我国新钢种及其焊接性的发展

2008/11/3/16:33

    随着焊接技术的进步，焊接结构日益向高参数、大型化方向发展，这就对焊接结构用钢的性能提出了越来越高的要求，不仅要有良好的综合力学性能，而且要有良好的加工工艺性能（如焊接性）。对于特殊条件下应用的钢材，还要求具有相应的特殊性能，如耐腐蚀、耐高温、耐低温等。因此原来的碳素结构钢已远不能满足要求，这就进一步促使合金结构钢获得了迅速发展及广泛应用。焊接性的好坏是评价钢材使用性能的主要指标之一。焊接性、焊接材料及相应的焊接工艺是焊接合金结构钢的三个基本要素，三者密不可分。因此，如不及时有效地解决每一种合金结构钢的焊接性及配套焊接材料和焊接工艺问题，将会直接阻碍该类钢种的推广应用。

    为了不断改善合金结构钢的焊接性，国外从60年代末国内从80年代就开始研制并生产焊接性良好的微合金控轧钢，并开始研究下一代超细晶粒钢。新钢种的出现给钢的焊接性带来了重大的变革。

1 微合金控轧钢

    过去生产的合金结构钢，着重于钢材本身的性能，偏重于氧化提纯、加工成形和相变热处理。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，国外特别注重从冶金入手从根本上解决钢的焊接性问题。近二十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：

1.1 洁净化技术

       钢的洁净化会显著提高钢的冲击韧度、焊接接头的抗裂性和抗HIC的能力，其焊接性会得到明显提高，相应的要求焊缝也必须洁净化。

1.2 细晶化技术

      通过细晶强化可进一步降低低合金高强钢的碳含量，减少固溶的合金元素，从而使冲击韧度会得到进一步提高。武钢采用上述技术生产的管线钢、桥梁用钢的冲击韧度都已达到较高的水平，其钢种的实测夏比冲击功－40℃下均在100J以上。

1.3 微合金控轧钢对焊接材料的要求

1.3.1 焊缝金属的洁净化

（1）焊接原辅材料的洁净化。

（2）焊接冶金反应中的洁净化。

1.3.2 焊接材料的微合金化

      微合金控轧钢的强韧化需要焊缝的高强韧性匹配，这就需要焊缝金属不仅要实现洁净化，而且也要实现细晶化。但焊缝的细晶化不象钢板那样可以通过控轧控冷工艺实现，它只有通过合金化完成细化晶粒的目的。研究表明，焊缝中出现大量针状铁素体可以显著提高焊缝金属的强韧性，这是由于铁素体针非常细小，平均尺寸约为1μm，且铁素体针取向自由，呈大角度晶界，从而具有较强的抗裂纹扩展能力，因此，使焊缝出现足够量的针状铁素体是提高焊缝金属强韧性的关键。焊缝中加入多种微量元素一方面可抑制高温奥氏体的晶粒长大，二是可促使针状铁素体的形成，焊缝中夹杂物质点作为针状铁素体的形核核心对提高针状铁素体的形核率起着重要的作用。

      在焊缝的诸多合金元素中，Ti、B、Re、Al具有更为重要的作用。另外通过优化工艺参数，控制冷却速度也可促使针状铁素体的形成。

      应当指出，锰是微合金化钢中的主加元素，一般加入量为1.1％~2.0%。锰的加入，不仅可以提高固溶强化作用，而且还能降低γ→α的转变温度，从而达到细化铁素体晶粒的作用。适当地调节锰含量可使奥氏体转变为针状铁素体，使强韧性得到进一步提高。

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