微合金元素对Q345E棒材低温韧性的影响

　　低合金高强度钢在钢铁材料中是使用量最大的工程结构钢， 广泛用于国民经济建设的各部门，特别是基础设施建设和基础的加工制造业， 例如石油管线、石油平台、桥梁、大型建筑物等的建设和船舶、车辆、容器及机械、化工、轻工设备的制造[1]。 低合金高强度钢目前广泛采用微合金元素 Nb、V、Al、Ti 等进行微合金化，以提高其强度和韧性而达到良好的强韧性配合。

　　Q345 系列钢材是低合金高强度钢中应用最广泛的钢种， 而目前对 Nb、V、Al、Ti 等微合金元素对 Q345 系列钢材性能影响的研究， 大多集中在对控轧控冷生产板材性能的影响[2-4]。 本试验是在现有设备及未控轧控冷的工艺条件下， 研究了 Nb/V 复合微合金化、Nb 微合金化、V 微合金化对 Q345E 棒材热轧态-40℃低温韧性的影响。

　　1 实验材料及方法

　　1.1 实验材料

　　实验用 Q345E 钢材生产工艺为： 转炉冶炼→LF 精练→VD 处理→连铸→轧制，终轧温度控制在1000～1060℃。 不同的微合金化的试验用钢各生产3 炉：Nb/V 微合金化 (1#、2#、3#试样);Nb 微合金化(4#、5#、6#试样);V 微合金化 (7#、8#、9#试样)。 采用ARL-4460 直读光谱仪分析不同微合金化钢材的化学成分，结果如表 1 所示，其成分符合 GB/T1591-94低合金高强度结构钢中 Q345E 的要求。

　　1.2 实验方法

　　在 Zwick Z250 电 子 拉 伸 试 验 机 上 按 照GB/T228-2002 金属材料室温拉伸试验方法进行常温拉伸试验;在 JBN-300B 冲击试验机上按照GB/T229-1994 金属夏比缺口冲击试验方法进行系列冲击试验，试验温度分别为 20、0、-20 和-40℃;采用 OlympusPMG3 金相显微镜及菲利普 XL30 扫描电镜分析钢材热轧态的晶粒大小及显微组织。

　　2 实验结果及分析

　　2.1 实验结果

　　图 1 为不同微合金化 Q345E 钢材的抗拉强度及屈服强度变化曲线。 可见，1#、2#、3#试样强度最高， 其抗拉强度约为 720MPa， 屈服强度约为520 MPa; 4#、5#、6#试样强度次之， 其抗拉强度约为 560MPa， 屈服强度约为 395MPa;7#、8#、9#试样强度最低，其抗拉强度约为 505MPa，屈服强度约为 345MPa。 Nb/V 复合微合金化钢材抗拉强度比Nb、V 单独微合金化钢材分别高 160 和 215 MPa。

　　图 2 为不同微合金化 Q345E 钢材试样系列冲击试验结果。 材料学的基本理论认为， 随着材料强度的提高， 韧性一般会降低。 不同微合金化钢材韧性的变化趋势和强度的变化趋势相反，即强度最高的 1#、2#、3#试样的韧性最差，4#、5#、6#试样韧性较好，7#、8#、9#试样的韧性最好。 其中 4#、5#、6#试样在 20℃和 0℃的韧性要好于 1#、2#、3#试样，但在-20℃和-40℃其韧性基本一致，说明其韧脆转变温度范围相近。