,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高强钢焊接应用现状,高强钢焊接应用现状,高强钢焊接结构涉及到国民经济和国防建设的各个领域。高强钢在今后很长一个时期内将作为主要的工程材料发挥重要作用。,我国钢产量已突破,7,亿吨，成为世界第一大产钢国。品种和质量也在迅速发展和提高，对焊接性能提出了更高的要求。,随着科学技术的发展，高强度钢在焊接结构中的应用日益广泛，越来越受到工程界的重视。,高强钢焊接结构涉及到国民经济和国防建设的各个领域。高强钢,低合金高强钢的强韧性与制造技术的关系,国内钢板及低合金高强钢产量情况,b600MPa,的高强度钢都采用调质处理（,QT,），通过组织强韧化获得很高的综合力学性能。,低合金高强钢的强韧性与制造技术的关系国内钢板及低合金高,钢结构离不开焊接,全世界结构钢的年消耗量约,3.55.5,亿,吨，并以每年,5%8%,的速度增长；,我国发展的更为迅速，近几年每年钢产,量增长超过,15%,。,工业化国家：人均钢材占有量,350kg,，,焊接与钢材用量成正比。,IIW,会员国收费标准：以该国上年度钢,产量为依据收费，因为约,60%,的钢材,需要焊接加工。,钢结构离不开焊接全世界结构钢的年消耗量约3.55,2008,奥运会主体育场（鸟巢），用钢,4.19,万吨，采用,Q460E-Z35,厚板钢结构，厚度达,110m,，在国内建筑钢结构工程中应用属首例。,2008奥运会主体育场（鸟巢），用钢4.19万吨，采用Q46,1.,低合金钢的强化途径,新的冶炼技术的进步，促进了新一代钢种的诞生。,低合金钢的强化途径包括：,1,）合金强化,2,）组织强化（如淬火,+,回火）,3,）控轧控冷工艺（,TMCP,）,4,）淬火,+,自回火控制轧制（,QST,）,1.低合金钢的强化途径新的冶炼技术的进步,1,）合金强化（固溶强化、析出强化）,通过合金元素的固溶强化、细晶强化、析出强化，提高钢板的强度和韧性；通过正火细化晶粒、均匀组织，进一步提高钢板的塑性和韧性。,2,）组织强化（如淬火,+,回火）,轧制后加热温度超过相变温度,30-50,，经水冷后生成淬火饱和固溶体为不稳定组织，强度、硬度都很高。随后进行回火可使淬火固溶体分解，达到对钢材塑性和韧性的要求。,1）合金强化（固溶强化、析出强化）,3,）控轧控冷工艺（,TMCP,）,严格控制钢板的冷却过程，在接近或低于铁素体开始生成的温度（,A,r3,+910,）下完成终轧。,控轧：,在更低的温度下停轧，抑制高温奥氏体晶粒长大；,控冷：,轧后立即加快冷却速度，避免晶粒长大，提高形核率，产生强韧性更高的细小,B,或,AF,，通过细化晶粒显著改善钢的强韧性。,4,）淬火,+,自回火控制轧制（,QST,）,淬火后利用钢截面中部的温度散热进行回火，实质是,TMCP,工艺的特殊应用。经过这种工艺处理的钢材，强度高而且焊接性好。,3）控轧控冷工艺（TMCP）严格控制钢板的冷却过程，在接,高强钢强度级别不同，合金元素及含量也不同，成分设计既要满足使用性要求，又要考,虑其经济性。,高强钢强度级别不同，合金元素及含量也不同，成分设计,强度级别为,600MPa,的钢主要为,Mn-Si,系和在,Mn-Si,基础上加少量的,Cr,、,Ni,、,Mo,、,V,；,700MPa,级的钢主要为,Mn-Si-Cr-Ni-Mo,系，合金元素加入量较,600MPa,级的钢多一些，另外还加入少量的,V,；,800MPa,级的钢主要为,Mn-Si-Cr-Ni-Mo-Cu-V,系，并加入一定量的,B,；,1000MPa,级的钢合金系列与,800MPa,级的钢基本相同，但合金元素加入量较高，尤其是为了保证韧性加入较多的,Ni,。,2.,高强钢的合金系,强度级别为600MPa的钢主要为Mn-Si系和在Mn-Si基,按其供货时的热处理状态,合金结构钢分为热轧、控轧、正火、,TMCP,（控冷控轧）、调质（淬火回火）。