毕业论文：WELDOX960高强钢焊接性研究-精品(4)

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冷裂倾向增大，因此要实现焊缝的强韧化，避免冷裂纹，需开发与母材性能相匹配的焊接材料，但国内目前在这方面尚无成熟的经验。

1.4本课题的研究背景及意义

在现代科技高度发展的时代，强大的军事装备是一个国家独立富强的首要保证，而军用车载桥梁作为应急工程结构，是评价一个国家军事装备不可忽视的重要指标之一。所谓应急工程结构是指在紧急情况下以保证强度和稳定性为主，使用期限较短、便于拆换、能快速建成的临时工程结构。

应急钢桥包括固定式桥(拆装式钢桥)、浮桥(舟桥)和冲击桥(架桥坦克)等军用桥梁系列,也称军用桥梁族，主要用于部队和车辆强渡江河、穿越峡谷、跨过沟壑等。与普通桥梁相比，军用车载桥梁除了技术要求外同时还要满足一定的战术指标要求，可以说,军用车载桥梁是桥梁结构在军事领域中的延伸，除与一般桥梁有其共性外,还具有快速性、机动性和多用性等特点。特殊的使用场合和严酷的服役条件要求军用车载桥梁不仅强度高，耐冲击，保证车辆可以迅速安全地通过天然峡谷、反坦克壕和天然雷区，而且必须尽量减少自身的重量，便于运输和快速安装。这就对钢桥制造过程中金属材料、制造技术和焊接工艺提出了挑战。

基于军用车载桥梁服役条件的特殊性和严酷性，对钢材的强度提出了挑战，要求所选钢材强度级别高，在不增加钢桥自身重量的前提下具有足够高的强度，可以承担汽车、坦克的重量；其次钢材要具有优异的加工工艺性能，尤其是焊接性，确保接头具有与母材同样的力学性能，主要是塑性、低温冲击韧性和抗疲劳特性。在我国随着冶金技术的提高，新钢种的性能也不断提高，但是由于缺乏与之相匹配的高质量的焊接材料，难以实现焊缝的强韧化。同时由于我国大多数新钢种主要是靠添加合金元素来提高钢材的强度的，众所周知，大量的合金元素可以提高钢材的强度，但是

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也影响了钢材的焊接性，随着合金元素含量的增加，焊接裂纹倾向增大，焊接工艺复杂，难以向焊接的高效化和自动化方向发展。而目前国内应用比较成熟的低合金高强钢强度级别主要是600MPa，难以满足军用车载桥梁的要求，因此需要引进新的钢种。

WELDOX960高强钢是由瑞典SSAB公司的子公司OXELOSUND公司研制生产的低合金高强度钢，主要特点是含碳量低，合金元素含量低，经调质处理后（淬火＋回火）屈服强度高达960Mpa以上，并且具有好的冷弯性能、优良的焊接性和低温冲击韧性（在-40℃冲击功为27J），综合性能优异，比较适合于在严酷条件下服役。

基于WELDOX960高强钢优异的焊接性能和机械性能，山西省绛县五四零九厂计划使用该钢种开发新产品，用于军用车载桥梁的制造。本研究是与五四零九厂合作开展WELDOX960低合金高强钢焊接性的研究，主要参照金属焊接国家标准对WELDOX960高强钢接头的力学性能和抗裂性进行试验，并通过对接头的性能和微观组织进行分析研究其强化、韧化机理，合金元素对其热处理和焊接性能的影响以及钢材的焊接适应性，为合理地开发和使用低合金高强钢提供技术依据。

1.5本课题预期达到的目的

1. 了解低合金高强钢的国内外发展和使用情况。 2. 了解WELDOX960高强钢的强化途径和工艺措施。 3. 掌握WELDOX960高强钢的综合机械性能和焊接性能。 4. 保证采用WELDOX960高强钢开发的产品的质量和使用性能。 5. 加快国产新一代钢种及匹配焊接材料的进一步开发。

