【正文】 合解決。 對(duì)這類鋼配套使用的焊接材料的研制成為當(dāng)前亟待解決的問題之一。我國(guó)在這一領(lǐng)域起步很晚，從 70～ 80 年代 我國(guó) 控制軋制的基礎(chǔ)研 究 開始進(jìn)行， 在低合金高強(qiáng)鋼合金設(shè)計(jì)中，人們已不再采用以提高鋼中碳 元素的 含量、犧牲塑性來得到更高強(qiáng)度的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 ， 新的合金設(shè)計(jì)是向鋼中添加 Cr、 Ni、 V、 Ti、 Nb、 B等少量合金元素，從而提高鋼的強(qiáng)度、改善焊接 性 和耐磨 性 等力學(xué)性能。同時(shí)由于絕大多數(shù)產(chǎn)品和 構(gòu)件的設(shè)計(jì)都是通過焊接實(shí)現(xiàn)的，鋼材的發(fā)展對(duì)焊接工藝、焊接材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面提出了挑戰(zhàn)，如何提高接頭的強(qiáng)度，如何避免裂紋的產(chǎn)生以及如何提高接頭的疲勞極限等，由此將引發(fā)出一系列科研課題：如何通過化學(xué)冶金過程使鋼材的純凈度極限化；清華大學(xué) 本科材料科學(xué)與工程畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 如何改進(jìn)技術(shù)措施使鋼板的加工過程經(jīng)濟(jì)化和鋼板綜合性能的完美化等。在充分考慮經(jīng)濟(jì)因素和環(huán)境因素的前提下，對(duì)鋼材的潔凈度、均勻性、強(qiáng)度等方面提出了更高的要求。為了不斷改善低合金結(jié) 構(gòu)鋼的焊接性，國(guó)內(nèi)從 80 年代就開始研制并生產(chǎn)焊接性良好的微合金控軋鋼和新一代超細(xì)晶粒鋼，這些新鋼種的出現(xiàn)必然會(huì)給鋼的焊接性帶來了重大的變革 [6]。在低合金高強(qiáng)鋼中，隨著強(qiáng)度級(jí)別的提高，碳元素及合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增多，勢(shì)必會(huì)引起接頭的脆化、軟化及裂紋傾向增大。 隨著低合金高強(qiáng)鋼的不斷發(fā)展，在高強(qiáng)度、耐高溫 、耐低溫、耐腐蝕等方面滿足了焊接結(jié)構(gòu)的要求，并在橋梁、鍋爐及壓力容器、汽車、艦船、石油管線等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 20 世紀(jì)初的低合金高強(qiáng)鋼主要用于結(jié)構(gòu)和建筑方面，而且主要是根據(jù)屈服 強(qiáng)度 σs 進(jìn)行設(shè)計(jì)，很少注意 鋼材的 韌性、可成形性和可焊接性 ； 50 年代 開始 大力開發(fā)細(xì)晶粒化的新材料 ； 70 年代以控制軋制技術(shù)和鋼的微合金化冶金為基礎(chǔ)，形成了 “現(xiàn)代低合金高強(qiáng)度鋼 ”的新概念 ； 80 年代初以來 ， 借助于工藝技術(shù)方面的成就開發(fā)了適于廣泛工業(yè)領(lǐng)域和專門領(lǐng)域的品種。大多采用先進(jìn)的冶煉工藝和形變熱處理工藝進(jìn)行生產(chǎn)[15]。 低合金高強(qiáng)度鋼是指低合金鋼中包括 C、 Si、 Mn 在內(nèi)的主要添加元素的含量不超過 5%，屈服強(qiáng)度大于 600MPa 的鋼種，是在碳素鋼的基礎(chǔ)上通過調(diào)整碳及 合金元素的含量，并輔助一定的熱處理工藝實(shí)現(xiàn)的。 清華大學(xué) 本科材料科學(xué)與工程畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第一章 概述 新一代低合金高強(qiáng)鋼的發(fā)展概況 隨著機(jī)械工業(yè)生產(chǎn) 迅猛發(fā)展，在焊接結(jié)構(gòu)日益大型化、輕量化的現(xiàn)代工程機(jī)械及冶金礦山機(jī)械生產(chǎn)中，為提高機(jī)械設(shè)備的使用性能，以最大限度地滿足各種工程建設(shè)的需要，鋼材不僅要有良好的綜合力學(xué)性能，而且要有良好的加工工藝性能（比如焊接性），對(duì)于特殊條件下使用的鋼種，更要求其具有相應(yīng)的特殊性能，比如耐高溫，耐腐蝕，耐沖擊等。 焊接接頭沖擊試驗(yàn) ............................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。清華大學(xué) 本科材料科學(xué)與工程畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 高強(qiáng)鋼焊接性 能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì) 目 錄 第一章 概述 ........................................ 4 新一代低合金高強(qiáng)鋼的發(fā)展概況 ..........................................................4 我國(guó) 低合金高強(qiáng)鋼的發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn) ................................7 國(guó)外新一代低合金高強(qiáng)鋼的發(fā)展及使用情況 ................................8 新一代低合金高強(qiáng)鋼的主要特點(diǎn) ........................................................10 新一代低合金高強(qiáng)鋼的冶金特點(diǎn) .................................................. 11 新一代低合金高強(qiáng)鋼的強(qiáng)化途徑 ..................................................12 新一代低合金高強(qiáng)鋼對(duì)焊接材料的要求 ............................................13 新一代低合金高強(qiáng)鋼的焊接性 ......................................................14 新一代低合金高強(qiáng)鋼對(duì)焊接材料的要求 ......................................14 本課題的研究背景及意義 ....................................................................16 本 課題預(yù)期達(dá)到的目的 ........................................................................18 第二章 WELDOX960 高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)工藝及性能 ........... 