某燃?xì)廨啓C(jī)底盤材料的國(guó)產(chǎn)化研究

何 成 張健月 俞胤杰 馬思亮 白東方 陳泓波 張春梅(. 杭州汽輪動(dòng)力集團(tuán)有限公司，浙江006；. 杭州汽輪鑄鍛有限公司，浙江06；

3. 杭州汽輪機(jī)股份有限公司，浙江310003)

我公司與某國(guó)外企業(yè)合作生產(chǎn)某型號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)，為保證該型號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)在低溫環(huán)境中能安全穩(wěn)定服役，底盤材料選用了耐低溫的S355J2。

S355J2為歐洲標(biāo)準(zhǔn)熱軋結(jié)構(gòu)鋼里的耐候鋼，適合在低溫環(huán)境下使用。公司在國(guó)產(chǎn)化過程中初定采用Q345D，但在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)由于Q345D使用量較少導(dǎo)致采購(gòu)費(fèi)用過高，而公司庫(kù)存有大量的Q345R鋼板，因此研究分析了采用Q345R替代S355J2的可行性。

1 材料國(guó)產(chǎn)化可行性分析

1.1 材料標(biāo)準(zhǔn)比較

S355J2來自EN 10025-2:2004《結(jié)構(gòu)鋼熱軋產(chǎn)品 第2部分：非合金結(jié)構(gòu)鋼交貨技術(shù)條件》，而在需方相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中做出了更詳細(xì)的要求，主要強(qiáng)調(diào)了該類鋼材在驗(yàn)收時(shí)必須滿足-20℃時(shí)的沖擊吸收能量值要求。

以上幾種材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能要求見表1與表2。

1.2 低溫沖擊試驗(yàn)

表1 化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition requirements (mass fraction,%)

為保證Q345R在-20℃時(shí)的性能，我們針對(duì)Q345R、Q345D和Q345B三種材料各取了六根試樣進(jìn)行低溫沖擊試驗(yàn)，來驗(yàn)證其低溫性能，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表2 力學(xué)性能要求Table 2 Mechanical properties requirements

表3 低溫沖擊試驗(yàn)Table 3 Impact tests at low temperature

需方選用的S355J2要求在-20℃時(shí)沖擊吸收能量值應(yīng)>27 J，而通過一系列的低溫沖擊試驗(yàn)可以看出，用于參照的Q345B在低溫環(huán)境下的沖擊吸收能量值已明顯低于要求，而Q345R和Q345D則遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)值。也就是說，當(dāng)環(huán)境溫度為-20℃時(shí)，使用Q345B無法滿足要求，而選用Q345R或Q345D均可滿足要求。

1.3 雜質(zhì)元素的影響

Q345是使用非常廣泛的低合金鋼，而區(qū)分Q345B、Q345D和Q345R的最主要因素就在于鋼中雜質(zhì)元素含量的差異。從標(biāo)準(zhǔn)的要求上可以看出，Q345B的P和S含量均要求≤0.035%，Q345D則是要求P≤0.025%和S≤0.020%，而Q345R則要求P≤0.025%和S≤0.010%。

在鋼的冶煉過程中，P會(huì)形成共晶偏析于晶界，從而降低鋼的塑性和韌性，提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度并增加低溫脆性；而S則會(huì)形成熔點(diǎn)較低的FeS等硫化物，降低鋼中晶界的結(jié)合力，從而降低鋼的塑性和韌性并增加低溫脆性[1]。因此，在冶煉過程中提高鋼水的純凈度，嚴(yán)格控制P和S的含量，是提高鋼的韌塑性的關(guān)鍵因素，可有效提高其在低溫環(huán)境服役時(shí)的性能[2]。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)S355J2的規(guī)定比較松，P和S含量均僅要求≤0.035%，但其對(duì)低溫沖擊性能有著嚴(yán)格規(guī)定，因此廠家在生產(chǎn)時(shí)會(huì)自發(fā)控制好P和S等雜質(zhì)元素的含量，以滿足力學(xué)性能要求。

2 結(jié)論

通過對(duì)Q345R和Q345D分別取樣試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)雖然Q345R的標(biāo)準(zhǔn)僅要求在0℃時(shí)滿足沖擊吸收能量要求，但由于Q345R在冶煉時(shí)對(duì)雜質(zhì)元素的控制更為嚴(yán)格，使其在-20℃時(shí)的沖擊吸收能量值相比Q345D更為優(yōu)秀。在-20℃的低溫環(huán)境服役時(shí)，使用Q345R和Q345D來替代S355J2都是可行的。