Q345鋼板力學性能時效性的探究

宋鴻印,王勇,項美輝,曾遠新,李健,馬曉云

（新疆八一鋼鐵股份有限公司制造管理部）

1 問題的提出

八鋼公司生產的Q345鋼板在自然條件下放置一些時間后，鋼板力學性能會發生一些變化，即鋼發生了時效性。時效性是金屬材料的性能隨著時間而發生變化的一種現象，如果不能對金屬材料的時效性有效控制，將無法保證所生產板材的力學性能到用戶手中都符合國標要求。因此，針對Q345鋼板進行了力學性能隨時間變化的時效試驗，通過試驗尋找出時效規律及提出預防措施。

2 試驗方法

2.1 取樣

選2批八鋼中厚板廠生產的Q345板材，批號1C1834-17，20mm厚的編為A， 批 號210365-23，12mm厚的編為B。兩批鋼的熔煉化學成分見表1。

表1 試驗用鋼的熔煉化學成分 %

試驗樣從該批鋼板的尾板上沿軋制方向依次取6組樣坯，每組樣坯取2個拉伸試樣。取樣嚴格按國標GB/T2975進行。A板、B板試樣的選取和編號見表2。

表2 A、B板的取樣部位及編號

2.2 化學成分分析

取 A1、A3、A6，B1、B3、B6 拉伸斷樣的短殘樣，試樣編號，用光譜儀測定化學成分。

2.3 金相檢驗

取A1、B1拉伸斷樣的長殘樣，試樣編號后制備金相試樣，用萊卡DMI5000M金相顯微鏡觀察金相組織，晶粒度，夾雜物情況。

2.4 氫含量測定

取 A01、A02、A03、A04、A05、A06，B01、B02、B03、B04、B05、B06拉伸斷樣的長殘樣，試樣編號后，上車床車成長30mm、直徑5mm的棒樣，送至快分室用定氫儀測定氫含量。

2.5 拉伸試驗

6組試樣按順序分別在軋后的第1天、第2天、第3天、第5天、第7天、第15天進行拉伸試驗，以2根試樣的平均值作為一個數據。所有拉伸試驗都在微機控制電子萬能試驗機600kN上進行。試驗采用自動拉伸試驗程序，應力速率選10MPa/s，在測定屈服點后，速率控制在30mm/min。按規范操作，盡可能避免人為操作帶來的影響。

3 試驗結果及分析

3.1 化學成分分析

A板、B板的化學成分見表 3，符合國標GB/T1591-2008《低合金高強度結構鋼》要求。

表3 A板、B板的化學成分 %

結合表1和表3中A板、B板的化學成分看，隨著軋制后試樣放置時間的變化化學成分基本平穩。

3.2 金相組織、晶粒度、夾雜物

金相組織、晶粒度、夾雜物見表4。

表4 金相組織、晶粒度、夾雜物

3.3 氫含量分析

氫含量測定結果見表5。

表5 氫含量測定結 (10-4%)

從表5中氫含量測定結果看，隨軋后試樣放置時間的變化，氫含量在軋后1～15天內均下降，軋后1～3天內下降明顯，5天以后趨于平穩。

3.4 時效試驗分析

屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率隨軋后試樣放置時間的變化曲線見圖1、2、3，圖中試樣號1、2、3、4、5、6對應為第1天、第2天、第3天、第5天、第7天、第15天。

圖1 屈服強度隨軋制后試樣放置時間的變化

圖2 抗拉強度隨軋制后試樣放置時間的變化

圖3 斷后伸長率隨軋制后試樣放置時間的變化

從圖1、2、3可知，A板、B板的力學性能符合國標GB/T1591-2008《低合金高強度結構鋼》要求。從檢驗結果看，A板的抗拉強度比B板的高10MPa，B板的屈服強度比A板的低25MPa，主要是由于A板的碳含量比B板低0.01%，A板的硅含量比B板高0.04%，A板的錳含量比B板高0.02%，同時A板的晶粒度比B板的細，見表6。

表6A板與B板化學成分、晶粒度和強度的對比

由屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率隨軋后試樣放置時間的變化曲線圖可見，隨著軋后試樣放置時間的延長，厚度20mm和厚度12mm的Q345板，屈服強度在軋后1～5天內均下降，在軋后1～3天內下降明顯，5天以后趨于平穩。厚度20mm的Q345板，在軋后1～5天內屈服強度下降9 MPa，厚度12mm的Q345板，在軋后1～5天內屈服強度下降8 MPa。而抗拉強度和斷后伸長率隨軋后放置時間的延長，數值在軋后1～5天內上下波動，5天以后趨于平穩。試驗結果：綜合實驗數據可看出，Q345板材隨軋后試樣放置時間的變化化學成分基本平穩，氫含量的變化與屈服強度的變化相對應，屈服強度降低的原因與鋼中氫的逸出有關。鋼中的氫在晶界或晶內的缺陷處偏聚，阻礙位錯運動，由于氫原子半徑小，擴散能力較強，軋后放置時間的延長，它不斷從鋼中逸出表面，造成阻礙位錯運動的能力減小，表現出屈服強度降低。

4 結束語

Q345鋼板力學性能時效性試驗表明：（1）Q345板材隨軋后放置時間的延長，出現屈服強度下降的現象，其原因與鋼中氫的逸出有關；（2）抗拉強度和斷后伸長率隨軋后放置時間的延長，數值上下波動，變化不大。

為保證生產的Q345鋼板力學性能都符合國標要求，目前八鋼公司針對Q345鋼板提高了Q345板材企業內控標準，屈服強度比國標高10 MPa，要求屈服強度≥355 MPa。