Q345低合金鋼在特高壓電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用

摘#8195;要 本文主要介紹了Q345低合金鋼自身特性以及該材質(zhì)的焊接性特點，通過分析這些與鋼種實際應(yīng)用關(guān)系緊密的性能進(jìn)一步了解Q345鋼的應(yīng)用情況，主要介紹Q345鋼在我國特高壓電網(wǎng)建設(shè)當(dāng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞 Q345；特高壓；焊接性；電網(wǎng)建設(shè)

中圖分類號 TM 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)031-0180-02

進(jìn)入21世紀(jì)以來，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展低碳化、能源利用清潔化的大背景下，智能電網(wǎng)發(fā)展方興未艾，成為世界各國開發(fā)利用清潔能源、保障能源安全的戰(zhàn)略選擇。我國高度重視智能電網(wǎng)發(fā)展，連續(xù)兩年將發(fā)展智能電網(wǎng)寫入政府工作報告當(dāng)中，2009年5月率先提出了建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，具有信息化、自動化、互動化特征的堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略目標(biāo)。隨之而來的便是大規(guī)模的特高壓電網(wǎng)建設(shè)工作。對于建設(shè)中鋼材型號的選取、以及所選取型號鋼材焊接性的優(yōu)劣，從根本上決定了特高壓電網(wǎng)的建設(shè)質(zhì)量。

1 Q345低合金鋼簡介

Q345鋼綜合力學(xué)性能良好，低溫性能亦可，塑性和焊接性良好，用做中低壓力容器、油罐、車輛、電站、橋梁等承受動載荷的結(jié)構(gòu)。熱軋或正火狀態(tài)使用，同時也是現(xiàn)在電網(wǎng)建設(shè)當(dāng)中應(yīng)用最多的低合金鋼。

Q345A、B、C、D、E是此類鋼的代表牌號，其中A、B級鋼通常稱

16Mn，此種材質(zhì)較為普遍；Q代表的是屈服強(qiáng)度，后面的345，就是指屈服強(qiáng)度值。Q345鋼對應(yīng)老牌號的12MnV、14MnNb、18Nb、16MnRE、16Mn等多個鋼種，而并非只針對16Mn鋼一種材料。在化學(xué)成分上，16Mn與Q345也不盡相同。因此，簡單地將16Mn鋼與Q345對應(yīng)是不合

適的。

Q345低合金鋼在電網(wǎng)建設(shè)中是應(yīng)用最多的一種鋼型，Q345低合金鋼制成的鋼管，具有綜合力學(xué)性能好，焊接性、冷、熱加工性能和耐腐蝕性能均好，良好的低溫韌性等特點。相對于Q420、Q460等其他更高型號的鋼種來說，在實際應(yīng)用當(dāng)中技術(shù)更為成熟。

2 Q345低合金鋼的特性

2.1 Q345化學(xué)成分及力學(xué)性能分析

Q345鋼是我國產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，其屈服強(qiáng)度≥345 MPa，由于該鋼是在低碳鋼的基礎(chǔ)上增加錳而形成的，合金元素含量較少，碳當(dāng)量不高，因為這個原因，此種鋼型的鋼焊接性較好。Q345力學(xué)性能分析見表1，化學(xué)成分分析見表2。

2.2 Q345鋼的焊接特點

2.2.1 碳當(dāng)量的計算

根據(jù)碳當(dāng)量計算公式Ceq=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15可以算出Q345的碳當(dāng)量為0.39。由計算結(jié)果可知，試驗用鋼的淬硬傾向不大，焊接性優(yōu)良，焊接時可不預(yù)熱。

2.2.2 Q345鋼焊接中的裂紋問題

由于Q345的含硫量小于0.02%，含磷量小于0.017%，含錳量較大，元素錳在焊接過程中，能夠有效的脫硫，因此，在正常的焊接工藝情況下，不會出現(xiàn)裂紋問題。

但是當(dāng)氣溫較低、板厚較大時，若不采取適當(dāng)?shù)念A(yù)熱措施或者合適的焊接工藝，就會產(chǎn)生冷裂問題。這主要是由于Q345鋼在焊接冷卻過程中，熱影響區(qū)容易形成淬火組織—馬氏體，使近縫區(qū)的硬度提高，塑性下降。結(jié)果導(dǎo)致焊后發(fā)生裂紋。而且Q345鋼的焊接裂紋主要是冷裂紋。

