Q420B卷板鋼是典型的低合金高強鋼，具有強度高、承載能力強的特點，優(yōu)良的力學性能使其在輸電鐵 塔等實際工程中得到廣泛的應用。然而在Q420B卷板鋼焊接過程中，存在焊接裂紋產(chǎn)生傾向大、焊接接頭韌性低的問題，這就與輸電鐵塔長期服役于 復雜多變環(huán)境所要求的安全條件相矛盾。為了 解決上述焊接性問題，需要采取較復雜的焊接工藝 才能焊接質(zhì)量，故工藝成本高，這對該鋼種在特 高壓鐵塔中的推廣應用非常不利。研究表明，稀土元素性質(zhì)活潑，能與幾乎所有的非金 屬元素發(fā)生反應。在焊接電弧高溫作用下，稀土元素與熔池中的氫、氧、硫發(fā)生反應，從而凈化焊縫，改 善焊接韌性。而且在冶金反應形成的稀土硫氧化物 部分殘留于焊縫形成夾雜物，成為誘導針狀鐵素體 形核的核心，利于針狀鐵素體的增加，可以細化焊縫組織，阻礙裂紋擴展?？紤]到添加稀土元素能夠細化焊縫組織、提高焊縫力學性能的作用，通過焊條藥皮向焊縫組織過渡Ce元素，研究了Ce對焊縫組織力學性能的影響以及作用機理，為豐富Q420鋼的焊材配方，促進Q420B卷板鋼在輸電鐵塔制造中應用提供了參考。

1、Q420B（C、D、E）卷板系列高強板運用.

該類材質(zhì)經(jīng)常用于各類工程機械、如礦山和各類工程施工用的鉆機、電鏟、電動輪反斗車、礦用汽車、挖掘機、裝載機、推土機、各類起重機、煤礦液壓支架等機械設備及其它結(jié)構(gòu)件的制造和生產(chǎn)。在其他行業(yè)也有運用，比如高層建筑，鋼結(jié)構(gòu)廠房，橋梁工程，船舶工程。

實驗部分

1.1、實驗材料

本實驗采用 Q420B卷板作為焊接母材，供貨狀態(tài)為熱軋，板厚為12 mm，其國標要求力學性能如表 1 所示。

實驗選擇 E5015 低合金鋼低氫焊條，焊芯為 3 mm 的 H08A，焊芯的化學成分如表 2 所示。試驗采用度為 99．95% 的二氧化鈰(CeO2) 粉末，通過藥皮過渡到焊縫組織中，以改善焊縫熔敷金屬的力學性能。

實驗方法

本實驗在堿性焊條的基礎上加入 CeO2 ，實驗設置焊條藥皮配方如表 3。

根據(jù)表 3 通過焊條制作工藝將其壓涂在3mm的H08A焊芯上，之后晾干定型并在電熱干燥箱(300 ℃ ) 中保溫 2 小時以上，制備出4mm實驗用E5015焊條。試樣采用X型坡口并預留2mm的鈍邊，焊接規(guī)范和焊接接頭力學性能按標準規(guī) 定的方法進行。采用機械切割加工出坡口，圖1為焊接接頭示意圖。為了焊接質(zhì)量，采用多層焊。焊接工藝參數(shù)如表 4 所示。

Q420 鋼板在常溫下直接焊接，焊接后置于空氣中緩冷。焊接實驗完成后采用機械加工的方法加工拉伸實驗試樣和沖擊實驗試樣，其試樣尺寸分別如圖 2 和圖 3 所示。

2、Q420B卷板系列牌號有：

Q420B、Q420BZ15、Q420BZ25、Q420BZ35、Q420C、Q420CZ15、Q420CZ25、Q420CZ35、Q420D、Q420DZ15、Q420DZ25、Q420DZ35、Q420E、Q420EZ15、Q420EZ25、Q420EZ35。這里的Z15、Z25、Z35指的是材料在Z向的性能表示方法。

