钢板强度设计值与厚度，钢板的力学性能

摘要： 您收到某批次热机械轧制Q420GJC钢板，发现其力学性能不合格，多次力学性能测试结果完全不同。我们通过化学成分分析、拉伸试验、硬度试验、金相检验等分析钢板力学性能不合格的原因。结果表明，钢板的显微组织在厚度方向分布不均匀，屈服强度、抗拉强度、硬度存在较大差异。为避免钢板产品性能产生争议，建议采用全厚度矩形拉伸试样进行测试。

关键词：热机械轧制，Q420GJC钢，拉伸试验，显微组织，力学性能

CLC 分类号：TB31 文档识别码：B 产品编号：1001-4012(2023)06-0066-03

该批次热机械轧制钢板（TMCP）材质为Q420GJC钢，厚度为55毫米。按GB/T2975-2018 《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制 备》，在钢板厚度1/4处取直径10mm的圆钢拉伸试件，按GB/T228.1-2021 :010进行拉伸试验。 -30000次拉伸试验在钢板1/4厚度左右取样，再次进行两次拉伸试验，3次力学性能试验结果见表1。从表1可以看出，初测屈服强度为375MPa，抗拉强度为543MPa，其中屈服强度比标准要求的下限410MPa低了35MPa。第二次复测分别为401MPa和418MPa，均低于标准要求的下限410MPa，且最初测得的屈服强度增加了约40MPa，两次复测测得的抗拉强度增加了约40MPa。相差41MPa。

由于钢板的力学性能差异很大，因此对拉伸试验过程进行了研究，以消除人为因素和检测设备原因。针对这一问题，笔者进行了一系列理化试验，研究了Q420GJC钢板力学性能不合格以及试验结果差异较大的原因，避免了判断上的争议，我们已提交了相关改进意见改进结果的建议。评价钢板产品的性能。

1 理化测试

1.1 化学成分分析

表2为Q420GJC钢板化学成分分析结果，可见钢板中主要化学元素含量符合产品标准。可以消除炼钢过程中钢板取样、制样或化学成分控制的影响。

1.2 不同厚度位置的拉伸试验

考虑到钢板厚度为55mm，力学性能测试结果差异较大，这可能是由于圆钢拉伸试件取样位置发生了偏移，因此在该位置取样。拉伸试验钢板取样位置如图1所示，位置1距顶面12mm，位置2距顶面14mm（1/4厚度），位置3距顶面17mm表面。位置4为钢板中心（1/2厚度），位置5为距底面17毫米，位置6为距底面14毫米（3/4厚度），位置7为上方12毫米位于底面。

将该样品加工成直径10mm的圆棒样品，进一步加工成全厚度矩形截面的拉伸样品，进行拉伸试验，结果如表3所示。从表3可以看出，的17位屈服强度和抗拉强度变化趋势几乎相同。位置1和位置7具有最好的机械性能，屈服强度分别为459 MPa和488 MPa。抗拉强度分别为604 MPa和631 MPa，1/4钢板厚度（位置2）和3/4厚度（位置6）处的屈服强度分别降低至415 MPa和432 MPa 。抗拉强度分别下降至575MPa和587MPa，钢板中心（位置3、6）和位置5）的屈服强度和抗拉强度继续下降，屈服强度分别下降至394MPa和409MPa ，已在标准范围内，钢板中心部位（位置4）的屈服强度和抗拉强度最低，分别为372MPa和531MPa，整张钢板的屈服强度和抗拉强度均为531MPa 。 它成为了。矩形拉伸试件厚度分别为438MPa和589MPa，超过钢板1/4厚度和3/4厚度处的屈服强度和抗拉强度，满足标准要求。

