2022年中國新鋼種及其焊接性的發(fā)展?fàn)顩r淺析

中國新鋼種及其焊接性的發(fā)展?fàn)顩r淺析隨著焊接技術(shù)的進步，焊接結(jié)構(gòu)日益向高參數(shù)、大型化方向進展，這就對焊接結(jié)構(gòu)用鋼的性能提出了越來越高的要求，不僅要有良好的綜合力學(xué)性能，而且要有良好的加工工藝性能（如焊接性）。對于特別條件下應(yīng)用的鋼材，還要求具有相應(yīng)的特別性能，如耐腐蝕、耐高溫、耐低溫等。因此原來的碳素結(jié)構(gòu)鋼已遠(yuǎn)不能滿意要求，這就進一步促使合金結(jié)構(gòu)鋼獲得了快速進展及廣泛應(yīng)用。焊接性的好壞是評價鋼材使用性能的主要指標(biāo)之一。焊接性、焊接材料及相應(yīng)的焊接工藝是焊接合金結(jié)構(gòu)鋼的三個基本要素，三者密不行分。因此，如不準(zhǔn)時有效地解決每一種合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接性及配套焊接材料和焊接工藝問題，將會直接阻礙該類鋼種的推廣應(yīng)用。

為了不斷改善合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接性，國外從60年月末國內(nèi)從80年月就開頭研制并生產(chǎn)焊接性良好的微合金控軋鋼，并開頭討論下一代超細(xì)晶粒鋼。新鋼種的消失給鋼的焊接性帶來了重大的變革。

1微合金控軋鋼

過去生產(chǎn)的合金結(jié)構(gòu)鋼，著重于鋼材本身的性能，偏重于氧化提純、加工成形和相變熱處理。而對其焊接性考慮較少，這給焊接技術(shù)及焊接生產(chǎn)帶來了諸多不便。最近幾十年來，國外特殊注意從冶金入手從根本上解決鋼的焊接性問題。近二十年來我國的冶金工也已經(jīng)對此引起重視，并通過冶金措施采納低碳微合金化及控軋控冷等工藝措施生產(chǎn)出了若干種強韌性好、焊接性優(yōu)良的管線鋼、橋梁鋼、壓力容器用鋼等，這為焊接用合金結(jié)構(gòu)鋼的進展

做出了新的貢獻(xiàn)。新鋼種的生產(chǎn)具有如下特點：

1.1干凈化技術(shù)

鋼的干凈化會顯著提高鋼的沖擊韌度、焊接接頭的抗裂性和抗HIC的力量，其焊接性會得到明顯提高，相應(yīng)的要求焊縫也必需干凈化。

1.2細(xì)晶化技術(shù)

通過細(xì)晶強化可進一步降低低合金高強鋼的碳含量，削減固溶的合金元素，從而使沖擊韌度會得到進一步提高。武鋼采納上述技術(shù)生產(chǎn)的管線鋼、橋梁用鋼的沖擊韌度都已達(dá)到較高的水平，其鋼種的實測夏比沖擊功－40℃下均在100J以上。

1.3微合金控軋鋼對焊接材料的要求

1.3.1焊縫金屬的干凈化

（1）焊接原輔材料的干凈化。

（2）焊接冶金反應(yīng)中的干凈化。

1.3.2焊接材料的微合金化

微合金控軋鋼的強韌化需要焊縫的高強韌性匹配，這就需要焊縫金屬不僅要實現(xiàn)干凈化，而且也要實現(xiàn)細(xì)晶化。但焊縫的細(xì)晶化不象鋼板那樣可以通過控軋控冷工藝實現(xiàn)，它只有通過合金化完成細(xì)化晶粒的目的。討論表明，焊縫中消失大量針狀鐵素體可以顯著提高焊縫金屬的強韌性，這是由于鐵素體針特別細(xì)小，平均尺寸約為1μm，且鐵素體針取向自由，呈大角度晶界，從而具有較強的抗裂紋擴展力量，因此，使焊縫消失足夠量的針狀鐵素體是提高焊縫金屬強韌性的關(guān)鍵。焊縫中加入多種微量元素一方面可抑制高溫奧氏體的晶粒長大，二是可促使針狀鐵素體的形成，焊縫中夾雜物質(zhì)點作為針狀鐵素體的形核核心對提高針狀鐵素體的形核率起著重要的作用。

