毕业论文：WELDOX960高强钢焊接性研究-精品(5)

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平整，淬火不均匀，而且内部存在残余应力等缺陷。

钢板从加热炉出来后先进入高压喷水连续冷却辊道，辊道的温度极低，板坯可以迅速从900℃降到较低的温度，从而保证了轧制质量。然后钢板进入长的低压喷水连续冷却辊道继续轧制淬火直至室温。钢板在整个轧制淬火过程中都处于运动状态。独特的轧制淬火工艺，使WELDOX960高强钢的强度大幅度提高，耐磨性大大增加，因此可以适当降低钢材中合金元素的含量，尤其是C、Mn、Cr元素的含量，从而降低碳当量，改善钢材的焊接性，可以达到在不增加合金元素的情况下改善钢材的性能，即所谓的以水实现钢材合金化的目的。

WELDOX960高强钢淬火后立即进行回火得到强韧性较好的回火索氏体和少量的低碳马氏体组织，具有高强度、高硬度与较好的塑性和缺口冲击韧性，加工性能和焊接性能良好。

WELDOX960高强钢的热处理工艺如图2-2所示[8]。

回火

图2-2 WELDOX960高强钢的热处理工艺示意图

Fig.2-2 Schematic diagram of WELDOX960 heat treatment processing

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2.2 WELDOX960高强钢的机械性能

WELDOX960高强钢由于含碳量低，合金元素含量低，化学成分精确；残留元素含量非常低，通过冶金技术最大限度地控制钢中S、P、O、N、H等杂质元素的含量和钢中夹杂物的数量、成分、尺寸、形态及分布，因此具有良好的综合机械性能。 2.2.1WELDOX960高强钢的冶金特点

与传统的合金结构钢相比，WELDOX960高强钢碳含量低，合金元素含量低，C、S、P等杂质元素得到有效控制，因此焊接时液化裂纹和结晶裂纹倾向很小。低夹杂，均匀是钢材良好成型的先决条件。WELDOX960高强钢的化学成分见表2-1。

表2-1 WELDOX960高强钢的化学成分（wt.%）

Tab. 2-1 Chemical component of WELDOX960（wt.%）

元 素 标准值 元 素 标准值

*）Ceq?C+

C 0.17 Mo 0.50

Si 0.22 Cu －

Mn 1.2 Ti －

S 0.004 Ni 1.0

P 0.005 B 0.002

Cr 0.45 CE* 0.56～0.64

MnCu?NiCr?Mo?V [7]

?? （2-1） 6155均匀的合金成分和优良的加工性能相结合，使得WELDOX960高强钢具有高韧性(其韧性几乎相当于普通钢板的2倍)，优异的弯曲性能、冲击韧性和抗裂纹性能。WELDOX960高强钢调质后具有良好的综合机械性能，除了冶炼轧制技术外，主要还与其合金元素和调质处理后的组织有关。在控制合金元素方面OXELOSUND公司主要采取的措施如下：

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1. 控制钢中S元素的含量

由于钢中的S元素与Mn元素易结合形成MnS，而MnS比较软，在轧制过程中易形成带状组织，这大大地破坏了钢材的韧性和弯曲性能。所以在WELDOX960钢材中加入一定量的Cr和Ce进行脱S处理。因为S更容易和Cr、Ce结合形成CrS和CeS，然后随钢渣一起排出，从而大大降低了S的含量。而残余的CrS和CeS由于比较硬，在轧制过程中保持细球状，这种形状相对于带状组织而言，对钢材的韧性是极其有利的。WELDOX960高强钢中S含量一般控制在0.004%以下。

2. 加入少量的B元素

在WELDOX960高强钢的设计中，向钢中添加Cr、Ni、B等少量合金元素，可以提高钢的强度、改善钢的焊接性和耐磨等力学性能。研究发现[5]，当钢中含有微量的B元素时，可以大大地提高钢材的硬度，从而达到降低钢中C和合金元素含量的目的，同时通过适当增加B的含量还可以大大改善钢材的焊接性。

