2倍板厚 S1=距焊缝金属75mm内的平均厚度

钢结构强度稳定性计算书

钢结构强度稳定性计算书 计算依据: 1、《钢结构设计规范》GB50017-2003 一、构件受力类别: 轴心受压构件。 二、强度验算: 1、轴心受压构件的强度,可按下式计算: σ = N/A n≤ f 式中N──轴心压力,取N= 10 kN; A n──净截面面积,取A n= 298 mm2; 轴心受压构件的强度σ= N / A n = 10×103 / 298 = 33.557 N/mm2; f──钢材的抗压强度设计值,取f= 205 N/mm2; 由于轴心受压构件强度σ= 33.557 N/mm2≤承载力设计值f=205 N/mm2,故满足要求! 2、摩擦型高强螺栓连接处的强度,按下面两式计算,取最大值: σ = (1-0.5n1/n)N/A n≤ f 式中N──轴心压力,取N= 10 kN; A n──净截面面积,取A n= 298 mm2; f──钢材的抗压强度设计值,取f= 205 N/mm2; n──在节点或拼接处,构件一端连接的高强螺栓数目,取n = 4; n1──所计算截面(最外列螺栓处)上高强螺栓数目;取n1 = 2; σ= (1-0.5×n1/n)×N/A n=(1-0.5×2/4)×10×103/298=25.168 N/mm2; σ = N/A ≤ f 式中N──轴心压力,取N= 10 kN; A──构件的毛截面面积,取A= 354 mm2; σ=N/A=10×103/354=28.249 N/mm2; 由于计算的最大强度σmax = 28.249 N/mm2≤承载力设计值=205 N/mm2,故满足要求! 3、轴心受压构件的稳定性按下式计算: N/φA n≤ f

常见的钢结构计算公式

2-5 钢结构计算 2-5-1 钢结构计算用表 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏,应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑,选用合适的钢材牌号和材性。 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢,其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700和《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的规定。当采用其他牌号的钢材时,尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Q235钢宜选用镇静钢或半镇静钢。 承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。 对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材,应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时,Q235钢和Q345钢应具有0℃C冲击韧性的合格保证;对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时,对Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证;对Q390钢和Q420钢应具有-40℃冲击韧性的合格保证。 对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证,当结构工作温度等于或低于-20℃时,对Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证;对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时,其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313的规定。 钢材的强度设计值(材料强度的标准值除以抗力分项系数),应根据钢材厚度或直径按表2-77采用。钢铸件的强度设计值应按表2-78采用。连接的强度设计值应按表2-79至表2-81采用。

第五章 船体结构用钢材

第五章船体结构用钢材(4学时) 教学要求:理解CCS关于船体结构用钢的规定。 重点:强度船体结构用钢不同牌号的性能指标。 难点:强度船体结构用钢性能指标测定试验。 教学内容: 随着造船工业的不断发展,造船工业所用的材料,品种越来越多,数量越来越大。例如建造一艘16000吨级多用途集装箱货船,单船体用钢材就需要4600吨,2005年我国造船量为1200万载重吨,消耗钢材400多万吨,由此可见材料对发展造船工业的重要性。 造船材料分为金属材料和非金属材料两大类。 现代船舶的船体结构制造所用材料主要是一般强度船体结构用钢、高强度船体结构用钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢、复合钢板、Z向钢、铝合金、增强塑料等。根据CCS 1998年《材料与焊接》规范和2002、2004年规范修改通报要求,所有金属材料必须从力学性能(强度、塑性、硬度、蠕变)、工艺性能(弯曲、焊接性)、化学成分、脱氧方法、交货状态(热处理)等方面符合规范要求。 第一节船体结构对其金属材料的基本要求 由于船舶工作条件的特殊性和复杂性,因而对制造船体结构的金属材料提出了较高的要求,大致有以下几方面: 一、良好的力学性能 1.强度 强度—金属材料在外力作用下抵抗断裂和变形的能力。 2.塑性 塑性—金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。 3.冲击韧性 冲击韧性—金属材料抵抗冲击载荷和脆性破坏的能力。 4.疲劳强度 疲劳强度—金属材料抵抗外力反复作用下的能力,即在交变载荷无限次作用下不致引起破坏的能力,以бN表示。 5.硬度 硬度—金属材料抵抗比它更硬物体压入表面内的能力。 二、优良的工艺性能 所谓工艺性能是指材料对各种加工方法的适应性。在现代造船中,采用最多的金属材料加工方法是焊接与弯曲。因此,作为船体结构材料必须具有良好的焊接性和优良的承受弯曲加工的性能。 三、良好的耐腐蚀性能 船体结构用金属材料在海水中具有较高的耐腐蚀性能,而目前的一般强度船体结构用钢和高强度船体结构用钢还不能完全满足要求,在海水中的腐蚀都比较严重,据统计碳素钢为0.1毫米/年,含镍合金钢为0.08毫米/年。因此,船舶设计时必须增放腐蚀余量,这就增加了船体自重和材料消耗。

