Q345D钢高温力学性能试验研究

度较好。
图 3 Q 345 钢屈服强度 Rs 随温度变化曲线
2. 4 材料极限强度随温度的变化规律 从表 2 可以看出随着温度的升高, 材料的极限强
度明显降低, 500 ℃时极限强度从常温的680. 9 M Pa 降到431. 2 MP a; 在500 ℃～650 ℃之间极限强度随温
图 4 极限强度 Rb 随温度变化曲线
2. 5 材料高温弹性模量随时间的变化规律 弹性模量反映了钢材抵抗变形的能力。如表 2 所
示, 温度超过500 ℃后, 材料的弹性模量急剧下降, 从 常温的181 GP a下降到54. 3 GPa。这说明, Q345D 钢 高温后抵抗变形的能力较差。但在500 ℃～750 ℃之
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机 械 工 程 与 自 动 化 2009 年第 5 期
f b ( H) = f b [ ( 3. 53×10- 6) H2 - ( 6. 34× 10- 3 ) H+ 2. 93] 。…………………………………………… ( 2) 其中: f b 为常温下材料的极限强度。
对式( 2) 与试验值进行统计分析得到回归公式的 相关性R 2= 0. 998 7, 表明回归公式的估计值与对应的 实际数据之间的拟合程度较好。
材料的屈服平台消失, 屈服强度的取值很难确定, 有 极限强度随着温度的升高而降低, 材料抵抗变形的能
效屈服强度的取值原则在国际上尚无统一标准, 因此, 本文用切线交点法[ 5] 屈服强度取值原则, 得到各温度
力较低, 因此在高温下进行矫直时应注意压下的控制, 避免出现裂纹。图 4 为材料极限强度随温度的变化曲
下材料的屈服强度。从图 3 中可以看出, 屈服强度随 线。通过对极限强度试验数据回归分析得到500 ℃～
温度的升高而降低。对于矫直来说, 屈服强度降低, 所 750 ℃温度水平下的回归公式:
需矫直力减小, 但由于高温时屈服平台消失, 出现硬
化现象。因此, 矫直时, 应注意硬化模量的选取。本
文通过 对屈服强度试 验数据回归分析 得到500 ℃～
0 引言 钢材在成型、运输、冷却及各种加工过程中常因
外力的作用、温度的变化及内力消长而发生弯曲或扭 曲变形[ 1] , 为了获得平直的成品必须对其进行矫直。而 材料的特性是矫直工艺研究的重要依据之一, 由于矫 直根据工艺要求通常可能在较高温度下进行, 因此, 研 究钢材高温下的力学性能对于矫直工艺的研究具有重
2. 1 常温下材料的力学性能 常温( 20 ℃) 拉伸试验所得应力- 应变曲线见图
1, 其 有 明 显 的 屈 服 平 台, Rs = 345 MP a, Rb= 680. 9 MP a, E = 181 GPa。
图 1 常温( 20 ℃) 条件下 Q 345D 钢的应力—应变曲线
2. 2 高温下材料的应力—应变曲线 在温度为 500 ℃、550 ℃、600 ℃、650 ℃、700 ℃、
屈服强度随着温度的升高而降低。
( 2) 高温下( 500 ℃～750 ℃) , Q 345D 钢的极限 强度随着温度的升高而降低。
( 3) 屈服强度 Rs 、极限强度 Rb、弹性模量 E 所给 回归公式与试验值符合较好, 为矫直工艺的制定提供 了依据。
( 4) 在 500 ℃～750 ℃之间, Q345D 钢可以进行 矫直, 但应注意强化模量的选取。
间, 材料的弹性模量变化不大。图 5 为材料弹性模量 随温 度 的 变 化 曲 线。通 过 回 归 分 析 得 到 500 ℃～ 750 ℃温度水平下的回归公式:
f e( H) = f e[ - ( 1. 19×10- 6) H4 + ( 3. 26×102) H3 ( 4. 35×10- 4 ) H2 + 0. 18H- 26. 17] 。 …………… ( 3) 其中: f e 为常温下材料的弹性模量。式( 3) 与试验值相 关性 R 2= 1。
2009 年第 5 期 徐义 波, 等: Q 345D 钢高温力学性能试验研究