金屬材料在現(xiàn)代建筑和工業(yè)設施建設中起看無可替代的作用隨著新型建筑和工業(yè)裝備的出現(xiàn) ，高性能材料的需求不斷增加。例如，北京臭運主場館鳥巢” 在國內(nèi)建筑史上首次使用110mm的Q460 ,由舞陽鋼廠的科研人員首次研制成功。此外。隨著第三代核電AP1000在國內(nèi)的建設SA738與S32101這兩種高性能鋼材才開始在國內(nèi)研制與生產(chǎn)。

3、Q420B*Q420C*Q420D*Q420E卷板相關參數(shù)執(zhí)行標準

材料執(zhí)行標準為GB/T 1591-2018標準；

Z向執(zhí)行標準：GB/T 5313-2010標準；

尺寸、外形、重量、厚度及其他允許誤差執(zhí)行GB/T 709-2019標準；

厚度偏差為N類，亦可根據(jù)設計執(zhí)行B類及C類偏差；

利用日本島津 AG1 實驗機進行力學性能實驗。拉伸實驗、沖擊韌性實驗均在室溫 20 ℃ 的條件下進行。利用 Leica MPS60 型金相顯微鏡觀察焊縫金相組織。采用日立 S － 4800 場發(fā)射掃描電子顯微鏡對焊縫進行分析。

結(jié)果與討論

2.1 稀土元素對焊接接頭力學性能的影響

表 5 為焊條藥皮中不添加、添加 CeO2 后對焊縫力學性能對比結(jié)果。從表 5 中可見，隨著焊條藥皮中的 CeO2 含量的增加，焊縫的抗拉強度和沖擊韌性都明顯提高，當加入量為 3% 時，抗拉強度、沖擊韌性達到大值，以后再隨著 CeO2 添加量的增加， 抗拉強度、沖擊韌性隨之下降。

為了研究焊縫加入稀土后對其硬度的影響，對焊接試樣進行了維氏硬度測試。15 個測試點依次通過母材、熱影響區(qū)、焊縫區(qū)、熱影響區(qū)、母材。圖 4 為 CeO2 不同添加含量條件下 Q420 焊接接頭硬度分布。從圖 4 可以看出，靠近焊縫區(qū)的顯微硬度低，母材其次，熱影響區(qū)的顯微硬度高。對比曲線 后還可以看出，不同條件下母材區(qū)和熱影響區(qū)顯微 硬度有變化，但是差異很小。而焊縫區(qū)顯微硬度差 異表現(xiàn)很明顯，添加 Ce 后焊縫熔敷金屬硬度比未添加 Ce 的要低，且隨著 CeO2 含量的增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢，但是降低的幅度不大?？偟膩碚f，焊縫 中 Ce 能在一定程度上降低焊縫金屬的顯微硬度， 但是不明顯。

高強卷板 Q420B 9.75 1500 145.6 噸 安陽 安鋼

高強卷板 Q420B 9.5 1500 29.06 噸 安陽 安鋼

高強卷板 Q420B 7.75 1500 39.78 噸 安陽 安鋼

高強卷板 Q420B 7.5 1500 17.81 噸 安陽 安鋼

高強卷板 Q420B 5.75 1500 37.98 噸 安陽 安鋼

高強卷板 Q420B 5.75 1250 17.51 噸 安陽 安鋼

高強卷板 Q420B 5.5 1500 27.01 噸 安陽 安鋼

高強卷板 Q420B 5 1500 16.2 噸 安陽 安鋼

高強卷板 Q420B 4.75 1500 58.15 噸 安陽 安鋼

高強卷板 Q420B 4.75 1250 32.66 噸 安陽 安鋼

高強卷板 Q420B 4.5 1500 24.45 噸 安陽 安鋼

高強卷板 Q420B 4 1500 28.92 噸 安陽 安鋼

高強卷板 Q420B 4 1250 36.64 噸 安陽 安鋼

高強卷板 Q420B 3.75 1500 23.24 噸 安陽 安鋼

高強卷板 Q420B 3.75 1250 21.56 噸 安陽 安鋼

高強卷板 Q420B 3.5 1500 45.56 噸 安陽 安鋼

高強卷板 Q420B 3 1500 57.82 噸 安陽 安鋼

高強卷板 Q420B 3 1250 21.36 噸 安陽 安鋼