常见的钢结构计算公式

2-5 钢结构计算 2-5-1钢结构计算用表 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏,应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑,选用合适的钢材牌号和材性。 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢,其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定。当采用其他牌号的钢材时,尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Q235钢宜选用镇静钢或半镇静钢。 承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。 对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材,应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时,Q235钢和Q345钢应具有0℃C冲击韧性的合格保证;对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时,对Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证;对Q390钢和Q420钢应具有-40℃冲击韧性的合格保证。 对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证,当结构工作温度等于或低于-20℃时,对Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证;对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时,其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T5313的规定。 钢材的强度设计值(材料强度的标准值除以抗力分项系数),应根据钢材厚度或直径按表2-77采用。钢铸件的强度设计值应按表2-78采用。连接的强度设计值应按表2-79至表2-81采用。 钢材的强度设计值(N/mm2) 表2-77

船舶及海洋工程用结构钢

GB 712-200× 《船舶及海洋工程用结构钢》 国家标准编制说明 《船舶及海洋工程用结构钢》国家标准项目组 二〇〇八年七月

GB 712-200×《船舶及海洋工程用结构钢》 国家标准编制说明 1 工作概况 1.1 任务来源 我国船舶产业经历了从上世纪五、六十年代的发展(60年代初已自主研发成“东风”号万吨轮),九十年代以后快速发展,到目前向高技术含量、大吨位、专业化船舶发展,我国已能自主研发、生产远望号测量船、雪龙号科考船以及30万吨油轮、大型散装货轮、装载万箱的大型集装箱船及LNG船等各种技术先进的大型船舶,使我国已济身世界造船大国行列,正向世界造船强国迈进。 近年来,因中国等新兴发展中国家对矿石、石油等资源的大量需求,国际航运界得到加快发展,新船订单不断增加,我国2010年的新船订单达1.3亿载重吨,已排在世界第一。随着新船订单的持续增加,船舶及海洋工程用结构钢的需求数量和质量都快速增长。到2010年,我国建造的散货船、油船市场占有率将分别提升到世界第一位和世界第二位,集装箱船市场占有率将接近韩国,LNG船市场占有率达到20%以上,成为高新技术船舶重要生产国。