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第二章 WELDOX960高强钢的生产工艺及性能 科学技术的不断发展对工程结构和机械零件所使用的钢材的性能提出了越来越高的要求，不仅要具有高的强度，而且要兼有良好的塑性、韧性和优异的焊接工艺性能。WELDOX960高强钢属于OXELOSUND公司生产的WELDOX系列调质结构用钢，屈服强度大于960MPa，具有优异的综合机械性能，可望在我国的焊接结构生产中得到广泛使用。

2.1 WELDOX960高强钢的生产工艺

占有瑞典钢铁产量一半的SSAB公司是一家比较典型的长流程工艺生产企业，主要研制、加工和销售中厚钢板。该公司拥有全世界最先进的连续轧制淬火四辊轧机，生产出的钢板尺寸精度高，综合性能好，具有高硬度、高强度、高韧性，以及表面高平整度和优良的加工性能，在世界各个领域得到了广泛的应用。

本课题采用的钢板WELDOX960高强钢是由瑞典SSAB公司的子公司OXELOSUND公司研制生产的结构钢板，主要特点是含碳量低，合金元素含量低，强度高。钢板经过调质(淬火＋回火)处理后组织为低碳回火马氏体，晶粒细小，平均晶粒尺寸为5μm，综合性能优异，在高强度的焊接结构中如车辆、铁路、桥梁、起重装置和伐木工具等领域中得到广泛应用。

WELDOX960高强钢主要是通过精炼降低杂质元素S、P含量，精确控制合金元素含量，加上形变热处理后调质处理(QT)等手段生产出来的。形变热处理后调质处理是提高材料强度的最有效方法。

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2.1.1 WELDOX960高强钢的轧制工艺

SSAB在WELDOX960板坯的冶炼和铸造中采用传统的冶金工艺和现代连铸技术相结合，经过冶炼－炉外精炼－连铸－控轧、控冷的生产工艺，生产出的钢板成分精确，残留元素含量非常低，铁水经过预处理后硫的含量可以降至0.015%左右，炉外精炼进一步使硫含量降至0.003%。另外钢坯在进入连轧机组的粗轧机之前，都要经过高压水除鳞，连轧机各个辊道全部采用滚动式轧制淬火辊道代替原来的静态轧制淬火辊道，轧制采用高刚度、无扭、无张力（或微张力）连轧，钢板裁剪采用激光－微机控制自动剪切，因此产品表面质量高，尺寸精确，这些都为产品良好的综合性能奠定了基础。

WELDOX960高强钢优异的综合性能除了先进的冶炼技术和精密的轧辊机外，轧制－淬火设备是保证产品质量的关键因素。该钢在轧制淬火过程中，为了保证及时淬火，尽量减小加热炉和淬火装置之间的温差，奥氏体化加热炉和淬火装置紧紧相邻。轧制时先将板坯均匀加热到1200℃，经四辊轧机轧制后进行空冷。为了保证钢板的轧制精度（误差不超过±0.35mm），轧辊加工车间采用全封闭式恒温均温操作，以保证轧辊不至于因环境温度的微小差异而产生尺寸偏差，同时严格控制气氛，防止钢板被氧化，影响钢板的表面质量和综合性能。适宜的轧制温度保证了尺寸的精确，为形成后续冷却需要的金属组织结构奠定了基础。 2.1.2 WELDOX960高强钢的淬火和退火工艺

钢板轧制完成后首先进行空冷，然后送到淬火段。板坯在奥氏体化加热炉中板坯被加热至900℃，从加热炉出来后立刻进入连续轧制淬火装置。与传统的静态淬火装置有所不同，连续轧制淬火装置是指在整个淬火过程中钢板一直处于运动状态。静态淬火装置和连续轧制淬火辊道分别如

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图2-1所示[8]：

(a)

(b)

图2-1静态轧制淬火装置和连续轧制淬火装置的区别

Fig.2-1 Difference between Static quenching plant and Continuous

roller quenching plant

与静态淬火工艺（图a）相比，在连续轧制-淬火工艺中(图b)，钢板在运动状态下进行均匀连续的淬火，淬火温度均匀，使钢板在轧制中由于变形不均匀产生的内应力大大减小，板坯成型美观，板坯的表面质量好，同时也提高了板坯的加工性能。而对于传统的静态淬火工艺，由于板坯在淬火过程中被固定在钢锭之间，该部分不能正常淬火，生产出钢板表面不

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