,调质处理（,QT,）分为水调质处理（淬火回火）和空气调质处理（正火回火）两种。,屈服强度低于,420MPa,的低合金钢中薄板可以热轧（或控轧）状态供货；屈服强度,500MPa,以上的低合金钢厚板，多以正火（或空气调质）状态供货,.,屈服强度,690MPa,以上的高强度钢大都是调质处,（淬火回火）。,按其供货时的热处理状态合金结构钢分为热轧、控轧、正火,国内外常见的低碳调质钢,国内外常见的低碳调质钢,例如：管线钢（,X60,、,X65,、,X70,、,X80,、,X90,）石油、天然气输送管线工程的主流钢种,第一代管线钢（,X42-X70,，,F+P,管线钢）,第二代管线钢（,X60-X90,，针状,F,管线钢）,第三代管线钢（,X110,、,X120,，,F+M,管线钢）,例如：管线钢（X60、X65、X70、X80、X9,管线钢的药芯焊丝气体保护焊,由于药芯焊丝半自动焊技术在长输管线野外施工中的优势，这种焊接方法已被普遍应用于管线建设中。,大多采用,E6010,焊条电弧焊下向焊打底，自保护药芯焊丝半自动焊填充、盖面。例如，西气东输工程，主要采用纤维素型焊条根焊、热焊（立向下焊），用自保护药芯焊丝填充、盖面。生产效率高于,SMAW,。,管线钢的药芯焊丝气体保护焊由于药芯焊丝半自动焊,管线钢碳含量由,0.1%0.14%,下降到,0.01%0.04%,，碳当量相应地由,0.45%,下降到,0.35%,以下。,微合金管线钢焊接的主要问题是,HAZ,晶粒粗大使冲击韧性下降，防止措施是在钢中加入沉淀强化元素（形成,TiO,2,、,TiN,）防止晶粒长大，优化焊接工艺。,AF,管线钢是目前也是今后,1020,年天然气输送管线工程的主流钢种。,X70,针状铁素体管线钢是目前世界各国天然气管线建设的首选级别和品种。,从制造成本上看，,X80,管线钢将会成为未来新一轮管线建设的重要需求。,管线钢碳含量由0.1%0.14%下降到0.01%0.04,低碳调质高强钢的焊接性特点,为了保证良好的综合性能和焊接性，低碳调质钢的碳含量,1000MPa,）,HQ100,、,HQ130,等,主要用于工程结构高强度耐磨、要求承受冲击磨损的部位。,3,）高强高韧性钢（抗拉强度,700-900MPa,）,HY-80,、,HY-130,、,12Ni3CrMoV,、,10Ni5CrMoV,主要用于高强度高韧性焊接结构。,3.低碳调质钢的应用,作为高强钢制造工艺的关键一环，调质处理（淬火,+,回火）是为了获得回火马氏体或下贝氏体的回火组织，使其强韧性良好。,对于抗拉强度超过,600MPa,的钢材，不需添加过多的合金元素，通过调质处理可满足强度性能要求。,美国最早采用调质处理成功地开发了抗拉强度为,800MPa,级钢材。美国最初是降低装甲用钢的碳含量并进行淬火,+,回火处理，大大改善了其性能，并在军事装备中得到使用。,作为高强钢制造工艺的关键一环，调质处理（淬火+回火）是为了,600MPa,、,700MPa,的低碳调质钢 （,HQ60,、,HQ70,、,Q550,）,主要用于桥梁、工程机械、动力设备、交通运输机械等。可在调质状态下焊接，焊后不再进行调质处理，必要时可进行消除应力处理。,长江上的钢桥：,58,座（四川,6,、重庆,24,、湖北,17.,）,九江长江大桥,武汉天心州长江大桥,600MPa、700MPa的低碳调质钢,800MPa,的低碳调质钢 （,14MnMoNbB,、,HQ80,、,HQ80C,、,Q690,）,我国已先后开发出,14MnMoNbB,、,HQ80,和,HQ80C,等抗拉强度为,800MPa,的低碳调质钢，并在工程中获得广泛应用。,HQ80,钢含有,Ni,、,Cr,元素，,HQ80C,钢不含,Ni,只含有,Cr,元素，,14MnMoNbB,不含,Ni,、,Cr,但含有,Nb,元素。