CN110421285A - 一种含镁钢板耐大热输入的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含镁钢板耐大热输入的评价方法，通过扫描电镜统计计算抛光的待测钢板含镁夹杂物平均面密度拟合焊接坡口角度不同时钢板所能满足最大焊接热输入和含镁夹杂物面密度关系式
Description
技术领域
本发明属于钢材评价技术领域，具体涉及一种含镁钢板耐大热输入的评价 方法。
背景技术
耐大热输入钢板，是指采用比一般焊接条件高得多的焊接热输入量而仍能 保证焊接热影响区低温冲击韧性的高附加值钢板。传统焊接施工中，常常将焊 接热输入量≥50kJ/cm即称之为大热输入量焊接。
FCB法和气电立焊为大热输入量焊接，可实现20-40mm厚度钢板的一次焊接 成型，因此，耐大热输入量钢板要适应FCB和气电立焊，焊接热输入量通常在 200kJ/cm以上。
氧化物冶金技术是钢板能实现大热输入量焊接的关键技术；该技术通过在 钢板中形成特定类型和尺寸的弥散分布的氧化物粒子，以此来改善大热输入焊 接条件下的焊接热影响区低温韧性。焊接热输入量越大、意味着高温停留时间 越长；由于含镁氧化物熔点高，热稳定性高，高温阶段不熔化，冷却过程中的 固相转变还可以促进奥氏体晶内形核提高韧性，因此，加镁氧化物冶金路线是 开发耐大热输入量钢板的有效路径。由于镁元素是微量元素，且只有在钢板内 形成有效的氧化物才能对钢板耐大热输入性能起到有益作用，单纯采用化学手 段测量镁元素测量并不能成为评判钢板耐大热输入性能的有效手段。
采用多轮焊接试验也可以测定耐大热输入量焊接性能，但有以下缺点：1) 试验过程和性能测试繁琐、周期长；2)需要专用设备配合，大多数单位不具备 试验能力；3)需要消耗钢板、焊材等，成本高。
对于钢板来说，尤其是对于含镁的耐大热输入量钢板来说，缺乏一种简便、 高效的评价方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种含镁钢板耐大热输入的 评价方法，本发明通过拟合焊接坡口角度不同时钢板所能满足最大焊接热输入 和含镁夹杂物面密度关系式，简便、高效地定量评价含镁钢板所耐热输入。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种含镁钢板耐大热输入的评价方法，包括以下步骤：
(1)将待测钢板抛光，使表面光洁无异物；
(2)通过扫描电镜统计计算含镁夹杂物平均面密度
(3)钢板所能满足最大焊接热输入其中：θ为钢板焊 接时的坡口角度，单位为rad，单位为个/mm2，λmax单位为kJ/cm，公式中单位 不参与计算。
进一步，所述的含镁钢板耐大热输入的评价方法中含镁夹杂物平均面密度计算方法：扫描电镜统计待测钢板不同位置的测量面积为0.2-3μm2的含镁夹杂 物面密度a1，a2，a3……an，
进一步，所述的含镁钢板耐大热输入的评价方法中钢板的焊接采用两面成 型自动焊或气电立焊，焊接坡口为V型。
与现有技术相比较，本发明至少具有如下有益效果：
1.本发明通过拟合不同焊接坡口角度时，钢板所能满足最大焊接热输入和 含镁夹杂物面密度的关系式，使得含镁钢板所能承受最大焊接热输入量有规律 可循。
2.本发明针对钢板的焊后评价，可节省大量人力物力，大大提高生产效率。
附图说明
图1为实施例1和对比实施例1中的焊接坡口；
图2为实施例2和对比实施例2中的焊接坡口；
图3为实施例3、对比实施例3、实施例4和对比实施例4中的焊接坡口；
图4为实施例5和对比实施例5中的焊接坡口。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案做进一步说明：
一种含镁钢板耐大热输入的评价方法，包括以下步骤：
(1)将待测钢板抛光，使表面光洁无异物；
(2)由于镁元素百分比含量和含镁夹杂物面密度并不成正比例关系，即镁 元素百分比含量低，含镁夹杂物面密度并不一定低。因此，优选使用扫描电镜 统计待测钢板不同位置的测量面积为0.2-3μm2的含镁夹杂物面密度a1，a2， a3……an，计算含镁夹杂物平均面密度
(3)由于粗晶区低温冲击韧性最差，随着坡口角度增大，粗晶区所占冲击 缺口位置比例减小，因此钢板所能承受最大焊接热输入还和坡口角度有关。在 忽略其它氧化夹杂物对钢板影响的条件下，拟合焊接坡口角度不同时钢板所能 满足最大焊接热输入和含镁夹杂物面密度关系式。钢板所能满足最大焊接热输 入其中：θ为钢板焊接时的坡口角度，单位为rad，单位 为个/mm2，λmax单位为kJ/cm，公式中单位不参与计算。用公式计算出的最大热 输入进行焊接试验，焊接接头力学性能需满足国标最低要求。
本发明中含镁钢板耐大热输入的评价方法适用于钢板的两面成型自动焊或 气电立焊，焊接坡口为V型。
