《我国合金结构钢的新发展及其焊接性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《我国合金结构钢的新发展及其焊接性（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、我国合金结构钢的新发展及其焊接性李午申（天津大学 材料科学与工程学院，天津!“#$）摘要：根据目前我国合金结构钢的新发展，介绍了管线钢和超细晶粒、 超洁净度、高均匀性的新一代钢种的发展特点， 并着重介绍了微合金控轧控冷钢和新一代超细晶粒钢及新型焊接材料的细晶化技术、 洁净化技术。并结合我国所开发的新型合金结构钢介绍了新钢种的焊接性， 指出新一代细晶管线钢的焊接性问题主要是焊接裂纹和%?,$5?,+! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
2、! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !7AB?CDE$ “ “ -!微合金控轧钢的特点过去生产的合金结构钢， 着重于钢材本身的性能， 而对其焊接性考虑较少， 这给焊接技术及焊接生产带来了诸多不便。最近几十年来， 国外特别注重通过冶金的方法从根本上解决钢的焊接性问题。近“# 年来我国的冶金工作者也已经对此引起重视， 并 通过冶金措施采用低碳微合金化及控轧控冷等工艺措施生产出了若干种强韧性好、 焊接性优良的管线钢、 桥梁钢、 压力容器用钢等， 这为焊接用合金结构钢的发展做出了新的贡献。新钢种的生产具有如下特点“。!$!洁净化技术 各类高洁净钢是 %# 年代的研究热点。洁净化的含义， 一是最
3、大限度的去除钢中 :#年代生产的性能优良价格便宜的控轧钢 （+? 钢） ， #年代通过对轧制后立即加速冷却所生产的 AB+ 钢（AC74/5 D B7:C;8=:;E +58F45E 45:7GG） 。其基本思想是根据轧制方法的不同， 向钢中加入微量 )H、 A=、B5、 I、 J、 ?7 等合金元素中的一种或几种， 阻止高温 奥氏体的长大、 控制奥氏体的再结晶温度、 增加铁素体的形核核心、 并通过控轧控冷细化晶粒， 从而达到细晶强化的目的K。!$#微合金控轧钢对焊接材料的要求 钢铁冶金技术的发展使低合金高强钢实现了洁净化、 细晶化和力学性能上的强韧化， 这就要求与之匹配的焊接材料也必须实现洁
4、净化和细晶化。否则焊缝的性能将不能与新钢种匹配， 从而成为焊接接头的薄弱部位。因此， 使焊接材料不断适应钢种的发展要求是焊接技术人员亟待解决的重要课题。!$K$!焊缝金属的洁净化 与洁净钢的含义对应， 焊缝的洁净化同样意味着焊缝金属中的 6)* /#$#6“#$6“#$!#$#;#$#/;#$#6)#$!6#$#66#$#6#$#! /#$#; “#$6)LFMEF: 6$;/#$#!*#$!#$6-#$#-#$#-!#$#!;#$!#$#66#$#6#$#! /#$#- #$6)NHOA5?HP QFIAH!#$#7!#$/#!6$-!#$/#!#$/#!#$#)!#$#)!#$#;#$6#
5、 R #$/-!#$#67!#$#;!#$#7!#$!#1GH： 3S 12 S 45!#$6-0、 15 S ? S A!#$-0 $表 !涩宁兰线 !#$ 管线钢典型力学性能#$%)-/!;#$7!4?F:MQH?MH ?5H:GFG5:)/7*6*/!;#$7“DAEF: )-)/;!67#$7)4?F:MQH?MH ?5H:GFG5:)#!)*)/;6/7#$7“NHOA5?HP QFIAH-/# R )-#“-“#“!6#!#$“#(QH?FTH 5=JFCG H:H?TK 5: G?F:MQH?MH MJHC5=H: FG Y !# Z 5M :G IHMM GEF: “# X$由