3. 加入可以提高淬透性的元素

对调质钢而言，合金化的主要目的是提高钢的淬透性，WELDOX960高强钢中加入了可以提高淬透性的元素Mn、Cr、Mo、B、Si、Ni，淬火后得到低碳马氏体，使钢材具有良好的机械性能。

4. 加入防止第二回火脆性的元素

调质钢的回火温度正好处于第二类回火脆性温度范围内，钢中含有Mn、Cr、B、Ni元素时，会增大其对回火脆性的敏感性。回火后快速冷却，加入抑制回火脆性的元素Mo可以保证使WELDOX960高强钢具有优异的综合性能。

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2.2.2 WELDOX960高强钢的机械性能

WELDOX960高强钢调质后的机械性能见表2-2，2-3[8]。

表2-2 WELDOX960高强钢的机械性能 Tab. 2-2 Mechanical properties of WELDOX960

屈服强度σs (N/mm2) 960～1050

延伸率

A5 min (%)

12

A50 min (%)

15

0℃ 35

抗拉强度 σb(N/mm2) 980～1150

最高硬度HB 325

V型缺口冲击韧性Akv(J)

-20℃ 30

-40℃ 27

备注：A5表示拉力棒的尺寸是L0=5d0, A50表示拉力棒的尺寸是L0=50d0。

表2-3 WELDOX960高强钢的弯曲性能 Tab. 2-3 Bending properties of WELDOX960

R/t⊥ 3.0

W/t⊥ 8.5

R/t∥ 4.0

W/t∥ 10.0

备注：R为压辊上模半径，W为下模开口宽度，t为钢板厚度，⊥表示沿垂直于轧制方向进行弯曲，∥表示沿平行于轧制方向进行弯曲。

2.3 WELDOX960高强钢的强化机理

WELDOX960高强钢主要通过细化晶粒、加工硬化和合金强化三种途径提高其强度的。 2.3.1晶界强化

晶界强化主要是通过细化晶粒来实现的。在常规的钢材强化途径中，只有细晶强化可以使金属的强度和韧性同时提高。细化晶粒可以增加晶界，晶界的主要作用是阻塞位错运动，晶粒越细，晶界越多，阻塞位错滑移的作用就越大，结果可以使金属材料的屈服强度升高。细化晶粒不仅可

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以提高钢的强度，而且可以提高钢的塑性和韧性。关于金属的屈服强度σ与晶粒直径D之间的定量关系可以用Hall-Petch公式[9]来描述：

?8S????i?k?????1/2 /d （2－2）

式中S为晶界上“坎”的密度，k为与位错分布有关的试验待定常数。从公式中不难发现材料的屈服强度和晶粒尺寸的平方根成反比，即晶粒越细，材料的屈服强度就越高，晶粒的大小对材料的力学性能有重要的影响。实践证明当晶粒的尺寸小于5μm时，不仅强度显著提高，韧性也有很大改善。因此在生产中要对材料的晶粒度提出要求，通过技术条件和热处理规范控制材料的晶粒度。在WELDOX960高强钢的生产中主要采用提高冷却速度和控制变形程度达到细化晶粒的目的。

晶界阻碍变形的能力并不是由于晶界具有很高的强度，主要是由于晶界两边的晶粒取向不同，滑移一般难以从一个晶粒直接传播到取向不同的另一个晶粒。另外晶界的变形必须满足连续性条件，即一个晶粒的形状变化必须有临近晶粒的协同动作，以保持晶粒之间微观结构上的连续性，因而这就需要更高的外加应力来开动某个滑移系，宏观上体现为材料的强度增加。 2.3.2应变强化

应变强化又叫做加工强化或加工硬化，是指通过塑性变形（轧制、挤压、锻造、拉伸等）使合金获得高强度的方法[10]。塑性变形时增加位错密度是钢材加工硬化的本质。加工硬化的原因主要是在变形过程中随着位错密度的增加，位错在运动中相互缠结、相互交割，形成固定割阶，从而阻碍了位错的运动，引起变形抗力的增加，使金属塑性变形困难，从而提高了金属的强度。据统汁，金属强烈变形后，位错密度可由106根/cm2增

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