Q420B卷板钢是典型的低合金高强钢，具有强度高、承载能力强的特点，优良的力学性能使其在输电铁 塔等实际工程中得到广泛的应用。然而在Q420B卷板钢焊接过程中，存在焊接裂纹产生倾向大、焊接接头韧性低的问题，这就与输电铁塔长期服役于 复杂多变环境所要求的安全条件相矛盾。为了 解决上述焊接性问题，需要采取较复杂的焊接工艺 才能焊接质量，故工艺成本高，这对该钢种在特 高压铁塔中的推广应用非常不利。研究表明，稀土元素性质活泼，能与几乎所有的非金 属元素发生反应。在焊接电弧高温作用下，稀土元素与熔池中的氢、氧、硫发生反应，从而净化焊缝，改 善焊接韧性。而且在冶金反应形成的稀土硫氧化物 部分残留于焊缝形成夹杂物，成为诱导针状铁素体 形核的核心，利于针状铁素体的增加，可以细化焊缝组织，阻碍裂纹扩展。考虑到添加稀土元素能够细化焊缝组织、提高焊缝力学性能的作用，通过焊条药皮向焊缝组织过渡Ce元素，研究了Ce对焊缝组织力学性能的影响以及作用机理，为丰富Q420钢的焊材配方，促进Q420B卷板钢在输电铁塔制造中应用提供了参考。

1、Q420B（C、D、E）卷板系列高强板运用.

该类材质经常用于各类工程机械、如矿山和各类工程施工用的钻机、电铲、电动轮反斗车、矿用汽车、挖掘机、装载机、推土机、各类起重机、煤矿液压支架等机械设备及其它结构件的制造和生产。在其他行业也有运用，比如高层建筑，钢结构厂房，桥梁工程，船舶工程。

实验部分

1.1、实验材料

本实验采用 Q420B卷板作为焊接母材，供货状态为热轧，板厚为12 mm，其国标要求力学性能如表 1 所示。

实验选择 E5015 低合金钢低氢焊条，焊芯为 3 mm 的 H08A，焊芯的化学成分如表 2 所示。试验采用度为 99．95% 的二氧化铈(CeO2) 粉末，通过药皮过渡到焊缝组织中，以改善焊缝熔敷金属的力学性能。

实验方法

本实验在碱性焊条的基础上加入 CeO2 ，实验设置焊条药皮配方如表 3。

根据表 3 通过焊条制作工艺将其压涂在3mm的H08A焊芯上，之后晾干定型并在电热干燥箱(300 ℃ ) 中保温 2 小时以上，制备出4mm实验用E5015焊条。试样采用X型坡口并预留2mm的钝边，焊接规范和焊接接头力学性能按标准规 定的方法进行。采用机械切割加工出坡口，图1为焊接接头示意图。为了焊接质量，采用多层焊。焊接工艺参数如表 4 所示。

Q420 钢板在常温下直接焊接，焊接后置于空气中缓冷。焊接实验完成后采用机械加工的方法加工拉伸实验试样和冲击实验试样，其试样尺寸分别如图 2 和图 3 所示。

2、Q420B卷板系列牌号有：

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

金属材料在现代建筑和工业设施建设中起看无可替代的作用随着新型建筑和工业装备的出现 ，高性能材料的需求不断增加。例如，北京臭运主场馆鸟巢” 在国内建筑史上首次使用110mm的Q460 ,由舞阳钢厂的科研人员首次研制成功。此外。随着第三代核电AP1000在国内的建设SA738与S32101这两种高性能钢材才开始在国内研制与生产。

3、Q420B*Q420C*Q420D*Q420E卷板相关参数执行标准

材料执行标准为GB/T 1591-2018标准；

Z向执行标准：GB/T 5313-2010标准；

尺寸、外形、重量、厚度及其他允许误差执行GB/T 709-2019标准；

厚度偏差为N类，亦可根据设计执行B类及C类偏差；

利用日本岛津 AG1 实验机进行力学性能实验。拉伸实验、冲击韧性实验均在室温 20 ℃ 的条件下进行。利用 Leica MPS60 型金相显微镜观察焊缝金相组织。采用日立 S － 4800 场发射扫描电子显微镜对焊缝进行分析。

结果与讨论

2.1 稀土元素对焊接接头力学性能的影响

表 5 为焊条药皮中不添加、添加 CeO2 后对焊缝力学性能对比结果。从表 5 中可见，随着焊条药皮中的 CeO2 含量的增加，焊缝的抗拉强度和冲击韧性都明显提高，当加入量为 3% 时，抗拉强度、冲击韧性达到大值，以后再随着 CeO2 添加量的增加， 抗拉强度、冲击韧性随之下降。

为了研究焊缝加入稀土后对其硬度的影响，对焊接试样进行了维氏硬度测试。15 个测试点依次通过母材、热影响区、焊缝区、热影响区、母材。图 4 为 CeO2 不同添加含量条件下 Q420 焊接接头硬度分布。从图 4 可以看出，靠近焊缝区的显微硬度低，母材其次，热影响区的显微硬度高。对比曲线 后还可以看出，不同条件下母材区和热影响区显微 硬度有变化，但是差异很小。而焊缝区显微硬度差 异表现很明显，添加 Ce 后焊缝熔敷金属硬度比未添加 Ce 的要低，且随着 CeO2 含量的增加呈现先升后降的趋势，但是降低的幅度不大。总的来说，焊缝 中 Ce 能在一定程度上降低焊缝金属的显微硬度， 但是不明显。

高强卷板 Q420B 9.75 1500 145.6 吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420B 9.5 1500 29.06 吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420B 7.75 1500 39.78 吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420B 7.5 1500 17.81 吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420B 5.75 1500 37.98 吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420B 5.75 1250 17.51 吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420B 5.5 1500 27.01 吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420B 5 1500 16.2 吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420B 4.75 1500 58.15 吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420B 4.75 1250 32.66 吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420B 4.5 1500 24.45 吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420B 4 1500 28.92 吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420B 4 1250 36.64 吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420B 3.75 1500 23.24 吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420B 3.75 1250 21.56 吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420B 3.5 1500 45.56 吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420B 3 1500 57.82 吨 安阳 安钢

高强卷板 Q420B 3 1250 21.36 吨 安阳 安钢