小口徑精密無縫鋼管內(nèi)應(yīng)力的退火工藝是怎么的呢

Q345A、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E鋼材的性能差異 

Q345是一種鋼材的材質(zhì)。它是低合金鋼（C<0.2%)，廣泛應(yīng)用于建筑，橋梁、車輛、船舶、壓力容器等。Q代表的是這種材質(zhì)的屈服強(qiáng)度，后面的345，就是指這種材質(zhì)的屈服值，在345MPa左右。并會(huì)隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值減小。

Q345綜合力學(xué)性能良好，低溫性能尚可，塑性和焊接性良好，用做中低壓容器、油罐、車輛、起重機(jī)、礦山機(jī)械、電站、橋梁等承受動(dòng)載荷的結(jié)構(gòu)、機(jī)械零件、建筑結(jié)構(gòu)、一般金屬結(jié)構(gòu)件，熱軋或正火狀態(tài)使用，可用于-40℃以下寒冷地區(qū)的各種結(jié)構(gòu)。

級(jí)別分類

Q345按等級(jí)可分為Q345A，Q345B，Q345C，Q345D，Q345E。它們所代表的，主要是沖擊的溫度有所不同。

Q345A級(jí)，是不做沖擊;

Q345B級(jí)，是20度常溫沖擊;

Q345C級(jí)，是0度沖擊;

Q345D級(jí)，是－20度沖擊;

Q345E級(jí)，是－40度沖擊。

在不同的沖擊溫度，沖擊的數(shù)值也有所不同。

化學(xué)成分

Q345A：C≤0.20,Mn ≤1.7，Si≤0.55，P≤0.045，S≤0.045，V 0.02~0.15；

Q345B：C≤0.20，Mn≤1.7，Si≤0.55，P≤0.040，S≤0.040，V 0.02~0.15；

Q345C：C≤0.20，Mn≤1.7，Si≤0.55，P≤0.035，S≤0.035，V 0.02~0.15，Al≥0.015；

Q345D：C≤0.20，Mn≤1.7，Si≤0.55，P≤0.030，S≤0.030，V 0.02~0.15，Al≥0.015；

Q345E：C≤0.20，Mn≤1.7，Si≤0.55，P≤0.025，S≤0.025，V 0.02~0.15，Al≥0.015。

對(duì)比16Mn

Q345鋼是老牌號(hào)的12MnV、14MnNb、18Nb、16MnRE、16Mn等多個(gè)鋼種的替代，而并非僅替代16Mn鋼一種材料。在化學(xué)成分上，16Mn與Q345也不盡相同。

更重要的是兩種鋼材按屈服強(qiáng)度的不同而進(jìn)行的厚度分組尺寸存在較大差異，而這必將引起某些厚度的材料的許用應(yīng)力的變化。因此，簡單地將16Mn鋼的許用應(yīng)力套用在Q345鋼上是不合適的,而應(yīng)根據(jù)新的鋼材厚度分組尺寸重新確定許用應(yīng)力。

Q345鋼的主要組成元素比例與16Mn鋼基本相同，區(qū)別是增加了V、Ti、Nb微量合金元素。少量的V、Ti、Nb合金元素能細(xì)化晶粒，大大提高了鋼的韌性，鋼的綜合機(jī)械性能得到較大提高。

也正因?yàn)槿绱?，鋼板的厚度才可以做得更大一些。因此，Q345鋼的綜合機(jī)械性能應(yīng)當(dāng)優(yōu)于16Mn鋼，特別是它的低溫性能更是16Mn鋼所不具備的。Q345鋼的許用應(yīng)力略高于16Mn鋼。