在焊縫的諸多合金元素中，Ti、B、Re、Al具有更為重要的作用。另外通過優(yōu)化工藝參數(shù)，掌握冷卻速度也可促使針狀鐵素體的形成。

應(yīng)當(dāng)指出，錳是微合金化鋼中的主加元素，一般加入量為1.1％~2.0%。錳的加入，不僅可以提高固溶強化作用，而且還能降低γ→α的轉(zhuǎn)變溫度，從而達(dá)到細(xì)化鐵素體晶粒的作用。適當(dāng)?shù)卣{(diào)整錳含量可使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)獒槧铊F素體，使強韌性得到進一步提高。

2微合金控軋鋼的焊接性介紹

微合金控軋鋼由于含碳量低、干凈度高、晶粒細(xì)化，因此具有較高的強韌性和良好的焊接性。由于不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)︿摬牡氖褂眯阅芤蟛煌?，因此，合金化不同，焊接性也各有差異。寶鋼和武鋼生產(chǎn)的微合金控軋鋼主要有管線鋼、壓力容器用鋼、橋梁鋼等，并在工程上得到了勝利的應(yīng)用。其中管線鋼是最早進行微合金化并應(yīng)用最為勝利的范例，近幾十年來已在美國、日本和西德等國家得到了廣泛地應(yīng)用。近年來我國也已生產(chǎn)出了自己的管線鋼，并已逐步替代進口并在我國管線工程中得到應(yīng)用。

3新一代鋼鐵材料及其焊接性

我國于1998年在國家重大基礎(chǔ)討論進展規(guī)劃中啟動了“新一代鋼鐵材料重大基礎(chǔ)討論”的“973項目”。該討論的最終目標(biāo)是將占我國鋼產(chǎn)量60%以上的碳素鋼、低合金鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼等“三類”鋼的強度和壽命提高一倍。假如采納新一代鋼種取代三類鋼中50%的傳統(tǒng)鋼材，則每年可少用1500噸鋼，其直接經(jīng)濟效益達(dá)450億元，間接經(jīng)濟效益則更為顯著，如可削減鋼廠建設(shè)、礦山的基建投資，削減資源損失和對生態(tài)環(huán)境的污染等。

同時，日本在1997年啟動了STX-21“超級鋼鐵材料”科學(xué)討論項目，投資1000億日元。目標(biāo)是10年內(nèi)開發(fā)出強度相當(dāng)于現(xiàn)有鋼鐵材料兩倍的超級鋼，用于道路、橋梁、高層建筑等基礎(chǔ)設(shè)施建材的更新?lián)Q代。主要討論開發(fā)80MPa級易焊接的鐵素體-珠光體鋼、耐延遲破壞和疲憊破壞的1500Mpa級超高強度鋼、超臨界壓力發(fā)電設(shè)備用鐵素體耐熱鋼和海濱地區(qū)用鋼等。

韓國也于1977年開頭了一個歷時十年的21世紀(jì)結(jié)構(gòu)鋼項目，主要討論開發(fā)800Mpa級結(jié)構(gòu)鋼、600Mpa級耐候鋼和1500Mpa級的螺栓鋼。

3.1新一代鋼鐵材料的特點

新一代鋼鐵材料的特點是超細(xì)晶粒、超干凈度、高勻稱性、性價比更加合理的新一代鋼種。其強度和壽命比原同類鋼種提高一倍。

3.2新一代鋼鐵材料的焊接性

由于新一代鋼鐵材料晶粒極度細(xì)化，焊接時面臨的嚴(yán)峻問題是焊縫的強韌化、熱影響區(qū)的晶粒長大等問題。在我國新一代鋼鐵材料項目中，主要是針對400Mpa級和800Mpa級超細(xì)晶粒鋼解決上述焊接性問題。并應(yīng)從焊接材料、焊接方法和焊接工藝等多方面進行綜合解決。

（1）焊縫金屬的強韌化。

（2）熱影響區(qū)的晶粒長大傾向。

4結(jié)論

隨著我國冶金技術(shù)的提高，新鋼種的性能不斷提高，這就需要研發(fā)高質(zhì)量的焊接材料與之匹配，實現(xiàn)焊縫的強韌化。

由于新鋼種焊接性不斷改善