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大线能量焊接用结构钢的研究进展(2） |
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| 大线能量焊接用结构钢的研究进展(2） |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 17:02:47  |
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贝氏体组织控制技术：贝氏体组织的超低碳钢其相变对冷速不敏感，在较大的冷速范围内，该钢的组织均为轴状贝氏铁素体(bainiticferrite)，焊后HAZ的硬度变化很小。当冷速达到25℃/s(相当于20kJ/mm)时仍然有很高的韧性，从而可生产出厚度超过75mm的高强钢。采用该技术，KASAKI公司生产了厚38～75mm的TS570MPa钢板，在电弧焊条件下HAZ最大硬度为280HV。在20kJ/mm的线能量下仍具有很高的夏比冲击功。
TPCP(themo-mechanicalprecipitationcontrolprocess)工艺：可以在热形变后获得对冷速不敏感的均匀组织。将C量降低到0.02%，在奥氏体-铁素体相变过程中不产生C的再分配，同时添加其他合金元素在较宽冷速范围内获得均匀超低碳贝氏体组织。该工艺的关键是沉淀控制技术，通过沉淀强化效应保持强度。日本利用该技术研制了高韧性超低碳贝氏体钢。
EWEL技术：日本的EWEL技术是奥氏体晶粒细化技术、奥氏体晶内显微组织控制技术、化学成分设计及生产工艺和通过焊缝金属中的B扩散控制热影响区组织这四种方法的综合。其中，奥氏体晶内显微组织控制技术就是通过降低Ceq将UB组织转变为F+B或者F+P组织。此外，在γ!α相变过程中，还可以通过晶内铁素体在BN和Ca的非金属夹杂上的非均质形核而细化晶内组织。BN对提高基体金属的韧性非常有利。JFE公司利用硫化物形貌控制技术(ACR，atomicconcentrationratio)实现对夹杂物形貌的控制，显著提高热影响区的韧性。
大线能量焊接用钢的开发和应用
通过对提高钢大线能量焊接性技术的研究，目前国外以日本为代表的国家已经研制出很多适用于大线能量焊接的钢种，其组织主要为铁素体和超低碳贝氏体。国内武钢研制了WGJ510C2和WDL610D2钢，具有较好的大线能量焊接性能，并申请了专利。
此外，武钢还研制了大线能量焊接高韧性抗锌液腐蚀用钢。该钢以Nb、V等微合金元素提高钢的强度，采用Ti的复合氧化物获得≥50kJ/cm的抗大线能量焊接性能。
船板钢：高强钢板用于造船目的在于减轻船身重量，降低油耗，也就是所谓的“节能船”。随着钢铁生产和船舶设计技术的发展，船用钢的屈服强度也从315MPa增加到355MPa。最近的趋势是使用屈服强度更高的高价值钢板，比如390MPa的屈服强度。日本已经开发出系列适应大线能量焊接的船用板。如JFE公司采用MACS(multipurposeacceleratedcoolingsystem)工艺研制了YP390船用厚钢板，该钢低N，含有少量的Nb并添加了REM-Ti，焊接接头在大线能量条件下仍具有良好的低温韧性。试验测试结果表明，钢板的性能以及在147~274kJ/cm线能量下气电立焊接头的性能均满足使用要求。此外，日本还采用EWEL技术开发了YP355MPa级LPG低温船用板，抗拉强度520MPa，承受的焊接线能量为106kJ/cm；而其开发的Q390MPa钢板，在600kJ/cm的输入能量下仍具有良好的焊接性能。
海洋建筑构件用钢：近年来，随着石油工业的发展，濒海构件也用到了极地和深海地区。随着强度的提高和厚度的增加，用于濒海的钢板必须满足-40℃下的CTOD值，落锤试验时零脆转变温度TNDT低于-85℃以保证充足的断裂韧性和抗裂纹扩展能力。
日本最初应用于寒冷地区能源开发的大线能量焊接厚板为YP360MPa结构钢板，最大厚度70mm，能够承受130kJ/cm的线能量。适应更高强度的需要，通过控制Ceq和Pcm，降低C、N、Si和P成分以及REM-Ti处理并控制Ti/N比，并运用了控制轧制和加速冷却工艺(MACS)，日本研制出厚75mm和101.2mm的YP420级钢板。因为加入了1.1%的Ni，这些钢板的低温韧性也不错。
桥梁用耐候钢：现在的桥梁需要大量焊接。日本Kawasaki钢铁公司利用组织控制技术研制了超低碳贝氏体耐候钢SMA570WTMC，钢中加入了Ni、Cu、Cr、Mo和P合金元素，含碳量约0.02%。通过调整Mn量，按强度分为三个等级：400MPa级、490MPa级和570MPa级，钢板厚25～75mm。在200kJ/cm的热输入条件下HAZ冲击功超过47J。用这些耐候钢制造的桥梁不用涂漆，降低了制造和维护成本。
此外，Kawasaki还研制了800MPa级的非热处理高韧性超低碳贝氏体钢棒，取代传统的淬火回火钢AISI4173用于汽车和工业设备领域。该钢轧后组织为贝氏体铁素体(αB)，屈强比达到85%。利用Cu弥散强化，提高了钢的耐磨损性能。
建筑结构用钢：采用JFEEWEL技术，日本研制了包括SA440-E在内的系列高韧性建筑结构钢，形成了从490MPa到590MPa的系列建筑结构钢。运用ACR技术严格控制了Ti、N含量，生产出60mm和100mm厚的SA440-E板材，其抗拉强度为590-740MPa，屈服强度约460MPa。在630kJ/cm埋弧焊和1000kJ/cm电渣焊条件下，HAZ无明显粗化，焊缝金属组织为细小的针状铁素体，奥氏体晶界处未发现粗大先共析铁素体。
钢板的研制也促进了焊料的开发。通过焊料向焊缝中添加提高淬透性元素、抑制晶界铁素体形成元素、促进晶内针状铁素体形成元素和可以控制焊缝金属的化学成分，使得基体金属能够承受大线能量埋弧焊和电渣焊，已经成为新型焊料的一个发展趋势。日本新开发的高B焊料，就是利用来自于焊缝的B的扩散，细化焊接热影响区组织。利用传统的焊材进行焊接没有这种组织细化现象。同时，在焊料中引入合金元素降低Ms点，可以提高焊接接头的疲劳强度。
结语
(1)随着钢板厚度、强度和焊接效率的提高，要求钢板具有更高的焊接性能，以适应大线能量焊接。
(2)降低Ceq、利用微合金元素细化奥氏体晶粒并接合适当的生产工艺改善组织是提高钢板焊接性能的主要方法，对部分元素对钢板性能的影响作了分析，介绍了几种可获得良好焊接性能的厚板生产工艺。
(3)适应大线能量焊接已经成为厚板的发展趋势。和国外特别是和日本相比，我国在该领域的研究还有较大差距，加之还有很多机理问题尚未澄清。面对巨大的市场需求，有必要加强这方面的研究工作。
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