2.2.3 Q345鋼焊接過程中冷裂幾種措施

1）焊前進(jìn)行局部預(yù)熱，預(yù)熱溫度及條件如表3，可采取氧乙炔局部加熱，然后進(jìn)行施焊。

2）合理的選擇焊接順序，減少應(yīng)力變形，從而達(dá)到減少裂紋的目的。

3）盡量采取短弧小線能量的多層多道焊。使用短弧焊，可增加氣體的保護(hù)效果，減少外界氣體對熔池的影響，從而減少了氣孔、裂紋的傾向。另一方面，使用多層多道焊，由于前一道焊在焊接過程中可以起到局部預(yù)熱的作用，后一道焊又可對前一道焊進(jìn)行了重新熔化，這樣起到了退火的作用，從而增加的焊縫的韌性，減少了低溫脆性。

4）采用堿性焊條（E5015），選用堿性低氫型焊條可以減少氫對熔池的影響，從而減少冷裂。

3 Q345鋼在輸電塔當(dāng)中的應(yīng)用

3.1 特高壓輸電塔的使用特點

由于特高壓鐵塔用高強(qiáng)鋼強(qiáng)度必須有所保障，因此其塑性和韌性相對較差，對于承受多變復(fù)雜載荷的特高壓鐵塔來說鋼材的塑韌性尤其是塔架連接處的塑韌性差是影響塔架壽命的關(guān)鍵因素。而這些關(guān)鍵部位的連接大部分都是通過焊接工作實現(xiàn)的，要使這些部位的焊接接頭獲得良好的塑韌性，需要從輸電塔使用的材料本身的性能、焊接特性等多個方面參考。為了獲取塑性、韌性較好的焊接接頭，輸電塔本身的選材是基礎(chǔ)、而選取材料的焊接工藝是保證。

特高壓鐵塔連接處焊接后，焊接接頭脆硬傾向性大，裂紋的敏感性也較高。這些焊接缺陷的產(chǎn)生主要與選取母材的材料有關(guān)，同時也受到焊接工藝方面的制約。在材質(zhì)方面，由于高強(qiáng)鋼的種類很多，如Q235、Q345、Q420、Q460等。這樣使得合金成分復(fù)雜，而合金元素對鋼材焊接性的影響是最主要的，從而使得材料的焊接性變得復(fù)雜多變。材質(zhì)方面的影響使得不同的低合金高強(qiáng)鋼在制定其焊接工藝和焊材前均需要針對該鋼種的化學(xué)成分、焊接接合性、焊接接頭的力學(xué)性能等進(jìn)行相應(yīng)的工藝評定。在焊接工藝方面，只有針對特高壓輸電塔本身選材的實際情況，采用相應(yīng)的焊接工藝措施，才能避免不必要的焊接缺陷的產(chǎn)生。

3.2 Q345高強(qiáng)鋼在特高要輸電塔的應(yīng)用

由于鋼管塔構(gòu)件具有剛度大，結(jié)構(gòu)簡潔、受力合理、傳力均勻的特點，使得這種鋼型在實際應(yīng)用當(dāng)中更為穩(wěn)定，因此，在2008年我國開始推廣使用這種塔型。并且在第一條特高壓線路“皖電東送”工程的建設(shè)中大量的使用了這種塔型。截止2011年底，已有多條不同電壓等級的鋼管塔項目在建或投運。鋼管塔的主要部件有角鋼、直縫焊管、鍛造法蘭等。

直縫焊管方面．目前我國Q345B級輸電鐵塔用直縫焊管產(chǎn)品質(zhì)量比較穩(wěn)定，但Q420及以上等級的焊管質(zhì)量不穩(wěn)定，一方面由于對Q345的性能較為熟悉，在使用的過程當(dāng)中涉及材料各方面技術(shù)已經(jīng)相對成熟；另一方面受我國現(xiàn)在焊接技術(shù)的制約，對于Q345以上型號的高強(qiáng)鋼還無法完全確保焊接接頭的塑韌性滿足使用要求。帶頊法蘭方面，也是受生產(chǎn)工藝較為落后的制約，對于高型號高強(qiáng)鋼的應(yīng)用還不是很普遍，仍是以使用Q345低合金高強(qiáng)鋼為主，總體看．我國輸電鐵塔用高強(qiáng)度、高質(zhì)量等級的直縫焊管、帶頸法蘭的實際生產(chǎn)能力有限。

4 總結(jié)

本文我們對Q345低合金高強(qiáng)鋼的各方面性能做出了具體的分析，如物理性能、化學(xué)性能、焊接性等，通過這些分析我們可以看出該型號的鋼種碳當(dāng)量較低，因此焊接性較好，在電網(wǎng)輸電塔建設(shè)當(dāng)中應(yīng)用廣泛，但是由于材料本身還有一些缺點，以及當(dāng)今焊接技術(shù)水平的限制，該型號低合金鋼在應(yīng)用的過程當(dāng)中還受到一定的限制。

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