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沿海地区所使用的大型桥梁结构钢,因其应用环境严苛,在耐腐蚀性能、力学性能和焊接性能等方面具有较高的要求。Q420qENH钢因其较为优异的综合性能成为我国桥梁领域广泛应用的材料。随着桥梁结构钢越来越高的应用需求,桥梁钢的性能向高强度、高韧性和易焊接的方向发展。通过优化合金元素含量来提高钢板的力学和焊接性能是现代桥梁钢领域的研究热点。硅(Si)元素是桥梁钢中的基础元素,对钢板强度和焊接热影响区的冲击行为都有较大的影响。为优化Q420qENH钢的综合性能,本文以Q420qENH钢为试验材料,研究了不同Si含量(分别为0.12%、0.30%、0.48%、0.75%)对Q420qENH钢力学性能和焊接性能的影响,探索了不同Si含量试验钢的强韧化机理,提出了Q420qENH钢中Si含量的优化范围。为探索Si含量对Q420qENH钢力学性能的影响,模拟了四种Si含量试验钢的控轧控冷(TMCP)工艺过程,进行了显微组织表征和拉伸性能测试。研究表明:四种Si含量样品均形成了由粒状贝氏体铁素体(GBF)、块状铁素体(QF)和马氏体-奥氏体(M-A)组元组成的混合组织。随Si含量的增加,粒状贝氏体量减少,块状铁素体和马氏体-奥氏体组元数量增多,粒状贝氏体量和块状铁素体有效晶粒尺寸增大,位错密度降低,但Si元素的固溶强化和马氏体-奥氏体增多的第二相强化作用增大,使钢的屈服强度略有提高,但显著提高钢的抗拉强度,降低屈强比,提高了钢的应变硬化能力。为深入研究Si含量对Q420qENH钢焊接性能的影响,在20 kJ/cm的焊接热输入下进行了焊接热模拟试验,通过粗晶热影响区(CGHAZ)的冲击性能检测和显微组织的结果表征,分析了不同Si含量对试验钢微观组织和冲击行为的影响。研究表明:不同Si含量试验钢焊接粗晶区组织均由粒状贝氏体铁素体(GBF)、板条贝氏体铁素体(LBF)、针状铁素体(AF)和M-A组元构成。随着Si含量增多,LBF减少,GBF和M-A组元增多,有效晶粒尺寸粗化。当Si含量从0.12%增加到0.75%,CGHAZ的冲击功由208 J降低到42 J。随着Si含量的增加,较大尺寸的M-A组元是焊接粗晶区冲击韧性恶化的主要因素。同时,Si含量增多,CGHAZ中大角度晶界密度下降也是导致冲击韧性恶化的重要因素。综合分析得出,钢中Si含量应限制在0.30%~0.48%之间。