以下结合附图及若干较佳实施例对本发明的技术方案作详细说明：
实施例1
炼钢不同炉次A#和B#生产的船用钢板EH36-Z35，镁元素百分比含量均为 0.0007，并用本发明中含镁钢板耐大热输入的评价方法测量含镁夹杂物平均面密 度如表1，可看出镁元素百分比含量相同的情况下，含镁夹杂物面密度并不 一定相同。
表1 Mg(wt％)和含Mg夹杂物面密度对应表
每炉钢准备两副25mm厚试板进行气电立焊，焊接坡口为V型，坡口角度 为π/18，如图1所示。根据钢板所能满足最大焊接热输入计算出钢板所能满足最大焊接热输入，用两种小于λmax的焊接热输入进行焊接， 并对熔合线FL和FL+2mm做-40℃冲击。按照国标GB 712-2011要求，EH36 的-40℃冲击值大于34J即为合格。表2可看出，当λ<λmax时，FL和FL+2mm位 置的-40℃冲击平均值全部合格。
表2实施例1中熔合线FL和FL+2mm的-40℃冲击值
对比例1
采用和实施例1相同的不同炉次A#和B#生产的船用钢板EH36-Z35，分别 准备两副坡口角度为π/18的焊接试板，如图1所示。因此，船用钢板最大焊接 热输入与实施例1中相同。分别用两种焊接热输入进行焊接，并对熔合线(FL) 和FL+2mm做-40℃冲击。按照国标GB712-2011要求，EH36的-40℃冲击值大 于34J即为合格。
表3可看出，当λ<λmax时，FL和FL+2mm位置的-40℃冲击平均值全部合格； 当λ>λmax时，FL和FL+2mm位置的-40℃冲击平均值不合格。
表3对比例1中熔合线FL和FL+2mm的-40℃冲击值
实施例2
炼钢不同炉次C#和D#生产的船用钢EH36-W200，镁元素百分比含量为 0.0013，并用本发明中含镁钢板耐大热输入的评价方法测量含镁夹杂物平均面密 度如表4。可看出镁元素百分比含量相同的情况下，含镁夹杂物面密度并不 一定相同。
表4 Mg(wt％)和含Mg夹杂物面密度对应表
| 炉序号 | C# | D# |
| Mg(wt％) | 0.0013 | 0.0013 |
| 含镁夹杂物面密度(个/mm<sup>2</sup>) | 73 | 92 |
每炉钢准备两副35mm厚试板进行气电立焊，焊接坡口为V型，坡口角度 为π/8，如图2所示。根据钢板所能满足最大焊接热输入计 算出钢板所能满足最大焊接热输入，用两种小于λmax的焊接热输入进行焊接，并 对熔合线(FL)和FL+2mm做-40℃冲击。按照国标GB 712-2011要求，EH36 的-40℃冲击值大于34J即为合格。表2可看出，当λ<λmax时，FL和FL+2mm位 置的-40℃冲击平均值全部合格。
表5实施例2中熔合线FL和FL+2mm的-40℃冲击值
对比例2
采用和实施例2相同的不同炉次C#和D#生产的船用钢板EH36-W200，分 别准备两副坡口角度为π/8的焊接试板，如图2所示。因此，钢板最大焊接热输 入与实施例1中相同。用两种焊接热输入进行焊接，并对熔合线(FL)和FL+2mm 做-40℃冲击。按照国标GB 712-2011要求，EH36的-40℃冲击值大于34J即为 合格。
表3可看出，当λ<λmax时，FL和FL+2mm位置的-40℃冲击平均值全部合格； 当λ>λmax时，FL和FL+2mm位置的-40℃冲击平均值不合格。
表6对比例2中熔合线FL和FL+2mm的-40℃冲击值
实施例3
炼钢炉次E#生产的桥梁用钢Q420qE-W200，镁元素百分比含量为0.0015， 并用本发明中含镁钢板耐大热输入的评价方法测量含镁夹杂物平均面密度 准备两副40mm厚试板进行FCB焊(两面成型自动焊)，坡口角 度为π/6，如图3所示。根据钢板所能满足最大焊接热输入计算出钢板所能满足最大焊接热输入，另用两种焊接热输入进行焊接，并对熔 合线FL和FL+2mm做-40℃冲击。根据国标GBT 714-2008要求，Q420qE的-40℃ 冲击值大于47J即为合格。表7可看出，当λ<λmax时，FL和FL+2mm位置的-40℃ 冲击平均值全部合格；当λ>λmax时，FL和FL+2mm位置的-40℃冲击平均值不 合格。
表7实施例3中熔合线FL和FL+2mm的-40℃冲击值
对比例3
采用和实施例3相同的炉次E#生产的桥梁用钢Q420qE-W200，准备六副坡 口角度为π/6的焊接试板，如图3所示。用六种焊接热输入进行焊接，并对熔合 线FL和FL+2mm做-40℃冲击。根据国标GBT 714-2008要求，Q420qE的-40℃ 冲击值大于47J即为合格。以多轮焊接试验的方法找出Q420qE-W200所能满足 最大焊接热输入λmax，如表8，可得Q420qE-W200所能满足最大焊接热输入260 kJ/cm<λmax<290kJ/cm。
表8对比例3中熔合线FL和FL+2mm的-40℃冲击值
