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日本焊接性能優良的800MPa級高強度鋼研究
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2015-07-08
日本“超級鋼”項目研究的課題之一是“焊接性能優良的800MPa級高強度鋼研究”。
????日本“超級鋼”項目研究的課題之一是“焊接性能優良的800MPa級高強度鋼研究”。目前鐵素體珠光體鋼的抗拉強度都在500MPa以下，抗拉強度超過500MPa的高強度鋼主要是通過添加合金成分，形成貝氏體、回火馬氏體等高強度鋼。但是，隨著合金元素的增加，不但提高鋼的成本，而且使煉鋼和精煉難度加大，更重要的是使焊接性能變差，高強鋼焊接接頭的疲勞強度僅為60～100MPa(為母材基體強度的10%)。具有C-Si-Mn基本成分的鐵素體鋼具有良好的焊接性能，但用目前技術生產的鋼的強度有限，因此該課題的研究目標是：以C-Si-Mn成分為基礎，通過晶粒細化，將晶粒尺寸從10μm細化到1μm，獲得強度與硬度平衡的超細鐵素體2珠光體復相組織，開發出抗拉強度為800MPa級別的超細晶粒鋼，同時開發具有優良焊接性能的超級鋼的焊接工藝。為此，該課題從以下兩個方面進行研究。
(1)超細晶材料的研制。采用大的塑性應變能夠制備出超細晶鐵素體晶粒。但是采用大的塑性應變進行單向變形時，材料在厚度方向變形不均勻，致使應變主要集中于試樣的中心部位。Nagai等采用“多向變形”技術制備超細晶鐵素體晶粒，其特點是采用雙向或多向變形可明顯地改善應變分布的不均勻性，從而有利于獲得均勻的超細晶組織。?Nagai等利用研制的多向變形熱機械處理模擬機，在實驗室采用單向變形和多向變形對比方法研究了化學成分(%)為0.16C-0.4Si-1.4Mn的碳素鋼的晶粒變化情況，結果表明采用“多向變形”方法制備的超細晶粒鋼具有更均勻的超細晶組織。多向變形熱機械處理模擬機的特點是每軋制一道次，試樣便可旋轉90°。Nagai等利用實驗室軋機采用多向軋制技術，用低碳Si-Mn鋼成功地制備出尺寸為Φ18mm×20000mm的棒材，將鋼的晶粒尺寸由10μm細化到0.5μm時，鋼的屈服強度可由320MPa提高到740MPa，當將12mm×700mm×Cmm規格的熱軋鋼板的晶粒尺寸細化到1μm時，鋼板的抗拉強度達到800MPa，且制備的熱軋鋼板在厚度方向具有均勻的超細晶粒。
通過大變形生產的厚鋼板力學性能的各向異性，特別是某些方向上韌性的降低是人們關注的焦點。為此，Nagai等采用了“大角度交叉軋制”方法以改變材料的結晶取向。通過交叉軋制，材料的織構或(100)極指數得以有效地改變，使材料在橫向和軋向的韌脆轉變溫度的差異很小。
(2)超細晶粒鋼高效率焊接技術研究。工業應用超細晶粒鋼最重要的問題之一是HAZ的軟化問題，采用傳統的焊接方法將由于晶粒粗化引起HAZ軟化而導致接頭強度降低。ReisukeITO等開發了新型超窄間隙氣體保護焊接方法。采用二道焊接19mm厚的鋼板，鋼板的化學成分(%)為0.15C-1.50Mn-0.20Si-0.02P-0.002S，其HAZ寬度只有3mm，其接頭的硬度低于HV250，因此可有效地阻止焊接裂紋和應力腐蝕裂紋的產生。
S.Tsukamoto等利用20kWCO2大功率激光焊接設備研究了化學成分(%)為0.049C-1.50Mn-0.981Si-0.021P-0.0009S超細晶粒鋼的焊接方法和接頭特性，目的是使超細晶組織的破壞極小化，同時使焊接接頭性能得到明顯的改善。AkihikoOHTA等研制了一種提高疲勞強度的低轉變溫度型焊絲。此焊絲含有10%Cr和10%Ni，其奧氏體轉變為馬氏體的開始溫度約為180℃，轉變結束溫度為室溫。馬氏體發生轉變時，焊縫金屬產生膨脹導致焊縫周圍產生壓縮殘余應力，從而提高了焊接接頭的疲勞強度。用此焊絲焊接晶粒尺寸為1μm的超細晶粒棒材，接頭的疲勞強度達到300MPa，比用傳統焊絲焊接的疲勞強度提高了100MPa。
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