性能對(duì)比

Q345D無縫管力學(xué)性能：

抗拉強(qiáng)度：490-675屈服強(qiáng)度：≥345 伸長率：≥22

Q345B無縫管力學(xué)性能：

抗拉強(qiáng)度：490-675 屈服強(qiáng)度：≥345 伸長率：≥21

Q345A無縫管力學(xué)性能：

Q345C無縫管力學(xué)性能：

Q345E無縫管力學(xué)性能：

產(chǎn)品系列

Q345D鋼材與Q345A，B，C鋼相比而言。低溫沖擊功的試驗(yàn)溫度低。性能好。含有害物資P,S量比Q345A，B，C要低。

市場價(jià)格比Q345A，B，C要高。

Q345d定義：①由Q+數(shù)字+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)+脫氧方法符號(hào)組成。它的鋼號(hào)冠以“Q”，代表鋼材的屈服點(diǎn)，后面的數(shù)字表示屈服點(diǎn)數(shù)值，單位是MPa例如Q235表示屈服點(diǎn)（σs）為235MPa的碳素結(jié)構(gòu)鋼。

②必要時(shí)鋼號(hào)后面可標(biāo)出表示質(zhì)量等級(jí)和脫氧方法的符號(hào)。質(zhì)量等級(jí)符號(hào)分別為A、B、C、D。

脫氧方法符號(hào)：F表示沸騰鋼；b表示半鎮(zhèn)靜鋼：Z表示鎮(zhèn)靜鋼；TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼，鎮(zhèn)靜鋼可不標(biāo)符號(hào)，即Z和TZ都可不標(biāo)。例如Q235-AF表示A級(jí)沸騰鋼。

③專門用途的碳素鋼，例如橋梁鋼、船用鋼等，基本上采用碳素結(jié)構(gòu)鋼的表示方法，但在鋼號(hào)最后附加表示用途的字母。

Q345（低合金高強(qiáng)度鋼）網(wǎng)上摘錄相關(guān)資料

材料介紹

1. Q345化學(xué)成分如下表（%）：

2.Q345C力學(xué)性能如下表（%）：

機(jī)械性能指標(biāo)

伸長率（%）

試驗(yàn)溫度0℃

抗拉強(qiáng)度MPa

屈服點(diǎn)MPa

數(shù)值

≥22

≥34

470-650

324-259

其中壁厚介于16-35mm時(shí)，σs≥325Mpa；壁厚介于35-50mm時(shí)，σs≥295Mpa

2. Q345鋼的焊接特點(diǎn)

2.1 碳當(dāng)量(Ceq)的計(jì)算

Ceq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5

計(jì)算Ceq=0.49%，大于0.45%，可見Q345鋼焊接性能不是很好，需要在焊接時(shí)制定嚴(yán)格的工藝措施。

2.2 Q345鋼在焊接時(shí)易出現(xiàn)的問題

2.2.1 熱影響區(qū)的淬硬傾向

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。

2.2.2 冷裂紋敏感性

Q345鋼的焊接裂紋主要是冷裂紋。

焊接施工流程

坡口準(zhǔn)備→點(diǎn)固焊→預(yù)熱→里口施焊→背部清根（碳弧氣刨）→外口施焊 →里口施焊→自檢/專檢→焊后熱處理→無損檢驗(yàn)（焊縫質(zhì)量一級(jí)合格）

焊接工藝參數(shù)的選擇

通過對(duì)Q345鋼的焊接性分析，制定措施如下：

1. 焊接材料的選用

由于Q345鋼的冷裂紋傾向較大，應(yīng)選用低氫型的焊接材料，同時(shí)考慮到焊接接頭應(yīng)與母材等強(qiáng)的原則，選用E5015 （J507）型電焊條。

化學(xué)成分見下表（%）：

元素

C

Mn

Si

S

P

Cr

Mo

V

Ti

含量

0.071

1.11

0.53

0.009

0.016

0.02

0.01

0.01

0.01

力學(xué)性能見下表：

σb/Mpa

σs/Mpa

δ5（%）

Ψ（%）

Akv/J-30℃

440

540

31

79

164/114/76

（抗拉強(qiáng)度應(yīng)該大于屈服）

2. 坡口形式：（根據(jù)圖紙和設(shè)備供貨）

3. 焊接方法：采用手工電弧焊（D）。

4. 焊接電流：為了避免焊縫組織粗大，造成沖擊韌性下降，必須采用小規(guī)范焊接。具體措施為：選用小直徑焊條、窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接工藝（焊接順序如圖一所示）。焊道的寬度不大于焊條的3倍，焊層厚度不大于5mm。第一層至第三層采用Ф3.2電焊條，焊接電流100-130A；第四層至第六層采用Ф4.0的電焊條，焊接電流120-180A。