采用多轮焊接试验的方法确定桥梁用钢Q420qE-W200所能满足最大焊接热 输入，材料耗损多、效率低。
实施例4
炼钢炉次F#生产的建筑结构用钢Q420GJE-W200，镁元素百分比含量为 0.0014，并用本发明中含镁钢板耐大热输入的评价方法测量含镁夹杂物平均面密 度 准备两副30mm厚试板进行FCB焊(两面成型自动焊)，坡 口角度为π/6，如图3所示。根据钢板所能满足最大焊接热输入 计算出钢板所能满足最大焊接热输入，另用两种焊接热输 入进行焊接，并对熔合线(FL)和FL+2mm做-40℃冲击。根据国标GBT 19879-2005要求，Q420GJE的-40℃冲击值大于34J即为合格。表9可看出，当 λ<λmax时，FL和FL+2mm位置的-40℃冲击平均值全部合格；当λ>λmax时，FL 和FL+2mm位置的-40℃冲击平均值不合格。
表9实施例4中熔合线FL和FL+2mm的-40℃冲击值
对比例4
采用和实施例4相同的炉次F#生产的建筑结构用钢Q420GJE-W200，准备 六副坡口角度为π/6的焊接试板，如图3所示。用六种焊接热输入进行焊接，并 对熔合线FL和FL+2mm做-40℃冲击。根据国标GBT 19879-2005要求，Q420GJE 的-40℃冲击值大于34J即为合格。以多轮焊接试验的方法找出Q420GJE-W200 所能满足最大焊接热输入λmax，如表10，可得Q420GJE-W200所能满足最大焊 接热输入220kJ/cm<λmax<240kJ/cm。
表10对比例4中熔合线FL和FL+2mm的-40℃冲击值
采用多轮焊接试验的方法确定建筑结构用钢Q420GJE-W200所能满足最大 焊接热输入，材料耗损多、效率低。
实施例5
炼钢炉次G#生产的油气储罐钢S610E-W200，镁元素百分比含量为0.0006 的，用本发明中含镁钢板耐大热输入的评价方法测量含镁夹杂物平均面密度 准备两副25mm厚试板进行气电立焊，坡口角度为π/10，如图4 所示。根据钢板所能满足最大焊接热输入计算出钢板所能 满足最大焊接热输入，另用两种焊接热输入进行焊接，并对熔合线FL和FL+2mm 做-40℃冲击。按照国标GB 713-2008要求，S610E的-40℃冲击值大于34J即为 合格。表9可看出，当λ<λmax时，FL和FL+2mm位置的-40℃冲击平均值全部合 格；当λ>λmax时，FL和FL+2mm位置的-40℃冲击平均值不合格。
表9实施例5中熔合线FL和FL+2mm的-40℃冲击值
对比例5
采用和实施例5相同的炉次G#生产的油气储罐钢S610E-W200，准备六副 坡口角度为π/10的焊接试板，如图4所示。用六种焊接热输入进行焊接，并对 熔合线(FL)和FL+2mm做-40℃冲击。按照国标GB 713-2008要求，S610E的 -40℃冲击值大于34J即为合格。以多轮焊接试验的方法找出S610E-W200所能 满足最大焊接热输入λmax，如表10，可得S610E-W200所能满足最大焊接热输 入170kJ/cm<λmax<190kJ/cm。
表10对比例5中熔合线FL和FL+2mm的-40℃冲击值
采用多轮焊接试验的方法确定油气储罐钢S610E-W200所能满足最大焊接 热输入，材料耗损多、效率低。
由实施例1、对比例1、实施例2和对比例2可看出本发明所拟合的最大焊 接热输入公式真实可靠。
由实施例3、对比例3、实施例4、对比例4、实施例5和对比例5可看出 本发明所述的含镁钢板耐大热输入的评价方法较传统方法省时省力且简单高 效。
除上述实例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或者等效 变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (3)
1.一种含镁钢板耐大热输入的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待测钢板抛光，使表面光洁无异物；
(2)通过扫描电镜统计计算含镁夹杂物平均面密度
(3)钢板所能满足最大焊接热输入其中：θ为钢板焊接时的坡口角度，单位为rad，单位为个/mm2，λmax单位为kJ/cm，公式中单位不参与计算。
2.根据权利要求1所述的含镁钢板耐大热输入的评价方法，其特征在于，所述含镁夹杂物平均面密度计算方法：扫描电镜统计待测船板钢不同位置的测量面积为0.2-3μm2的含镁夹杂物面密度a1，a2，a3……an，
3.根据权利要求1所述的含镁钢板耐大热输入的评价方法，其特征在于，所述钢板的焊接采用两面成型自动焊或气电立焊，焊接坡口为V型。
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