,800MPa的低碳调质钢 （14Mn,1000MPa,、,1300MPa,的低碳调质钢 （,HQ100,、,HQ130,）,HQ100,不仅强度高、低温缺口韧性好，而且具有优良的焊接性能。,HQ130,是高强度工程机械用钢（,b1300M,P,a,），含有,Cr,、,Mo,、,B,等多种合金元素，具有高淬透性。,这两种钢经淬火,+,回火的热处理后，可获得综合性能较好的低碳回火马氏体，具有高强度、高硬度以及较好的塑性和韧性。,HQ100,和,HQ130,，主要用于高强度焊接结构要求承受冲击磨损的部位，如工程机械等。,1000MPa、1300MPa的低碳调质钢,美国,Caterpiller,公司的大型工程机械装备,国外的低碳调质钢,美国,T-1,钢,相当于,16NiMnCrMoVBCu,，,b,800MPa,美国,HY-80,相当于,15NiCrMo,，,b,800MPa,美国,HY-100,相当于,15Ni3CrMo,，,b,800MPa,低温韧性高、防爆性好，用于深水潜艇外壳。,美国,HY-130,相当于,10NiMnCrMoV,，,s,900MPa,美国,HP9-4-20,相当于,20NiCoCrMoV,，,s,1250MPa,S,、,P 1,，称为“超强匹配”；,(,b,),w,/(,b,),b,1,，称为“等强匹配”；,(,b,),w,/(,b,),b,1,，称为“低强匹配”。,4.焊缝强韧性匹配保证接头区强度是,裂纹,Q690,Q550,(a),裂纹,Q690,Q690,(b),(a)Q550+Q690 (b)Q690+Q690,图,6.1,对接裂纹试验接头中裂纹产生位置,(a),焊缝,50m,Q690,钢,HAZ,(b),20m,Q690,钢,HAZ,焊缝,高强钢的焊接裂纹敏感性,裂纹Q690Q550(a)裂纹Q690Q690(b),高强钢焊接接头区的冲击韧性,(a)Q550,(b)Q550+Q690,，,Q690,侧,高强钢焊接接头区的冲击韧性(a)Q550(,低碳调质高强钢焊接材料的选用,低碳调质高强钢焊接材料的选用,强度级别不同的低碳调质钢焊接时的淬硬性很大，有产生焊接裂纹的倾向。,采用,“,低强匹配,”,焊材和,GMAW,或,Ar+CO,2,气体保护焊，控制焊缝扩散氢含量在超低氢水平（,5mL/100g,），可实现在不预热条件下的焊接。,强度级别不同的低碳调质钢焊接时的淬硬性很大，有产生焊接,5.,焊缝的组织和韧性,各类铁素体组织（,PF,、,AF,、,FSP,）、贝氏体组织（,Bu,、,BL,、,Bg,）、,P,、,M,、,ML,与韧性的关系,600MPa,800MPa,5.焊缝的组,焊缝韧性：取决于,AF/PF,所占的比例,焊缝中,AF,组织比例提高，韧性升高，断口,v,T,rs,下降；,焊缝中,PF,组织比例增多，韧性下降，断口,v,T,rs,上升。,以,AF,组织为主的焊缝，屈强比,(,s,/,b,),一般大于,0.8,；,以,PF,组织为主的焊缝，屈强比多在,0.8,以下；,焊缝金属中有上贝氏体存在时，屈强比在,0.7,以下。,焊缝韧性：取决于AF/PF所占的比例,焊缝中贝氏体组织（,Bu,、,BL,、,Bg,）的性能,Bu,的力学性能（特别是韧性）较差，因为,Bu,的转变温度高，碳化物粗大，强化作用较弱，尤其是碳化物沿平行的铁素体条分布，微裂纹很容易沿这个方向扩展。,BL,的力学性能较好，因为,BL,的转变温度较低，碳化物细小且分布于铁素体内部，可得到兼顾强韧性的组织。,Bg,的强度和韧性取决于,F,上岛状物的组成、形态和颗粒大小，第二相小岛的颗粒越细小，越有利于改善韧性；颗粒粗大则韧性不好。,焊缝中贝氏体组织（Bu、BL、Bg）的性,焊接中的马氏体组织,马氏体是过冷奥氏体通过无扩散型相变而生成的亚稳定组织，具有体心立方结构。根据含碳量的不同，可将马氏体分为,片状马氏体（,M,）,和,板条马氏体（,ML,）,。,低合金钢焊缝中，片状马氏体（又称高碳马氏体或孪晶马氏体）主要存在于,M-A