高强钢焊接工艺及接头组织与性能研究

高强钢焊接工艺及接头组织与性能研究

摘 要

高强钢具有高强度、高韧性的优点，被广泛用在液压支架、汽车车壳上。本文从焊接工艺、焊接接头组织、力学性能等特点对国内外高强钢焊接方面的研究成果进行了综述，得出高强钢焊接接头各个区域的组织与性能不同，在不同焊接规范下相同区域的金相组织基本相似，熔合区因组织不均匀为最薄弱环节，指出防止高强钢热影响区的脆性破坏以及提高钢的韧性是今后高强钢焊接研究的重点。

关键词：高强钢，焊接工艺，组织，力学性能

I

Study on Welding Process and Microstructure and Property of

High Strength Steel

Abstract

High strength steel with high strength, high toughness advantages, are widely used in hydraulic support, car shell. From aspects of welding process, joint microstructure and mechanical properties of high strength steel welding, the research results of the high strength steel welding at home and abroad were summarized. It indicates that the microstructure and mechanical properties of high strength steel weld joints are different in different regions, while the metallographic structures of the same region are basically similar under different welding parameters, the fusion zone is the weakest area due to the inhomogeneous microstructure. It is pointed out that to prevent the heat affected zone ( HAZ ) from brittle failure and to improve the toughness of the HAZ are the focus of future research on high strength steel welding．

Key words：High strength steel, Welding process, organization, Mechanical properties

II

目 录

摘 要 ................................................................................................................................................. I Abstract ............................................................................................................................................ II 前 言 ................................................................................................................................................ 1 1. 高强钢的发展状况 ..................................................................................................................... 2

1.1 高强钢的生产与发展 ....................................................................................................... 2 1.2 高强钢的性能与分类 ....................................................................................................... 2 1.3 高强钢的应用前景 ........................................................................................................... 5 2. 高强钢焊接研究现状 ................................................................................................................. 6

2.1 激光焊接 ........................................................................................................................... 6 2.2 气体保护焊 ....................................................................................................................... 7 2.3 电阻点焊 ........................................................................................................................... 7 3. 高强钢焊接工艺 ......................................................................................................................... 8 4. 高强钢焊接接头组织与性能研究 ............................................................................................. 9

4.1 焊接接头组织分析 ........................................................................................................... 9 4.2 焊接接头力学性能分析 ................................................................................................. 10 5. 结语........................................................................................................................................... 10 参考文献......................................................................................................................................... 11

III

前 言

高强钢作为21世纪新一代钢铁材料，具有高强度和良好的塑韧性等力学性能，为现代制造业开启了新的发展空间。高强钢已广泛应用于工程机械、海洋结构、 煤机、桥梁、建筑结构、军用机械装备等。焊接接头组织是影响焊缝接接头性能的主要因素，高强钢因化学成分和组织性能与其他钢材不同，其焊接难点及焊后性能也不同于一般钢材。本文对国内外在高强钢焊接方面的研究成果进行了归纳与总结，整体了解高强钢焊接现状及未来研究方向，利于今后高强钢的研究及更广泛的应用。

1

1. 高强钢的发展状况

1.1 高强钢的生产与发展

低合金高强钢于20世纪30年代开始出现，当时是指通过添加少量的合金元素，使屈服强度达到280MPa以上的钢种[1]。随着生产工艺的发展，高强钢的性能逐渐由初期单纯的提高强度，逐渐向强度与成形性相平衡的阶段发展。

五十年代时人们逐渐认识到细化晶粒对高强钢屈服强度的有利影响，并发现在钢中加入 Nb、V 等合金元素可以很好的达到细化晶粒的目的。到了六十年代时，生产商通过在钢中加入微量合金元素，控制终轧温度和冷却速度使低合金高强钢的强度得到明显升高。这种通过细化晶粒和沉淀强化的高强钢，在一定的强度水平下，降低了钢的碳含量，增强了可焊性。

虽然钢的强度和韧性逐渐增加，焊接性得到改善，但高强钢仍会出现冲压件难以成形的问题。到了七十年代初，为了解决高强钢成形困难的问题，人们开发了具有良好成形性的双相高强钢，并改善了冷轧-退火生产工艺，使得双相钢很快在汽车生产中得到应用。而随着汽车工业的蓬勃发展，各国钢铁企业先后开发生产了一系列的高性能钢，并改善了工艺性能及深加工技术。例如韩国浦项钢铁公司开发了细晶粒的双相钢，并试制了高Mn的TWIP高强钢，用于制作汽车后底板的前延伸部分[2]。日本的JFE公司已开发生产了抗拉强度340MPa至980MPa 及以上的各强度级别的高强钢，广泛用于汽车面板、车架、底盘件等[3]。瑞典SSAB公司开发生产的Docol双相钢系列冷轧薄板，力学性能更加均匀稳定，可用于制作各类高强度座椅骨架。国内对高强度钢也进行了大量研究，上海宝钢目前已可稳定生产如高强度IF钢、含P钢和各向同性钢等各类普通高强钢，以及双相钢、TRIP钢、复相钢等各类先进高强钢[4]。

1.2 高强钢的性能与分类

高强钢是通过析出强化、固溶强化、细晶强化等强化机制获得的有高强韧性，良好成形性和优秀碰撞吸能性的钢种[5]。不同的条件下高强钢的分类有所区别。根据屈服强度的不同，通常把屈服强度小于210MPa 的钢称为低强度钢，屈服强度在210-550MPa之间的称为高强度钢，屈服强度大于550MPa的称为超高强度钢。根据强化机理的不同，高强钢又可分为传统高强钢（CHSS）和先进高强

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