Q345钢板力学性能时效性的探究

宋鸿印,王勇,项美辉,曾远新,李健,马晓云

（新疆八一钢铁股份有限公司制造管理部）

1 问题的提出

八钢公司生产的Q345钢板在自然条件下放置一些时间后，钢板力学性能会发生一些变化，即钢发生了时效性。时效性是金属材料的性能随着时间而发生变化的一种现象，如果不能对金属材料的时效性有效控制，将无法保证所生产板材的力学性能到用户手中都符合国标要求。因此，针对Q345钢板进行了力学性能随时间变化的时效试验，通过试验寻找出时效规律及提出预防措施。

2 试验方法

2.1 取样

选2批八钢中厚板厂生产的Q345板材，批号1C1834-17，20mm厚的编为A， 批 号210365-23，12mm厚的编为B。两批钢的熔炼化学成分见表1。

表1 试验用钢的熔炼化学成分 %

试验样从该批钢板的尾板上沿轧制方向依次取6组样坯，每组样坯取2个拉伸试样。取样严格按国标GB/T2975进行。A板、B板试样的选取和编号见表2。

表2 A、B板的取样部位及编号

2.2 化学成分分析

取 A1、A3、A6，B1、B3、B6 拉伸断样的短残样，试样编号，用光谱仪测定化学成分。

2.3 金相检验

取A1、B1拉伸断样的长残样，试样编号后制备金相试样，用莱卡DMI5000M金相显微镜观察金相组织，晶粒度，夹杂物情况。

2.4 氢含量测定

取 A01、A02、A03、A04、A05、A06，B01、B02、B03、B04、B05、B06拉伸断样的长残样，试样编号后，上车床车成长30mm、直径5mm的棒样，送至快分室用定氢仪测定氢含量。

2.5 拉伸试验

6组试样按顺序分别在轧后的第1天、第2天、第3天、第5天、第7天、第15天进行拉伸试验，以2根试样的平均值作为一个数据。所有拉伸试验都在微机控制电子万能试验机600kN上进行。试验采用自动拉伸试验程序，应力速率选10MPa/s，在测定屈服点后，速率控制在30mm/min。按规范操作，尽可能避免人为操作带来的影响。

3 试验结果及分析

3.1 化学成分分析

A板、B板的化学成分见表 3，符合国标GB/T1591-2008《低合金高强度结构钢》要求。

表3 A板、B板的化学成分 %

结合表1和表3中A板、B板的化学成分看，随着轧制后试样放置时间的变化化学成分基本平稳。

3.2 金相组织、晶粒度、夹杂物

金相组织、晶粒度、夹杂物见表4。

表4 金相组织、晶粒度、夹杂物

3.3 氢含量分析

氢含量测定结果见表5。

表5 氢含量测定结 (10-4%)

从表5中氢含量测定结果看，随轧后试样放置时间的变化，氢含量在轧后1～15天内均下降，轧后1～3天内下降明显，5天以后趋于平稳。

3.4 时效试验分析

屈服强度、抗拉强度、断后伸长率随轧后试样放置时间的变化曲线见图1、2、3，图中试样号1、2、3、4、5、6对应为第1天、第2天、第3天、第5天、第7天、第15天。

图1 屈服强度随轧制后试样放置时间的变化

图2 抗拉强度随轧制后试样放置时间的变化

图3 断后伸长率随轧制后试样放置时间的变化

从图1、2、3可知，A板、B板的力学性能符合国标GB/T1591-2008《低合金高强度结构钢》要求。从检验结果看，A板的抗拉强度比B板的高10MPa，B板的屈服强度比A板的低25MPa，主要是由于A板的碳含量比B板低0.01%，A板的硅含量比B板高0.04%，A板的锰含量比B板高0.02%，同时A板的晶粒度比B板的细，见表6。

表6A板与B板化学成分、晶粒度和强度的对比

由屈服强度、抗拉强度、断后伸长率随轧后试样放置时间的变化曲线图可见，随着轧后试样放置时间的延长，厚度20mm和厚度12mm的Q345板，屈服强度在轧后1～5天内均下降，在轧后1～3天内下降明显，5天以后趋于平稳。厚度20mm的Q345板，在轧后1～5天内屈服强度下降9 MPa，厚度12mm的Q345板，在轧后1～5天内屈服强度下降8 MPa。而抗拉强度和断后伸长率随轧后放置时间的延长，数值在轧后1～5天内上下波动，5天以后趋于平稳。试验结果：综合实验数据可看出，Q345板材随轧后试样放置时间的变化化学成分基本平稳，氢含量的变化与屈服强度的变化相对应，屈服强度降低的原因与钢中氢的逸出有关。钢中的氢在晶界或晶内的缺陷处偏聚，阻碍位错运动，由于氢原子半径小，扩散能力较强，轧后放置时间的延长，它不断从钢中逸出表面，造成阻碍位错运动的能力减小，表现出屈服强度降低。

4 结束语

Q345钢板力学性能时效性试验表明：（1）Q345板材随轧后放置时间的延长，出现屈服强度下降的现象，其原因与钢中氢的逸出有关；（2）抗拉强度和断后伸长率随轧后放置时间的延长，数值上下波动，变化不大。

为保证生产的Q345钢板力学性能都符合国标要求，目前八钢公司针对Q345钢板提高了Q345板材企业内控标准，屈服强度比国标高10 MPa，要求屈服强度≥355 MPa。