毕业论文：WELDOX960高强钢焊接性研究-精品(2)

太 原 理 工 大 学 学 位 论 文

2.3 WELDOX960高强钢的强化机理 ........................................................ 17 2.3.1 晶界强化 ......................................................................................... 17 2.3.2 应变强化 ......................................................................................... 18 2.3.3 固溶强化 ......................................................................................... 19 2.3.4 沉淀强化 ......................................................................................... 19 2.3.5 马氏体相变强化 ............................................................................. 20 2.4 韧化机理 ............................................................................................... 20 2.4.1 金属材料的净化 ............................................................................. 21 2.4.2 晶粒的细化 ..................................................................................... 21 2.4.3 显微组织的优化 ............................................................................. 21 2.5 本章小节 ............................................................................................... 22

第三章 WELDOX960高强钢焊接性研究 ................. 23

3.1 WELDOX960高强钢焊接性理论分析 ................................................ 23 3.1.1 碳当量法 ......................................................................................... 24 3.1.2 预热温度Tp的计算 ....................................................................... 25 3.1.3 热影响区最高硬度HVmax与t8/5的关系 ....................................... 26 3.1.4 焊接工艺参数曲线 ......................................................................... 27 3.1.5 焊接材料的选择 ............................................................................. 30 3.1.6 试验设备及仪器 ............................................................................. 31 3.2 焊接性试验的目的及内容 ................................................................... 31 3.3 WELDOX960高强钢抗裂性试验结果及分析 .................................... 32 3.3.1 斜Y型坡口焊接裂纹试验 ............................................................ 32 3.3.2 热影响区最高硬度试验 ................................................................. 36

-2-

太 原 理 工 大 学 学 位 论 文

3.3.3 搭接接头焊接裂纹试验 ................................................................. 39 3.4 WELDOX960高强钢力学性能试验及结果分析 ................................ 42 3.4.1 焊接接头抗拉强度试验 ................................................................. 42 3.4.2 焊接接头微观组织分析 ................................................................. 46 3.4.3 焊接接头弯曲试验 ......................................................................... 47 3.4.4 焊接接头冲击试验 ......................................................................... 51 3.5 本章小结 ............................................................................................... 56

第四章 结论 ......................................... 57 参 考 文 献 ......................................... 58 致 谢 .......................................... 61 攻读硕士研究生期间发表论文 .......................... 62

-3-

太 原 理 工 大 学 学 位 论 文

第一章 概述

1.1新一代低合金高强钢的发展概况

随着机械工业生产迅猛发展，在焊接结构日益大型化、轻量化的现代工程机械及冶金矿山机械生产中，为提高机械设备的使用性能，以最大限度地满足各种工程建设的需要，钢材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（比如焊接性），对于特殊条件下使用的钢种，更要求其具有相应的特殊性能，比如耐高温，耐腐蚀，耐冲击等。因此原来的碳素钢已经不能满足需要，必将有大量的低合金高强度钢被投入使用。

低合金高强度钢是指低合金钢中包括C、Si、Mn在内的主要添加元素的含量不超过5%，屈服强度大于600MPa的钢种，是在碳素钢的基础上通过调整碳及合金元素的含量，并辅助一定的热处理工艺实现的。低合金高强钢的主要特点是含碳量低，可焊性好（含碳量一般低于0.45，冷裂敏感指数小于0.3），晶粒细化，屈服强度高，普遍采用Nb、V、Ti等合金元素进行强韧化。大多采用先进的冶炼工艺和形变热处理工艺进行生产

[1-5]

。

按照低合金高强钢（简称HSLA钢）的屈服强度可以将其大致分为三

个等级：

A级：σs =290-490MPa 热轧、控轧、正火钢 B级：σs = 490-980MPa 低碳调质钢 C级：σs = 880-1176MPa中碳调质钢

低合金高强钢的发展经历了几个极为重要的时期。20世纪初的低合金高强钢主要用于结构和建筑方面，而且主要是根据屈服强度σs进行设

-1-

太 原 理 工 大 学 学 位 论 文

计，很少注意钢材的韧性、可成形性和可焊接性；50年代开始大力开发细晶粒化的新材料；70年代以控制轧制技术和钢的微合金化冶金为基础，形成了“现代低合金高强度钢”的新概念；80年代初以来，借助于工艺技术方面的成就开发了适于广泛工业领域和专门领域的品种。在钢的化学成分－工艺－组织－性能的关系中，第一次强调了钢的组织的主导地位，表明低合金高强钢的基础研究已趋于成熟。