届时,造船用钢预计达到1000万吨以上;计划建造海洋平台近80座,需海洋平台用高等级系列钢材约160万吨左右,其中,自升式海洋平台的桩腿、悬臂梁、升降齿条机构等需要460MPa~690MPa钢级及690MPa 以上钢级的高强度或特厚(最大厚度达到259mm)等专用钢。 与此同时,随着近二十年国民经济的快速发展,我国冶金工业也得到了高速发展。特别是近年来,我国钢铁企业技术进步很快,装备和工艺也已经达到世界先进水平。国产船舶和海洋工程用钢的品种不断开发、实物质量大幅提升,不仅在产量上,而且在质量上已能够基本满足我国船舶工业发展的需要,为我国造船业提供了坚实的钢铁基础。全国已有50余条中厚板生产线,产能达5600万吨,在建、拟建10余套3500mm以上轧机,新增产能约1500万吨,许多条生产线工艺装备达到国际一流水平,至2010年中厚板产能将达到7000万吨。从以前大量使用的一般强度级A、B、D和高强度级AH32、AH36、DH32、DH36发展到E、EH32、EH36,直至高强度级的AH40、DH40、EH40、FH40和超高强度钢级的420、460、500、550钢级,甚至有更高强度要求和-196℃冲击试验的特殊船钢(LNG船)。以鞍钢为例:鞍钢的船板产量逐年大幅度提高,2003年销售32万吨,2004年销售70万吨,2005年销售87万吨,2006年销售约110万吨,2007年销售约170万吨,约占国内市场份额的20%左右。船钢等级也由1994年开始CCS认可时的A、B、D、AH32、AH36、DH32、DH36,发展到目前FH550钢级取得九国船级社认可,低温压力容器用9%Ni钢板也取得了CCS、LR、DNV船级社和容标委认可。 我国船钢出口也在逐年增加,主要出口对象是目前世界上最大的造船国--韩国的现代、三星、大宇以及STX等企业,部分出口日本、美国、欧洲等国家和地区。 GB/T 712-2000《船体用结构钢》国家标准实施的几年来,对当时的船钢发展和钢厂工艺技术进步起到了积极的促进和推动作用,但因船东委托船级社对船舶进行监造,船钢均需通过船级社认可,按船规交货及验收,所以,执行国家标准的船用钢材的量较小。按国家标准体系和标准要充分反映出钢厂在船钢方面的科研成果,并使之快速商品化,及提高产品实物质量,与国外先进标准接轨、促进技术进步,根据全国钢标准化技术委员会SAC/TC183钢标委[2008]01号《关于下达全国钢标委2008年第一批国家标准制修订计划项目的通知》安排(第70项计划编号20077223-Q-605),将推荐性国家标准--GB/T 712-2000《船体用结构钢》修订为强制性国家标准--GB 712-200×《船体及海洋工程用结构钢》。 从当今国际上高强度、超高强度船钢发展看,普遍采用低碳含量(低碳当量),微合金化,控轧控冷、热处理等工艺技术路线。微合金元素的加入不但能起到提高强度,补偿降低碳含量所带来的强度损失,同时他们对提高钢材的焊接性能、力学和工艺性能。从我国钢厂装备和技术水平来看,能够达到高强度、高韧性、高焊接性能,以及厚度方向性能等要求。因此,此次修订GB/T 712,等同采用国外先进标准(各国船级社规范)、引用国家基础标准,纳入高强度、超高强度的新钢级,技术水平比原标准有较大幅度的提高,使本标准能够满足新型现代化大型船舶的设计和建造要求,并能促进我国生产船钢实物质量稳定提高和达到国际先进水平,也能推动企业技术进步,为我国企业加入国际市场竞争创造更有利的条件,标准水平要达到国际先进水平。