11 WELDOX960 高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)工藝 .........................................................20 WELDOX960 高強(qiáng)鋼的軋制工藝 ...................................................21 WELDOX960 高強(qiáng)鋼的淬火和退火工藝 .......................................22 WELDOX960 高強(qiáng)鋼的機(jī)械性能 .........................................................25 WELDOX960 高強(qiáng)鋼的冶金 特點(diǎn) ...................................................25 清華大學(xué) 本科材料科學(xué)與工程畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 WELDOX960 高強(qiáng)鋼的機(jī)械性能 ...................................................28 WELDOX960 高強(qiáng)鋼的強(qiáng)化機(jī)理 .........................................................30 晶界強(qiáng)化 ..........................................................................................30 應(yīng)變強(qiáng)化 ..........................................................................................31 固溶強(qiáng)化 ..........................................................................................32 沉淀強(qiáng)化 ..........................................................................................33 馬氏體相變強(qiáng)化 ..............................................................................33 韌化機(jī)理 ................................................................................................34 金屬材料的凈化 ..............................................................................35 晶粒的細(xì)化 ......................................................................................35 顯微組織的優(yōu)化 ..............................................................................36 本章小節(jié) ................................................................................................37 第三章 WELDOX960 高 強(qiáng)鋼焊接性研究 ................. 23 WELDOX960 高強(qiáng)鋼焊接性理論分析 .................................................38 碳當(dāng)量法 ..........................................................................................39 預(yù)熱溫度 Tp 的計(jì)算 ........................................................................42 熱影響區(qū)最高硬度 HVmax與 t8/5的關(guān)系 ........................................43 焊接工藝參數(shù)曲線 ..........................................................................46 焊接材料的選擇 ..............................................................................49 試驗(yàn)設(shè)備及儀器 ..............................................................................51 焊接性試驗(yàn)的目的及內(nèi)容 ....................................................................51 WELDOX960 高強(qiáng)鋼抗裂性試驗(yàn)結(jié)果及分析 .....................................53 斜 Y 型坡口焊接裂紋試驗(yàn) .............................................................53 清華大學(xué) 本科材料科學(xué)與工程畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn) ..................................................................59 搭接接頭焊接裂紋試驗(yàn) ..................................................................64 WELDOX960 高強(qiáng)鋼力學(xué)性能試驗(yàn)及結(jié)果分析 .................................69 焊接接頭抗拉強(qiáng)度試驗(yàn) ..................................................................69 焊接接頭微觀組織分析 ....................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 焊接接頭彎曲試驗(yàn) ............................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 本章小結(jié) ..................................................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。因此原來的碳素鋼已經(jīng)不能滿足需要，必將有大量的低合金高強(qiáng)度鋼被投入使用。低合金高強(qiáng)鋼的主要特點(diǎn)是含碳量低，可焊性好（含碳量一般低于 ，冷裂敏感指數(shù)小于 ），晶粒細(xì)化，屈服強(qiáng)度高，普遍采用 Nb、 V、 Ti 等合金元素進(jìn)行強(qiáng)韌化。 清華大學(xué) 本科材料科學(xué)與工程畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 按照低合金高強(qiáng)鋼（簡(jiǎn)稱 HSLA 鋼）的屈服強(qiáng)度可以將其大致分為三個(gè)等級(jí)： A 級(jí)： σs =290490MPa 熱軋、控軋、正火鋼 B 級(jí)： σs = 490980MPa 低碳調(diào)質(zhì)鋼 C 級(jí)： σs = 8801176MPa 中碳調(diào)質(zhì)鋼 低合金高強(qiáng)鋼 的發(fā)展 經(jīng)歷了幾個(gè)極為重要的時(shí)期。在鋼的化學(xué)成分－ 工藝 － 組織 － 性能的關(guān)系中，第一次強(qiáng)調(diào)了鋼的組織的主導(dǎo)地位，表明低合金高強(qiáng)鋼的基礎(chǔ)研究已趨于成熟。低合金高強(qiáng)鋼主要是通過調(diào)整鋼中碳元素和合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和配以適當(dāng)?shù)臒崽幚韥韺?shí)現(xiàn)的，當(dāng)然碳元素和合金元素的增清華大學(xué) 本科材料科學(xué)與工程畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 加也會(huì)給鋼的焊接性帶來不利的影響。這些焊接性問題的出現(xiàn)，不僅會(huì)降低焊接結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行的可靠性，造成焊接結(jié)構(gòu)的早期破壞，而且還會(huì)給國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命造成重大損失。 工業(yè)的不斷發(fā)展對(duì)鋼材焊接接頭的性能要求越來越高，比如承載強(qiáng)度大，塑性韌性好，抗疲勞，抗裂紋等，因此鋼材的發(fā)展趨向也