Q420高强钢在国内钢结构中的开发和应用(最终032)申献辉-111111研讨.doc

PAGE  ASTM A913 Gr60（QST）高强钢在建筑钢结构工程应用的 焊接性试验研究 申献辉 马德志 徐贝尔 宋晓峰 （中冶集团建筑研究总院 北京 100088） 摘 要：本文通过焊接冷、热裂纹敏感性分析、热影响区最高硬度试验、斜Y坡口焊接裂纹试验、插销冷裂纹试验对ASTM A913 Gr60（QST）高强钢的抗冷、热裂纹敏感性进行全面的试验研究，通过常温环境下不预热刚性模拟试板，其焊接接头力学性能试验结果可以看出，各项试验数量均能满足标准要求。 关键词：焊接性、刚性模拟焊接接头 1 前言 随着高层钢结构工程对钢材强度要求的不断提高，当前国内高层钢结构中大多采用的Q345钢已经不能满足一些高层钢结构的要求。北京新保利大厦钢结构工程中首次在国内大规模采用了从卢森堡进口的ASTM A913Gr60钢（强度级别相当于国内的Q420钢），引起了国内工程界的极大关注。为保证新保利大厦钢???构工程的焊接施工质量，同时为其他高强钢工程中的应用提供借鉴，中冶集团建筑研究总院焊接研究所与浙江精工钢构集团共同进行了该钢材的焊接性试验研究。为该工程制作、安装焊接工艺的制定提供了科学依据和具体的指导。到目前为止，试验研究工作取得一定成效。 2 材料复验 试验钢材是阿赛罗公司提供的轧制H型钢，其翼缘板板厚125mm，腹板厚度78mm，供货状态为淬火+自回火。标准要求该钢材的最低屈服强度为415MPa，化学成分、各项力学性能等列于表1～表3。表1 化学成分：% CSiMnPSCuNiMoNbVCr标准要求Max0.140.401.600.0300.0300.350.250.0700.0400.0600.25熔炼0.100.201.430.0130.0290.170.070.0150.0020.0590.12复验0.0890.221.370.0110.0240.140.0740.0210.0010.0580.12注：熔炼成分摘自材质单，炉批号为81045。 表2 力学性能及复验结果 σS MPaσb MPaδ %Akv J 0℃标准要求4155201654材质单43656819.46117，138，131取样位置：位于翼缘板边B/6，距上表面δ/4处复验47359730130，116，125取样位置：位于翼缘板边B/6，距上表面δ/4处132，132，131取样位置：位于翼缘板边B/6，距上表面δ/2处122，132，137取样位置：位于翼缘板边B/2，距上表面δ/4处续表2 力学性能及复验结果 复验47359730104，103，52取样位置：位于翼缘板边B/2，距上表面δ/2处72，85，92取样位置：位于翼缘板边B/2，距上表面3δ/4处注：1）冲击试件取样方向为纵向； 2）拉伸试件为全厚度，试件规格为121.9×40.1 mm2； 3）B为翼缘板板宽，δ为板厚。 表3 Z向拉伸性能复验 试样 编号σS MPaσb MPaδ5 %ψ (%)备注1445580265524555752562注：试件采用φ10的圆形拉伸试棒。 通过对钢材成分和力学性能的复验，各项指标均符合标准要求。 3 工作流程 为了对ASTM A913 Gr60钢的焊接性进行全面的研究及制定该钢种焊接工艺的需要，首先制定工作流程如图1所示。鉴于供货商未提供钢材的具体焊接性资料，且该钢材强度高、板厚大，试验主要围绕钢材的抗冷裂性进行。 图1 新保利钢结构施工焊接试验流程 4 焊接性试验 4.1 焊接冷裂纹敏感性试验 4.1.1 焊接冷裂纹敏感性分析 钢材的焊接冷裂纹敏感性一般与母材和焊缝金属的化学成分有关，为了说明冷裂纹敏感性与钢材化学成分的关系，通常用碳当量来表示。计算碳当量的公式很多，对于ASTM A913 Gr60钢，采用了日本工业标准（JIS）推荐的调质钢碳当量Ceq（JIS）计算公式(公式1)和国际焊接学会（IIW）推荐的碳当量Ceq（IIW）计算公式(公式2)进行计算。 （1） （2） 按表1的复验值，依据公式（1）、（2）进行计算，得到的结果分别为0.362和0.3714，根据JGJ81-2002标准，碳当量结果处于标准规定的焊接性良好范围内，说明试验用ASTM A913 Gr60钢具有良好的抗焊接冷裂纹性能。 4.1.2 热影响区最高硬度试验 热影响区最高硬度试验方法主要是以测定焊接热影响区的淬硬倾向来评定钢材的冷裂敏感性。试验按照GB