Q460低合金高强度钢的焊接工艺分析

Q460低合金高强度钢的焊接工艺分析 蔺云峰(山西焦煤霍煤电集团机电总厂,山西霍州,031412) 摘要:介绍了Q460低合金结构钢的主要成分、力学性能,给出了焊接Q460低合金高强度钢的焊接应选用的焊接材料和焊接设备,对焊接过程中存在的主要问题提出了解决的办法。关键词:Q460;焊接工艺;焊接性能 液压支架的作用是有效地支撑工作面的顶板,隔离采空区,防止矸石进入回采工作面和推进输送机。它与采煤机和输送机配套使用,实现采煤综合机械化。其使用寿命取决于本身结构的质量。由于支架结构件工作环境恶劣,使用过程中承受动、静载荷,存在应力腐蚀现象等。为了保证支架结构件在使用过程中动作可靠,支架尺寸稳定性的要求,以及预防焊接过程中产生冷裂纹、热裂纹及气孔现象,我公司液压支架结构件大多采用Q460低合金高强度钢。经过反复试验,我们完善了Q460低合金高强度钢的焊接工艺。 1.Q460低合金结构钢主要成分及力学性能 (1)Q460低合金高强度钢是在16Mn钢的基础上加入Cr,Ni,V,Ti等合金元素炼制而成。钒和钛的加入,能使钢材强度增高,同时又能细化晶粒,减少钢材的过热倾向。Q460低合金高强度结构钢的力学性能见表1,Q460低合金高强度结构钢的成分见表2。 (2)焊接性分析。低合金钢焊接具有热裂纹、冷裂纹、淬硬倾向及氢致裂纹敏感性强等主要特点。碳当量是判断焊接性最简便的方法之一。碳当量是指把钢中合金元素(包括碳的含量)按其作用换算成碳的相当含量。随着碳当量的增加,钢的塑性急剧下降,并且在高应力的作用下,产生焊接裂纹的倾向也大为增加,焊接时有明显的淬硬倾向。因此焊接时,需较小的热输入。同时,氢致裂纹是低合金结构钢焊接接头最危险的缺陷,所以需要采取适当预热,控制线能量等工艺措施。 表1 Q460低合金高强度结构钢的力学性能 牌号屈服强度σs/MPa 抗拉强度/MPa 伸长率δ5/% Q460 460 550~720 17 表2 Q460低合金高强度结构钢的成分(%) w(C)w(Si)w(Mn)w(S)w(P)5w(Cr)w(Ni)w(Ti)w(Nb) ≤0.2 ≤0.55 1.0~1.7 ≤0.035 ≤0.03 ≤0.7 ≤0.7 0.02~0.2 0.015~0.06 2.焊接材料及焊接设备的选用 (1)结合性能与使用性能是选用焊材的决定因素。对焊缝的力学性能要求,抗拉强度就是由结合性能与使用性能决定的。同时,考虑等强度的原则,选择H08MnMoA焊丝. (2)点焊时选用E5515碱性焊条,此焊条熔敷金属抗拉强度最小值为550MPa,适用于全位置焊接,药皮为低氢钠型。采用直流反接焊接。用此焊条,由于脱氧完全,合金过渡容易,能有效地降低焊缝中的氢、氧、硫;焊缝中的力学性能和抗裂性能均比酸性焊条好。焊接时采用短弧焊。 (3)焊接设备选用OTC500CO2气体保护焊机。采用CO2气体保护焊的焊接方法,其焊接效率高,没有熔渣,熔池可见度好,热量集中,焊接热影响区窄,焊接变形小,焊接接头含氢量低。焊接工艺参数见表4 焊接焊丝直径/焊丝伸出长度/焊接电流/电弧电压气体流量/ 层次mm mm A /V (L/min) 打底焊 1.2 20 90~110 18~20 10~15 填充焊 1.2 20 220~240 24~26 20

钢结构计算题

1试验算焊接工字形截面柱(翼缘为焰切边),轴心压力设计值为N =4500KN ,柱的计算长度 m l l 0.6oy ox ==,Q235钢材,截面无削弱。(14分) 已知 y f t b 235 )1.010(1λ+≤ y f t h 235 )5.025(0λω+≤ b 类截面 450×12 500×20

2.计算图示两侧焊连接的焊缝长度。已知N=900kN(静力荷载设计值),手工焊,焊条E43型,

3. 两钢板截面—18×400,两面用盖板连接,钢材Q235,承受轴心力设计值N=1181kN,采用M22普通C级螺栓连接,d0=23.5mm,按下图连接。试验算节点是否安全。(14分)

4. 如图所示焊接连接,采用三面围焊,承受的轴心拉力设计值。钢材为Q235B ,焊条为E43型,,试验算此连接焊缝是否满足要求。已知 (14分) KN N 1000=2 160mm N f w f =

