Q345R中板Z向拉伸試驗方法

郝龍宇+王博+韓大明+安洪亮+秦寶林

摘要： 選用中厚度Q345R鋼板作為試驗鋼板，抗拉強度800 MPa級別鋼板作為延伸部分材料，采用連續(xù)驅動摩擦焊的方法將試驗鋼板與延伸部分熔合，實現(xiàn)了試驗鋼板的Z向拉伸性能試驗，完善了中板厚度方向性能的試驗方法。同時比較了Q345R中板橫向與Z向的拉伸性能，結果表明：Z向的屈服強度和抗拉強度均高于橫向，斷面收縮率低于橫向。試驗方法的實現(xiàn)和橫-Z向性能比對結果，對中板Z向性能的檢驗與研究提供了有利參考。

關鍵詞： Z向拉伸（厚度方向拉伸）；Q345R中板；連續(xù)驅動摩擦焊

中圖分類號： TG406

Abstract： Choose Q345R medium plate as a test plate； Tensile strength of 800 MPa grade steel plate as extension material， adopt the method of continuous drive friction welding test plate with extension fusion， implements the test plate Zdirection properties of tensile test， improve the test method on through-thickness property of medium plate. Also compared the Q345R medium plate transverse and Zdirection the tensile properties， the results shows that： Zdirection the yield strength and tensile strength are higher than transverse， percentage reduction of area below the transverse. The realization of the test method and transverseZdirection compared to the properties of the test results， the test and research on the properties of medium plate Zdirection provides the beneficial reference.

Key words： Zdirection tensile；Q345R medium plate；continuous drive friction welding

0前言

板帶鋼按厚度分為極薄帶、薄板、中板、厚板和特厚板五大類。厚度在0.2 mm以下的鋼板稱為極薄帶，厚度為0.2～3 mm的鋼板稱為薄板，厚度為3～20 mm的鋼板稱為中板，厚度為20～60 mm的鋼板稱為厚板，厚度在60 mm以上的鋼板稱為特厚板，習慣上將中板、厚板和特厚板統(tǒng)稱為中厚鋼板 [1，2]。

鋼板的厚度方向性能常稱作Z向性能，是衡量板材產(chǎn)品是否能夠達到使用要求的一個重要指標。近年來，人們對于中厚板的厚度方向性能提高了重視，諸如船板、汽車用鋼、壓力容器用鋼及建筑用鋼等都對中厚板材有厚度方向性能的要求。對于厚度大于50 mm鋼板的Z向性能可采用全厚度試樣沿板厚方向取樣，而對于中板及50 mm以下板，由于厚度尺寸限制，將無法通過常規(guī)方法取得Z向拉伸試樣，需要用合適的焊接方法制備帶延伸部分的拉伸試樣[3]。為實現(xiàn)中板Z向拉伸試驗，所選用的延伸部分材料強度需明顯高于被測材料，并采用溫度相對低的焊接方法進行良好焊合，減小焊接熱作用對試驗的影響，不允許存在焊接缺陷，保證拉伸斷裂位置有效。文中選用16 mm及18 mm厚的Q345R鋼板作為試驗鋼板，選用抗拉強度800 MPa級別鋼板作為延伸部分材料，采用連續(xù)驅動摩擦焊的方法將試驗鋼板與延伸部分熔合，實現(xiàn)了試驗鋼板的Z向拉伸性能試驗。

1試驗材料及方法

1.1試驗材料

選用Q345R中板作為試驗鋼板，尺寸為250 mm×150 mm×16 mm/18 mm，自鋼板主軋制方向一端的1/2寬度處取16 mm×16 mm圓坯，圓坯高度即為鋼板厚度。從26Cr2Ni4MoV鋼板上切取16 mm×100 mm圓棒作為延伸部分材料，Q345R鋼板與26Cr2Ni4MoV鋼板的室溫拉伸性能結果如表1所示。

1.2試驗方法

清理Q345R圓坯和26Cr2Ni4MoV 圓棒端面及兩側，采用HSMZ-4型連續(xù)驅動摩擦焊機，對Q345R圓坯與26Cr2Ni4MoV圓棒進行施焊，形成帶有兩個焊合面的拉伸試樣坯料（26Cr2Ni4MoV -Q345R-26Cr2Ni4MoV），如圖1所示，連續(xù)驅動摩擦焊工藝參數(shù)見表2。將拉伸試樣坯料沿長度方向剖切，對1/4，1/2直徑截面進行了宏觀金相檢驗，焊合面未見夾渣、裂紋等焊接缺陷，焊接質量良好，見圖2。以Q345R的1/2厚度位置為中心，制備厚度方向（Z向）拉伸試樣，在同張Q345R鋼板上制取橫向拉伸試樣，采用AG-IS 100KN型日本島津電子拉伸試驗機進行16 mm厚Q345R鋼板的橫向和厚度方向（Z向）拉伸試驗，試驗結果見表3。

2試驗結果與分析

2.1Z向拉伸試驗

厚度方向（Z向）拉伸試樣是以Q345R的1/2厚度位置為中心，拉伸斷裂后，斷裂面到拉棒兩個端面的距離相等，如圖3所示，故斷裂位置位于Q345R鋼板厚度范圍內。Z向拉伸試驗的實現(xiàn)主要與以下幾個因素有關：①延伸部分材料的選擇：延伸材料的屈服強度、抗拉強度均明顯高于被測材料，保證拉伸斷裂位置發(fā)生在強度相對弱的被測材料部分；②焊接方法的選擇：選用連續(xù)驅動摩擦焊的焊接方法，以適當?shù)暮附訁?shù)將延伸部分與被測部分熔合，溫度影響小，結合質量良好；③拉伸試樣的制備：用合適的腐蝕方法顯示拉伸試樣坯料及坯料縱截面的接頭焊合面，以檢驗焊接結合情況和標記被測材料厚度方向中心點，再進行拉伸試樣制備。

2.2拉伸試驗結果分析

由于Z向拉伸試樣由兩種材料復合而成，故斷后伸長率不作比對。16 mm厚Q345R的橫向和Z向拉伸試驗結果見表3，試驗結果顯示：橫向及Z向的各項拉伸試驗結果較穩(wěn)定；Z向屈服強度比橫向最小高12 MPa，最大高28 MPa，平均高18 MPa；Z向抗拉強度比橫向最小高41 MPa，最大高55 MPa，平均高48 MPa；Z向屈強比比橫向最小低0.01，最大低0.03，平均低0.02；Z向斷面收縮率比橫向最小低6%，最大低8%，平均低8%。

2.3其它板厚試驗

試驗還選取18 mm厚Q345R中板進行試驗，試驗結果類同，如表4所示。

3結論

（1）選用強度級別較高的材料作為延伸部分，通過連續(xù)驅動摩擦焊的方法將被測材料與延伸部分良好焊合，實現(xiàn)了Q345R中板的Z向拉伸試驗，為中板的Z向拉伸試驗的實現(xiàn)提供了可行的思路和方法。

（2）對于Q345R中板，板材的Z向和橫向拉伸性能有明顯的差異。Z向的屈服強度和抗拉強度均高于橫向，Z向斷面收縮率低于橫向。

（3）通過橫-Z向拉伸試驗結果的比較，進一步完善了Q345R中板的力學性能指標，為相關板材的檢驗和科研工作提供了有利參考。

參考文獻

[1]張景進.中厚板生產(chǎn)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[2]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T 709—2006.熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差[S].北京：中國標準出版社，2006.

[3]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局GB/T 5313—2010，厚度方向性能鋼板[S].北京：中國標準出版社，2010.