5. 預(yù)熱溫度：由于Q345鋼的Ceq>0.45%，在焊接前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度T0=100-150℃，層間溫度Ti≤400℃。

6. 焊后熱處理參數(shù)：為了降低焊接殘余應(yīng)力，減小焊縫中的氫含量，改善焊縫的金屬組織和性能，在焊后應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行熱處理。熱處理溫度為：600-640℃，恒溫時(shí)間為2小時(shí)（板厚40mm時(shí)），升降溫速度為125℃/h 。

現(xiàn)場焊接順序

1. 焊前預(yù)熱

在翼緣板焊接前，首先對(duì)翼緣板進(jìn)行預(yù)熱，恒溫30分鐘后開始焊接。 焊接的預(yù)熱、層間溫度、熱處理由熱處理控溫柜自動(dòng)控制，采用遠(yuǎn)紅外履帶式加熱爐片，微電腦自動(dòng)設(shè)定曲線和記錄曲線，熱電偶測量溫度。預(yù)熱時(shí)熱電偶的測點(diǎn)距離坡口邊緣15mm-20mm。

2. 焊接

2.1 為了防止焊接變形，每個(gè)柱接頭采用二人對(duì)稱施焊，焊接方向由中間向兩邊施焊。在焊接里口時(shí)（里口為靠近腹板的坡口），第一層至第三層必須使用小規(guī)范操作，因?yàn)樗暮附邮怯绊懞附幼冃蔚闹饕?。在焊接一至三層結(jié)束后，背面進(jìn)行清根。在使用碳弧氣刨清根結(jié)束后，必須對(duì)焊縫進(jìn)行機(jī)械打磨，清理焊縫表面滲碳，露出金屬光澤，防止表層碳化嚴(yán)重造成裂紋。外口焊接應(yīng)一次焊完，最后再焊接里口的剩余部分。

2.2 當(dāng)焊接第二層時(shí)，焊接方向應(yīng)與第一層方向相反，以此類推。每層焊接接頭應(yīng)錯(cuò)開15-20mm。

2.3 兩名焊工在焊接時(shí)的焊接電流、焊接速度和焊接層數(shù)應(yīng)保持一致。

2.4 在焊接中應(yīng)從引弧板開始施焊，收弧板上結(jié)束。焊接完成后割掉并打磨干凈。

3. 焊后熱處理：焊口焊接完成后應(yīng)在12小時(shí)內(nèi)進(jìn)行熱處理。如不能及時(shí)進(jìn)行熱處理應(yīng)采取保溫、緩冷措施。在進(jìn)行熱處理時(shí)，應(yīng)采用兩根熱電偶測溫，熱電偶點(diǎn)焊在焊口的里外側(cè)。

4. 焊接檢驗(yàn)

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的要求，焊口采用超聲波探傷法進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)比例為100%。

現(xiàn)場技術(shù)管理

1. 編制詳細(xì)的焊接施工作業(yè)指導(dǎo)書。

2. 全過程控制焊接工藝是確保質(zhì)量的核心。

每個(gè)柱接頭的焊接時(shí)，應(yīng)有專人監(jiān)控焊接工藝，如焊工不按作業(yè)指導(dǎo)書施工應(yīng)立即終止焊接。在焊接過程中，熱處理人員應(yīng)全程監(jiān)控層間溫度，如超標(biāo)應(yīng)立即通知焊工暫停。

3. 提高施工人員質(zhì)量意識(shí)是貫徹焊接工藝的關(guān)鍵

在施工前，進(jìn)行全員交底，并且開取施工工藝卡。交底中詳細(xì)講解焊接工藝特點(diǎn)及嚴(yán)格控制現(xiàn)場焊接工藝的必要性和控制要點(diǎn)。

結(jié)論

按此焊接工藝措施施工，在現(xiàn)場共焊焊口102道，經(jīng)無損檢驗(yàn)一次合格率達(dá)到100%。經(jīng)過實(shí)際施工的驗(yàn)證，此焊接工藝措施不僅能在現(xiàn)場指導(dǎo)對(duì)Q345鋼的焊接，而且能夠保證焊接質(zhì)量。

