960mpa高強(qiáng)度鋼材及其焊縫低溫沖擊韌性試驗(yàn)研究(存儲(chǔ)版)
【正文】 ｓｍｏｒｅｃｒｉｔｉｃａｌｔｏｂｒｉｔｔｌｅｆｒａｃｔｕｒｅ．Ｒｉｃｈ收稿日期：２０１３－０４－１７； 修訂日期：２０１３－０８－０７基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（５１１７８２４４）第一作者：王元清 （１９６３— ），男，安徽霍山人，清華大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，博士．Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇ－ｙｑ＠ｍａｉｌ．ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ建 筑 材 料 學(xué) 報(bào)第１７卷９１６ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｆｏｒｔｈｅｉｍｐａｃｔｔｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆ９６０ＭＰａｓｔｅｅｌａｎｄｉｔｓｂｕｔｔｗｅｌｄｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｓｏａｓｔｏｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ９６０ＭＰａｓｔｅｅｌａｎｄｗｅｌｄｅｄｓｔｅｅｌｉｎｃｏｌｄｒｅｇｉｏｎｓａｎｄｐｒｏｖｉｄｅ ｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｉｍｐａｃｔｔｏｕｇｈｎｅｓｓａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌ；ｂｕｔｔｗｅｌｄ；ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｉｍｐａｃｔｔｏｕｇｈｎｅｓｓ；ｄｕｃｔｉｌｅ－ｂｒｉｔｔｌｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ目前，高強(qiáng)度鋼材已在國(guó)內(nèi)外多個(gè)實(shí)際工程中得到了成功應(yīng)用［１］，而隨著結(jié)構(gòu)工程不 斷 向 超 高 層 和大跨度方向發(fā)展［２］，對(duì)鋼材性能的要 求 也 將 不 斷提高．然而，隨著鋼材強(qiáng)度的提高，其冶煉軋制工藝、化學(xué)成分等與普通強(qiáng)度鋼材相比，均有較大的差別，因此高強(qiáng)度鋼材的斷裂與疲勞性能等將有所變化． 高強(qiáng)鋼焊接難度較大，易產(chǎn)生焊接缺陷，而焊接產(chǎn)生 的熱影響也將使焊 縫 附 近 的 材 質(zhì) 變 差［３－５］．此 外，中 國(guó)大部分國(guó)土面積處于寒冷地區(qū)，低溫冷脆問題不 容忽視［４，６］．相對(duì)于普通強(qiáng)度鋼材鋼結(jié)構(gòu)，高強(qiáng)度鋼 材鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)力水平明顯提高，基于斷裂力學(xué) 的觀點(diǎn)［７］，高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋缺陷將更加敏感，更 易于發(fā)生脆斷破壞．因此，新型高強(qiáng)度鋼材及其焊縫 的韌性是其推廣應(yīng)用的重要制約因素．由于沖擊韌性指標(biāo)測(cè)定較簡(jiǎn)便，試 驗(yàn) 結(jié) 果 也 較為成熟［８］，很 多 規(guī) 范 如 ＧＢ５００１７—２００３《鋼 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)規(guī)范》采用沖擊韌性判據(jù)指標(biāo)指導(dǎo)結(jié)構(gòu)選材．基于 上述情況，本文對(duì)９６０ＭＰａ高強(qiáng)度鋼材及其焊縫的 低溫沖擊韌性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并將其夏比沖擊功 Ａｋｖ（Ｊ）與其他結(jié)構(gòu)鋼材進(jìn)行了比 較，以 期 得 到 沖 擊 韌性有關(guān)強(qiáng)度影響、低溫影響的相關(guān)變化規(guī)律，為其 在低溫地區(qū)的推廣應(yīng)用提供參考數(shù)據(jù)，同時(shí)也為研究沖擊韌性 和 斷 裂 韌 性 ２ 個(gè) 指標(biāo)之間的關(guān)系提供 依據(jù)．厚１４ｍｍ，其主要化學(xué)組成見表１．采用 Ｖ 型坡口全熔透埋 弧 焊，平 焊 焊 接，焊 劑 為 ＳＪ１０１，電 壓 ３０～３４Ｖ，電流５３０～５７０Ａ，送絲速度 ４０～４５ｃｍ／ｍｉｎ，在中冶焊接研究所對(duì)其進(jìn)行了焊接工藝評(píng)定，執(zhí)行ＪＧＪ８１—２００２《建筑 鋼 結(jié) 構(gòu) 焊 接 規(guī) 程》標(biāo) 準(zhǔn)，焊 縫 幾 何尺寸見圖１（ａ）．表１ ９６０ＭＰａ高強(qiáng)度鋼材的化學(xué)組成Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ（ｂｙｍａｓｓ）ｏｆ９６０ＭＰａｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌｐｌａｔｅＴａｂｌｅ１％ＣＳＰＭｎＳｉ ０．０６００．００２０．０１１１．６１００．２６０試件參照 ＧＢ２９７５—１９９８《鋼及鋼產(chǎn)品力 學(xué) 性能試驗(yàn)取樣位置及試樣制備》切取樣坯，焊縫區(qū)、熱影響區(qū)取樣如圖１（ｂ），（ｃ）所示，并按規(guī)定尺寸制作 標(biāo)準(zhǔn)試件，試件尺寸見 圖 １（ｄ）．試 驗(yàn) 在 ＳＡＮＳ 擺 錘 式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行．沖擊前將試件在保溫箱中冷 卻，冷卻介質(zhì)采用液氮與酒精的混合液體．試驗(yàn)結(jié)果２２．１ ９６０ＭＰａ高強(qiáng)度鋼材及其對(duì)接 焊 縫 的 沖 擊 韌性隨溫度變化規(guī)律對(duì)９６０ＭＰａ高 強(qiáng) 度鋼材及其對(duì)接焊縫在 ５ 個(gè) 溫度點(diǎn)下的 Ａｋｖ進(jìn)行 了 比 較 分 析，結(jié) 果 見 圖 ２．熱 影 響區(qū)的 Ａｋｖ 總 體 上 小 于 母 材 及 焊 縫 區(qū)，表 明 焊 接 產(chǎn) 生的熱影響使焊縫附近鋼材的韌性變差，在焊接結(jié) 構(gòu)的抗脆斷設(shè)計(jì)中為薄弱環(huán)節(jié)，這也與文獻(xiàn)［５］的結(jié) 論一致；當(dāng)溫度高于－２０℃時(shí)，焊縫區(qū)的 Ａｋｖ小于母 材，且焊縫區(qū)的 Ａｋｖ較為離散，可能是由于 Ｖ 型缺口 對(duì)材料缺陷和差異較敏感所致；當(dāng)溫度降至－２０℃ 以下時(shí)，焊縫區(qū)的 Ａｋｖ大于母材，表現(xiàn)出較好 的沖擊 韌性．由圖２可見，夏比沖擊功隨溫度的變化曲線體 現(xiàn)了９６０ＭＰａ高強(qiáng)度鋼材及其焊接鋼材的韌脆轉(zhuǎn)變 特征，表現(xiàn)出
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