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0. 15 之前, 硬化现象比较明显, 随着温度的升高, 硬 化区减小, 在较小的应变范围内, 材料即达到极限强 度。在矫直工艺中, 当极限应变 Eb 与屈服应变 Es 的比 大于等于 5, 即Eb/ Es ≥5 时, 认为材料可以进行矫直。本
要的意义。目前, 国内许多学者根据材料的不同用途 进行了高温下材料力学特性的研究[ 2～4] , 但是, 由于试 验材料、试验方法、参数选择等的不同, 使试验结果 有很大差别。本文以 Q345D 为研究对象, 考虑矫直这 一工艺技术特点, 通过材料力学性能试验, 掌握该钢 种不同温度下的力学特性, 包括屈服强度 Rs、极限强度 Rb、弹性模量 E 等, 为矫直工艺的制定提供依据。 1 拉伸试验
究[ J] . 钢铁, 2006, 41( 5) : 73-77. [ 3] 丁发兴, 余志武, 温海林. 高温后 Q 235 钢材力学性能试验
研究[ J] . 建筑材料学报, 2006, 9( 2) : 245-249. [ 4] Sakumoto Y , Y amag uchi T , O hashi M , et al. Hig h-
文章编号: 1672-6413( 2009) 05-0084-03
No. 5 O ct.
Q 345D 钢高温力学性能试验研究
徐义波, 王效岗, 凡 明, 韩贺永, 刘建永
( 太原科技大学, 山西 太原 030024)
摘 要: 在 Gleeble 1500D 热力模拟试验机上, 对 Q 345D 钢在室温( 20 ℃) 、500 ℃、550 ℃、600 ℃、650 ℃、700 ℃、 750 ℃不同温度条件下进 行拉伸试验研究, 通过回归分析, 得出屈服强度 Rs、极限强度 Rb、弹性模量 E 等力学 性能随温度变化的规 律。在500 ℃～750 ℃之间, Q 345D 钢的屈服强度 Rs、极限强度 Rb 随温度升高而降低, 而 弹 性模量 E 的变化不大。 关 键词: Q 345D ; 热模拟拉伸试验; 高温力学性能 中 图分类号: T G142. 1+ 2 文献标识码: A
750 ℃温度水平下屈服强度的回归公式:
f s( H) = f s( - 1. 789H+ 1. 624) 。 ………… ( 1)
其中: f s 为常温下材料的屈服强度。对式( 1) 与试验值 进行统计分析得到回归公式的相关性R2= 0. 980 4, 表 明回归公式的估计值与对应的实际数据之间的拟合程
2 试验结果与分析 试验后, 根据金属材料力学性能测试的有关标准
整理数据得到屈服强度 Rs 、极限强度 Rb、弹性模量 E 值, 见表 2。
表 2 不同温度条件下试验所得材料的 Rs、Rb、E 温度( ℃) 20 500 550 600 650 700 750 Rs( M Pa) 345. 0 241. 4 233. 6 190. 9 160. 8 120. 7 99. 31 Rb( M Pa) 680. 9 431. 2 352. 0 282. 4 193. 7 141. 7 115. 7 E ( G Pa) 181. 0 54. 3 53. 3 50. 2 49. 5 50. 3 46. 7
750 ℃ 条件下, 分 别进行拉伸试 验后得到钢材的 应 力- 应变曲线, 见图 2。由图 2 可见高温后在应力较小 时, 仍有一段近似弹性阶段, 但钢材的屈服平台已完 全消失, 没有明显的屈服极限。500 ℃时, 应变达到
收稿日期: 2009-01-04; 修回日期: 2009-04-25 作者简介: 徐义波( 1977-) , 男, 辽宁盖州人, 在读硕士研究生。
Experimental Research on High Temperature Mechanical Properties of Q345D Steel
XU Yi-bo, WANG Xiao-gang, FAN Ming, HAN He-yong, LIU Jian-yong