随着低合金高强钢的不断发展，在高强度、耐高温、耐低温、耐腐蚀等方面满足了焊接结构的要求，并在桥梁、锅炉及压力容器、汽车、舰船、石油管线等领域得到了广泛的应用。低合金高强钢主要是通过调整钢中碳元素和合金元素的质量分数和配以适当的热处理来实现的，当然碳元素和合金元素的增加也会给钢的焊接性带来不利的影响。在低合金高强钢中，随着强度级别的提高，碳元素及合金元素质量分数的增多，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，造成焊接结构的早期破坏，而且还会给国家财产和人民生命造成重大损失。为了不断改善低合金结构钢的焊接性，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和新一代超细晶粒钢，这些新钢种的出现必然会给钢的焊接性带来了重大的变革[6]。

工业的不断发展对钢材焊接接头的性能要求越来越高，比如承载强度大，塑性韧性好，抗疲劳，抗裂纹等，因此钢材的发展趋向也在逐渐变化。在充分考虑经济因素和环境因素的前提下，对钢材的洁净度、均匀性、强度等方面提出了更高的要求。稳定的冶炼－凝固技术和超细晶粒组织控制等生产工艺越来越重要，要改善钢的使用性能，使钢的强度、服役能力有明显提高，且易回收利用。同时由于绝大多数产品和构件的设计都是通过焊接实现的，钢材的发展对焊接工艺、焊接材料、结构设计等方面提出了挑战，如何提高接头的强度，如何避免裂纹的产生以及如何提高接头的疲

-2-

太 原 理 工 大 学 学 位 论 文

劳极限等，由此将引发出一系列科研课题：如何通过化学冶金过程使钢材的纯净度极限化；如何改进技术措施使钢板的加工过程经济化和钢板综合性能的完美化等。

1.1.1我国低合金高强钢的发展现状及面临的挑战

在六、七十年代，我国高强度钢的生产几乎处于空白状态，但在国外，其发展和应用已很广泛，而且还有不断增长的趋势。我国在这一领域起步很晚，从70～80年代我国控制轧制的基础研究开始进行，在低合金高强钢合金设计中，人们已不再采用以提高钢中碳元素的含量、牺牲塑性来得到更高强度的传统设计方案，新的合金设计是向钢中添加Cr、Ni、V、Ti、Nb、B等少量合金元素，从而提高钢的强度、改善焊接性和耐磨性等力学性能。到目前为止许多低合金高强钢的生产已开始采用此方法，并将成为厚钢板生产的主要方向。对这类钢配套使用的焊接材料的研制成为当前亟待解决的问题之一。

由于新一代钢铁材料的晶粒达到超细化，焊接时面临的严重问题是焊缝的强韧化、热影响区晶粒长大等问题。在我国新一代钢铁材料项目中，主要是针对400MPa级和800MPa级超细晶粒钢解决上述焊接性问题，并从焊接材料、焊接方法和焊接工艺等多方面进行综合解决。但是，随着低合金高强钢的广泛应用，尤其是低合金高强钢的焊接，给焊接工作者带来很多困难。为了提高钢材的强度，需要高的含碳量和合金含量，但是随之而来的问题是强度越高，韧性越低，焊接性也越差。国内的研究人员针对该难题做了大量工作，并且也取得了一定的成果。目前国内投入使用的低合金高强钢的强度已经达到600MPa[6]。

发展低合金高强钢是实现我国钢铁工业结构调整的重要部分，也是我国从钢铁大国转变为钢铁强国的关键措施，因此有必要研制和开发既适合

-3-

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库毕业论文：WELDOX960高强钢焊接性研究-精品(2)在线全文阅读。