1.3 不同厚度位置的硬度测试

图2为钢板厚度方向的硬度分布曲线，该曲线是从钢板顶部沿钢板厚度方向每隔2mm取样，对整个厚度进行维氏硬度测试得到的钢板的。图2曲线形状呈现两端高、中间低的“碗状”分布特征，钢板上下表面硬度最大，约为220HV，硬度为1 /4 和3/4.钢板4.4的厚度降低到183HV和194HV，钢板中心硬度降低到最低165HV，比钢板表面硬度低55HV。硬度测试结果与力学性能测试结果基本一致，符合碳钢硬度与其抗拉强度成正比的一般规律。

1.4 金相检验

在拉伸试样附近切取全厚度金相试样，研磨抛光，然后用4%（体积分数）的硝酸-乙醇溶液进行蚀刻，以表征钢板不同厚度处的显微组织。结果如图3所示。从图3可以看出，钢板上下表面附近的组织为贝氏体+少量针状铁素体，板厚1/4处的组织为针状铁素体+珠光体，少量粗结构。中间混有多边形铁元素；1/2厚度组织为铁素体+珠光体，粗大多边形铁素体含量高，晶粒尺寸大；3/4厚度组织主要为贝氏体+大量贝氏体+铁素体细小，晶粒尺寸大于上下表面附近。

2 综合分析

根据实验室试验机的能力和GB/T 2975-2018的要求，对于厚规格（厚度大于50mm）TMCP钢板，通常采用1/4厚的圆形截面拉伸试件进行拉伸试验。用于考试。本次试验中，圆棒拉伸试件在该位置的屈服强度变化较大，位置2和位置3拉伸试件的取样位置仅相差3mm，屈服强度相差21MPa。曾是。虽然钢板全厚度的矩形拉伸试件的屈服强度满足产品规范，但1/4钢板厚度的圆钢的力学性能不再代表钢板的整体性能。你不能。另外，钢板厚度不同位置的硬度分布曲线表明，1/4钢板厚度处硬度变化明显，这与力学性能测试的结果一致。金相检验结果表明，不同厚度位置的组织差异较大，1/4厚度处的显微组织不能代表全厚度的显微组织。考虑到实际样品加工过程中不可避免地存在错位，特殊情况下采用1/4厚圆棒拉伸试件会影响产品性能判断。因此，对于TMCP钢板，在加工和试验机能力允许的情况下，应采用全厚度试样，或者在产品合同中注明拉伸试样的类型，否则可能会出现性能缺陷。更有可能发生。

根据钢板的化学成分和轧制工艺的不同，正常情况下钢板的显微组织应为贝氏体组织[1]，且不同厚度位置的组织应比较均匀。这种异常现象可能是由于轧制过程中的某种控制误差造成的，如终轧温度过高或冷却速度过慢等。影响钢板内部组织的相变过程，引起贝氏体相变，这种相变只发生在钢板的顶面和底面，铁素体和珠光体的相变发生在钢板内部，最终，当厚度钢板的材质不同，形成显着不同的显微组织[2-3]。为了探究这种异常现象的确切原因，有必要对整个钢板轧制过程进行更详细的调查。

3 结论与建议

(1)钢板力学性能异常的原因是由于钢板轧制过程中的控制误差，导致钢板内部组织在厚度方向分布不均匀，力学性能不稳定，不能有效地控制钢板的力学性能。代表钢板的综合性能。

(2)对于TMCP钢板，供方必须在产品合同中注明拉伸试样的类型，当产品性能发生争议时，应采用全厚度矩形拉伸试样进行调解。另外，在新产品开发或产品性能/质量争议时，可以综合分析不同厚度钢板的力学性能。

第：章

[1]刘伟航.大线能量焊接用Q420C钢板的研制[J].理化检验(物理版),2020,56(12):33-35.

[2] 李德发，王世森，熊玉章，等，低碳贝氏体工程机械用Q460级厚钢板的研制[J]，钢铁研究，2011，39(4): 27-29。

[3] 朱浩， 罗蜜， 刘东升. Q420D钢板的经济制造技术[J]. 机械工程材料， 2012, 36(7):25-27.

文章来源材料和测试网络期刊文章物理化学测试- 物理，第59 卷，第6 期(pp:66-68)