( T aiyuan U n iversi ty of S cien ce and Techn ol ogy, Taiyuan 030024, Ch ina) Abstract: T he pr opert ies of Q 345D steel w as st udied thro ugh tensio ning at r oo m temper atur e ( 20 ℃) , 500 ℃, 550 ℃, 600 ℃, 650 ℃ , 700 ℃ and 750 ℃ by G leeble 1500D , the mechanical pro per ties such as y ield streng th, ultimate st reng th, modulus o f elast icity at differ ent tem per ature w ere obtained by r eg ression analy sis. When t he temper ature increases fr o m 500 ℃ to 750 ℃, the values of y ield str eng th and ultimat e st rengt h decrea se, and the modulus of elasticity chang es little. Key words: Q 345D ; thermal simulatio n t ensile test; hig h-temper ature mechanical pr opert ies
temperat ur e pr oper ties of fir e-r esistant steel for building s [ J ] . Jour nal of Str uctur al Engineer ing , 1992, 118( 2) : 392-407. [ 5] 屈立军, 王跃琴, 李焕群. Q 345 低合金结构钢 的高温强度 试验研究[ J] . 武警学院学报, 2006, 22( 2) : 20-22.
图 5 材料弹性模量 E 随温度变化曲线
3 结论 ( 1) 高温下( 500 ℃～750 ℃) , Q 345D 钢的屈服
平台消失, 通过切线交点法屈服强度取值原则得到的
参考文献: [ 1] 崔甫. 矫直原理与矫 直机械[ M ] . 北京: 冶 金工业出版 社,
2 005 . [ 2] 吴光亮, 孙彦辉. CSP 板坯 ( Q 235B) 高 温力学性能 试验研
1. 1 试验设备及材料 本试验采用 Gleeble1500热轧成品钢板 Q345D。材 料化学成分见表 1。
表 1 Q 345D 钢 材化学成分 ( 质量分数)
%
C
Mn
Si
P
S
0. 15
1. 5
0. 5
0. 03
0. 03
1. 2 试验方法
取正 常 生 产 的 钢 板 ( 断 面30 m m× 300 mm , 长 500 mm ) 一块, 沿着纵向加工成5 6 mm ×12 mm 的拉 伸试样。考虑矫直时材料的变形特点及矫直温度, 拉 伸试验分别在室温( 20 ℃) 、500 ℃、550 ℃、600 ℃、 650 ℃、700 ℃和750 ℃下进行。试样以20 ℃/ s的加热 速率加热至试验温度后保温30 s, 以1×10- 3 mm / s的 应变速率进行拉伸直至出现缩颈。
试验虽然 Eb 与 Es 的比值随着温度的升高而减小, 但其 比值都大于 10, 因此, 在500 ℃～750 ℃之间 Q345D 钢可以进行矫直。
图 2 高温下材料的应力 —应变曲线
2. 3 材料屈服强度随温度的变化规律
度的降低比较明显, 超过650 ℃之后极限强度的降低
图 3 为材料屈服强度随温度变化曲线, 由于高温 有所减小; 750 ℃时极限强度减小到115. 7 M Pa。由于
0引言钢材在成型运输冷却及各种加工过程中常因外力的作用温度的变化及内力消长而发生弯曲或扭曲变形材料的特性是矫直工艺研究的重要依据之一由于矫直根据工艺要求通常可能在较高温度下进行因此研究钢材高温下的力学性能对于矫直工艺的研究具有重要的意义
第 5 期 ( 总第 156 期) 2009 年 10 月
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