Al、N元素对Q345E钢低温冲击韧性的影响

祁立国1,2

摘要：本文通过实验室试验研究了Al、N元素对Q345E钢性能的影响。结果表明，适量添加Al元素并严格控制N元素含量可有效改善Q345E钢的低温冲击韧性。

关键词：Q345E；低温冲击韧性

Qiliguo

(1.UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing，100083

2.HbisGroupXuansteelCompany,Xuanhua,075100)

Abstract：Studiedinthispaper,throughthelaboratorytest,Al、NelementsaffecttheperformanceofQ345Esteel,theresultsshowedthataddAlelementandstrictcontrolofNelementscaneffectivelyimprovethelowtemperatureimpacttoughnessofQ345Esteel.

KeyWords：Q345E,lowtemperatureimpacttoughness

1前言

Q345E钢主要应用于低温条件下服役的建筑结构及一般金属结构件[1-2]，其冬季使用环境温度可能达到-40℃，这就要求钢材具有良好的低温性能。本文通过对实验室生产的Q345E钢进行检测与分析，研究了Al、N元素对Q345E钢低温冲击韧性的影响。

2生产工艺

将原料在真空电磁感应炉里熔炼，按照设计浇注四种Al含量不同的钢锭，化学成分如表1所示，钢锭质量为20kg，然后将钢锭经过热轧，热轧参数为：加热温度1150℃，保温1小时，开轧温度1050℃，轧制速度1.0m/s。钢锭经过9道次轧制轧成15mm厚的钢板，轧制道次及每道次压下量如表2所示。

3检测与分析

3.1拉伸试验

将热轧后的棒材按照国标GB/T2975-1998制成圆形截面标准拉伸试样在拉伸试验机上进行拉伸，获取拉伸力学性能参数如表3所示。根据表3可以得到如下结论：当添加0.015%的Al元素时，钢的屈服强度降低了10MPa，伸长率略有提升。当Al含量添加量达到0.03%时，屈服强度上升了5MPa，但伸长率急剧下降。保持Al含量不变，提高N含量时，钢的屈服强度和抗拉强度都大幅度提高，但伸长率下降。

3.2冲击试验

冲击试验所用的试样的取样按照国家标准GB/T2975-1998和GB/T229-1994予以实施。试验温度分别设定在室温、-20℃、-40℃。试验所得数据如表4所示。

可见，室温下，4种试验钢的冲击功平均值均在200J左右，远远高于国标规定。在-20℃时，4种试验钢的冲击功平均值也均高于100J。在-40℃时，4种试验钢的冲击功平均值都高于国标规定的34J。以上数据显示，添加微量Al元素，控制N含量，保证钢中没有较大颗粒的夹杂物，保证钢材的-40℃冲击功合格是完全可行的。

3.3金相组织分析

表5给出了4种试验钢的组织情况。从表中可以看出，4种试样钢的组织均为铁素体和珠光体。此外，随着Al含量的增加，铁素体含量增加，珠光体含量下降。

(a)1#试验钢；(b)2#试验钢；(c)3#试验钢；(d)4#试验钢

图1试验钢100x金相组织

4结论

本文对实验室中生产的Q345E钢进行冲击试验结果分析，利用光学显微镜对组织和进行观测。经过归纳整理，得出以下结论：

（1）微量Al的加入使得钢在-40℃时的低温冲击韧性显著提高，冲击功高于90J，远大于国标要求。说明钢中加入微量Al以提高钢材的冲击韧性的思路是可行的。

（2）随着Al含量的增加，冲击功下降，这说明Al含量不是越多越有利，应控制在一定范围内。

（3）N含量的增加使冲击功急剧下降，应严格控制N含量。

参考文献

[1]马俊才.低合金高强度钢的发展与对策[J].山东冶金，1997，19(5)：1-4.

[2]王祖滨.新世纪初期低合金高强度钢的发展[J].中国冶金，2003，02：16-19.