5. 一两端铰接的拉弯杆。截面为I45a 轧制工字钢,材料用Q235钢,截面无削弱,静态荷载。试确 定作用于杆的最大轴心拉力的设计值。已知I45a 的截面特征和质量为: 2 mm 10240=A , mm 4.177=x i , 4 6mm 1043.1?=x W ,x γ=1.05。(14分)

6. 钢材Q235B 注: 7、验算图示采用10.9级 M20摩擦型高强度螺栓连接的承载力。已知,构件接触面喷砂处理,钢材Q235-BF ,构件接触面抗滑移系数μ=0.45,一个螺栓的预拉力设计值P =155 kN 。(13分) f t

EH50高强度船体结构钢的组织和性能研究

EH50高强度船体结构钢的组织和性能研究 摘要 高强度结构钢主要应用于造船业,本文分析了控制轧制和控制冷却的工艺,以及控轧控冷对EH50船体结构钢的组织和性能的影响,测定了500MPa级船板钢的再结晶曲线和CCT曲线,通过对工艺分析及金相实验结果分析,得出以下几个结论: (1)开轧温度设为900℃左右,终轧温度为870℃左右,未结晶区总的压下率控制70%左右,轧后控冷,开冷温度830℃左右,终冷温度770℃,冷速5℃/S,这样的工艺得到的钢的综合性能好。 (2)粗轧对奥氏体晶粒形态变化明显,主要是由于微合金元素的加入,使铁素体晶粒不均,带状组织严重。 (3)Nb在微合金钢中有不同的析出温度,同时析出的Nb(C,N)对再结晶产生强烈的抑制作用。 关键词:TMCP;船板钢;组织;微合金

目录

1引言 船体结构用钢简称船板钢,主要用于制造远洋、沿海和内河航运船舶的船体、甲板等。船舶工作环境恶劣,船体外壳要承受海水的化学腐蚀、电化学腐蚀和海生物、微生物的腐蚀;还要承受较大的风浪冲击和交变负荷作用;再加上船舶加工成型复杂等原因,所以对船体结构用钢要求严格。良好的韧性是最关键的要求,此外,要有较高的强度,良好的耐腐蚀性能、焊接性能,加工成型性能以及表面质量。其Mn/C比值应在2.5以上,对碳当量也有严格要求,并由船检部门认可的钢厂生产。 近几年船体结构钢的研究开发和生产技术有了很大发展,这主要是以新材料的开发和对材料的各项物理化学性能的深入研究、冶炼新工艺的出现和对热轧板带和中厚板生产工艺的不断开发以及国家海洋事业发展要求为前提的。但是同发达国家相比,中国中厚板生产和工艺水平还较落后,高技术含量、高附加值的高等级别船板需大量进口。国内的钢厂主要生产400MPa以下低合金高强度船体结构钢,但其产品大多需要辅以热处理才能合格。另一方面,造船技术的发展,船舶的大型化、高速化、海洋油气田的开发,为高强度船体结构钢的应用开创了美好前景。这就要求钢铁工业提供更多高强度、高精度、具有良好低温冲击韧性、焊接性能的船板。 造船工业的发展加速了对船板数量的需求。随着造船工业的发展,对船板性能的要求也越来越高。除了要求具有高的强度和优良的低温冲击韧性外,对材料的可焊性和表面质量等的要求也在不断提高。如目前我国大型集装箱船正在大量使用EH40、FH40等具有高强度、良好低温冲击韧性的船板。 1.1船板钢的技术要求 综观各国船级社的规范与要求。除了需常规的化学成分和力学性能外,还有以下要求: 船板钢的冶炼要求如下: (1)铁水进行预脱硫处理。 (2)转炉终点碳控制在0.06%~0.10%。 (3)挡渣出钢,钢包加合成渣。 (4)钢包脱氧合金化,进精炼站前钢中酸溶铝含量达到0.004%~0.005%。

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