6、表 6 可以看出， .*# 管线钢除含 12、 3、 45 外，还加入了少量的 15、 ?、 A 和 9， 使铁素体的形成推迟到更低的温度， 有利于形成针状铁素体和下贝氏体。因此， .*# 管线钢本质上是一种针状铁素体型的高强、 高韧性管线钢。!$!管线钢的焊接性 现代管线工程的发展， 不仅要求管线钢具有优良的强韧性、 耐蚀性等， 而且还要求具有优良的焊接性。随着管线钢强度级别的提高和合金元素含量的增加以及焊接工艺条件的变化， 会引起各种焊接性问题。对管线钢而言， 主要是裂纹问题和 %( 的脆化问题。!$!$6管线钢的焊接裂纹倾向 与传统的合金结构钢相比， 由于 N 钢和 49+钢不仅 含量低
7、， 而且 、 焊接学报第 ! 卷小。由于结晶裂纹的产生主要取决于焊缝的 !、 “、 #含量， 因此， 在选择焊接材料时应引起注意。尤其在钢管成形焊接和安装过程中由于存在较大的成形应力或附加应力有时也会引起结晶裂纹， 结晶裂纹的产生往往是应力起着重要作用， 这应结合具体工艺条件进行分析。普通低合金高强钢的碳当量为 $%? A9BACADB EBFAG!/012!/012 HCADB EBFAG3*!/0123*!/012 HCADB EBFAGCA:DIA? “FBBG !:EJA?K)$L8$%).M$%.$NAJA?-$)8$%89-.* /,#-. 72*);?A -BCD?A0!$# %
8、 （3 M?A0,! “ $ （3 M?A0,! “ $ （3 M/4Cr-1Mo-/4V新钢种的焊接性，通过开展斜Y型坡口试验、抗再热裂纹试验、焊接热影响区最高硬度试验、100mm厚板对 接焊条电弧焊工艺试验、150mm厚板对接窄间隙埋弧焊工艺试验、模拟简体环焊缝焊接、不锈钢带极埋弧和电渣焊的堆焊试验、0.5*60mm不锈钢带极电渣堆 焊工艺试验、0.5*90mm不锈钢带极电渣堆焊工艺试验、不锈钢手工电弧焊堆焊工艺等系列试验研究，获得了满足设计技术要求的焊接工艺数据与力学性能 ，结果表明：2/4Cr-1Mo-/4V钢焊接时须预热到150以上；焊后须进行7058h消应热处理；手工电弧焊时的焊接
9、线能量22KJ/cm，埋弧自动 焊时的焊接线能量26KJ/cm。研究结果为石油化工关键设备的焊接制造提供了科学的数据，奠定了基础。3.期刊论文 白士勇 谈新钢种及其焊接性的发展 -黑龙江科技信息2008(20)随着我国冶金技术的提高,新钢种的性能不断提高,这就需要研发高质量的焊接材料与之匹配,实现焊缝的强韧化.焊接结构日益向高教、大型化方向发 展,就对焊接结构用钢的性能提出了越来越高的要求.4.期刊论文 邱德隆.高树栋.芦广平.高良.QIU De-long.GAO Shu-dong.LU Guang-ping.GAO Liang Q460E-Z35钢焊接性试验及工艺评定 -电焊机2008,38
10、(4)国家体育场鸟巢钢结构工程采用了Q460E-Z35钢,是我国乃至世界的第一次大规模使用,因此新钢种焊接性试验研究的课题十分必要.详细介绍了钢材的 复验;焊接材料选择原则;焊接冷裂纹敏感性试验;焊接冷裂纹插销试验;钢板热矫正试验;Q460E-Z35钢刚性对接接头焊接试验(采用SMAW、GMAW、FCAW-G焊接 方法);Q460E+Q345GJD、Q460E+GS-20Mn5V异种钢刚性接头焊接试验;Q460E-Z35厚板焊接工艺评定等8项焊接系统工程.Q460E-Z35焊接性研究试验及工艺评定 的成功,解决了国家体育场“鸟巢“钢结构焊接工程的难题,且为该材料焊接应用的发展作出了贡献.5.期
11、刊论文 李午申 新一代钢铁材料及其焊接性的发展 -焊接技术2001,30(z1)合金结构钢的发展,满足了焊接结构多方面的要求,如高强度、耐高温、耐低温、耐腐蚀等.并在舰船、工程机械、石油管线、锅炉及压力容器、桥梁、 汽车、火车、发电设备等领域得到了广泛地应用.其优越性能是靠调整钢中碳及合金元素的质量分数和(或)配以适当的热处理来实现的,碳及合金元素的增 加会给钢的焊接性带来不利的影响.不同钢种所出现的焊接性问题不一.在合金结构钢中,随着强度级别的提高,碳及合金元素质量分数增多,势必会引起接头 的脆化、软化及裂纹倾向增大.这些焊接性问题的出现,不仅会降低焊接结构安全运行的可靠性,造成焊接结构的早