將小口徑精密無縫鋼管加熱到一定溫度(通常在相變溫度或再結(jié)晶溫度以下)，保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻，以消除各種精密無縫鋼管內(nèi)應(yīng)力的退火工藝。 

在壓力加工、鑄造、焊接、熱處理、切削加工和其他工藝過程中，制品可能產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。多數(shù)情況下，在工藝過程結(jié)束后，金屬內(nèi)部將保留一部分殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力可導(dǎo)致工件破裂、變形或尺寸變化，殘余應(yīng)力也提高金屬化學(xué)活性，在殘余拉應(yīng)力作用下特別容易造成晶間腐蝕破裂。因此，殘余應(yīng)力將影響小口徑精密無縫鋼管的使用性能或?qū)е鹿ぜ^早失效。 

進(jìn)行去應(yīng)力退火時(shí)，小口徑精密無縫鋼管在一定溫度作用下通過內(nèi)部局部塑性變形(當(dāng)應(yīng)力超過該溫度下材料的屈服強(qiáng)度時(shí))或局部的弛豫過程(當(dāng)應(yīng)力小于該溫度下材料的屈服強(qiáng)度時(shí))使殘余應(yīng)力松弛而達(dá)到消除的目的。在去應(yīng)力退火時(shí)，工件一般緩慢加熱至較低溫度(灰口鑄鐵為500～550℃，精密無縫鋼管為500～650℃，有色金屬合金沖壓件為再結(jié)晶開始溫度以下)，保持一段時(shí)間后，緩慢冷卻，以防止產(chǎn)生新的殘余應(yīng)力。 

去應(yīng)力退火并不能完全消除精密無縫鋼管內(nèi)部的殘余應(yīng)力，而只是大部分消除。要使殘余應(yīng)力徹底消除，需將小口徑精密無縫鋼管加熱至更高溫度。在這種條件下，可能會(huì)帶來其他組織變化，危及小口徑精密無縫鋼管的使用性能。

根據(jù)精密管產(chǎn)生脆性的回火溫度范圍，可分為低溫回火脆性和高溫回火脆性。

精密無縫鋼管低溫回火脆性 合金鋼淬火得到馬氏體組織后，在250～400℃溫度范圍回火使鋼脆化，其韌性一脆性轉(zhuǎn)化溫度明顯升高。已脆化的精密管不能再用低溫回火加熱的方法消除，故又稱為%26ldquo;不可逆回火脆性%26rdquo;。它主要發(fā)生在合金結(jié)構(gòu)鋼和低合金超高強(qiáng)度精密管等鋼種。已脆化精密管的斷口是沿晶斷口或是沿晶和準(zhǔn)解理混合斷口。產(chǎn)生低溫回火脆性的原因，普遍認(rèn)為：(1)與滲碳體在低溫回火時(shí)以薄片狀在原奧氏體晶界析出，造成晶界脆化密切相關(guān)。(2)雜質(zhì)元素磷等在原奧氏體晶界偏聚也是造成低溫回火脆性原因之一。含磷低于0.005%的高純精密管并不產(chǎn)生低溫回火脆性。磷在火加熱時(shí)發(fā)生奧氏體晶界偏聚，淬火后保留下來。磷在原奧氏體晶界偏聚和滲碳體回火時(shí)在原奧氏體晶界析出，這兩個(gè)因素造成沿晶脆斷，促成了低溫回火脆性的發(fā)生。

精密無縫鋼管中合金元素對(duì)低溫回火脆性產(chǎn)生較大的影響。鉻和錳促進(jìn)雜質(zhì)元素磷等在奧氏體晶界偏聚，從而促進(jìn)低溫回火脆性，鎢和釩基本上沒有影響，鉬降低低溫回火精密管的韌性一脆性轉(zhuǎn)化溫度，但尚不足以抑制低溫回火脆性。硅能推遲回火時(shí)滲碳體析出，提高其生成溫度，故可提高精密無縫鋼管低溫回火脆性發(fā)生的溫度

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