12、期破坏,而且还会给国家财产和人民生命 造成重大损失.6.学位论文 张莉芹 大线能量低焊接裂纹敏感性钢WDL590D2、WDL610D2的研究 2000该文在60kg级压力容器用低焊接裂纹敏感性钢和大线能量焊接用高强钢的基础上,研制了一种集两钢优点(高强度、高韧性和优异的焊接性,特别是承受 大线能量焊接性)于一体的高性能压力容器用新钢种60kg级大线能量低焊接裂纹敏感性钢WDL590D2、WDL610D2.研究内容包括材料的化学成分设计、冶 炼、轧制及调质热处理、母材及不同线能量(30kJ/cm、60kJ/cm、100kJ/cm)热模拟焊接HAZ力学性能测试(拉伸、冲击)、钢板最高硬度测试、母材
13、及不同线 能量下HAZ光镜和电镜显微组织分析、合金元素对晶粒度的影响分析以及针状铁素体形核机理分析等.7.会议论文 刘景凤 BB502钢焊接性能及其在大型高炉上的应用 1997该文对国产新钢钟-大型高炉用BB502钢的基本性能和焊接性能进行了全面试验，对该钢的焊接性能做出了准确评估，在此基础上确定了宝钢2号高炉焊 接方法和工艺参数，保证了BB502钢焊搠工作的顺利完成，针对BB502钢存在的问题提出了改进建议。8.会议论文 苑长信.张红军.董雷.周荣灿 超超临界机组锅炉新型耐热钢的焊接 2005目前火电机组正在向着高参数大容量方向发展,蒸汽温度和压力进一步提高,为此开发采用了一些新型马氏体耐热
14、钢和奥氏体耐热钢,这些钢的合金元素 含量较以前的锅炉用钢较高,焊接性相比之下有所下降.本文主要介绍了超超临界机组锅炉用新钢种的焊接性、焊接接头的组织、力学性能和典型的失效方 式.9.学位论文 李英男 高强韧性贝氏体钢轨接触焊工艺优化试验研究 2007我国铁路经过20世纪80、90年代的重载和近几年的高速发展后，目前已基本形成高速与重载并举的局面。为满足我国铁路运输大运量、高密度、重载 的需要，对于线路上的钢轨要求也越来越高。在此背景下鞍钢率先启动了“高强韧性贝氏体钢轨研究”项目，并且成功生产出我国的第一批贝氏体钢轨，它将目前使用的钢轨抗压强度由900MPa级 提高到了1100MPa级，使钢轨具
15、有更为良好的机械性能。将贝氏体钢轨铺设到线路上，首先要具有良好的焊接性能。对于其焊接性能的研究，目前国内还处于摸索阶段。贝氏体钢轨焊接性能的好坏，直接关系到此种钢轨的推广价值。因此利用目前所使用的接触焊(即闪光对焊)机研究贝氏体钢轨的焊接性能具有十分重 要的意义。按照铁标TB1632-91要求，每焊接一种新材质钢轨都要设计一套新的焊接参数，通过型式检验，检验钢轨的焊接性能和所确定焊接参数的优劣。最好的办法是在实验室进行了小试件焊接试验，摸索出新钢种的焊接性能，评价贝氏体钢轨的可焊性。在小试件试验中，摸索出一套焊接参数，并在此基础上，在GAAS80/700接触焊接机上设定参数，对60Kg/m贝氏
16、体钢轨行进焊接工艺试验。GAAS80/700型接触焊机共有27个参数，其中13个参数对钢轨焊接质量影响较大。在针对新钢种的试验中，设定工艺参数十分困难，每次型验都在试验上千个接头以上才能摸索出一套完整的焊接参数，其原因在于13个参数之问的相 互影响和制约。因此要深刻解析焊机施焊过程的本质及接头的内在构成，需要了解各参数的变化对接头质量的影响规律，并且省时、省力、省材料，从而快速完成型 式检验。正交试验方法就是根据接触焊参数的特点，从数学角度逐渐逼近优佳参数的试验方法。本方法省时省力，仅用两百多个接头就找出了一套合适的焊接参数。采用这套参数施焊的接头，通过了TB/1632-91所要求的各项检验，并此基础上研 究开发出一套正火工艺参数，圆满完成了型验任务。采用正交试验法，十分迅速地制定出一套合适的接触焊接参数，它标志着贝氏体钢轨的应用进入了实质性阶段，使贝氏体钢轨成为最有前途，能够满 足我国铁路高速、重载和强韧性的要求，成为21世
