【正文】 配套使用的焊接材料的研制成為當前亟待解決的問題之一。我國在這一領域起步很晚，從 70～ 80 年代 我國 控制軋制的基礎研究 開始進行， 在低合金高強鋼合金設計中，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度 的傳統(tǒng)設計方案 ， 新的合金設計是向鋼中添加 Cr、 Ni、 V、 Ti、 Nb、 B等少量合金元素，從而提高鋼的強度、改善焊接 性 和耐磨 性 等力學性能。同時由于絕大多數(shù)產(chǎn)品和構件的設計都是通過焊接實現(xiàn)的，鋼材的發(fā)展對焊接工藝、焊接材料、結構設計等方面提出了挑戰(zhàn)，如何提高接 頭的強度，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：如何通過化學冶金過程使鋼材的純凈度極限化；清華大學 本科材料科學與工程畢業(yè)設計 7 如何改進技術措施使鋼板的加工過程經(jīng)濟化和鋼板綜合性能的完美化等。在充分考慮經(jīng)濟因素和環(huán)境因素的前提下，對鋼材的潔凈度、均勻性、強度等方面提出了更高的要求。為了不斷改善低合金結構鋼的焊接性，國內(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晶粒鋼，這些新鋼種 的出現(xiàn)必然會給鋼的焊接性帶來了重大的變革 [6]。在低合金高強鋼中，隨著強度級別的提高，碳元素及合金元素質(zhì)量分數(shù)的增多，勢必會引起接頭的脆化、軟化及裂紋傾向增大。 隨著低合金高強鋼的不斷發(fā)展，在高強度、耐高溫、耐低溫、耐腐蝕等方面滿足了焊接結構的要求，并在橋梁、鍋爐及壓力容器、汽車、艦船、石油管線等領域得 到了廣泛的應用。 20 世紀初的低合金高強鋼主要用于結構和建筑方面，而且主要是根據(jù)屈服 強度 σs 進行設計，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)細晶?；男虏牧?； 70 年代以控制軋制技術和鋼的微合金化冶金為基礎，形成了 “現(xiàn)代低合金高強度鋼 ”的新概念 ； 80 年代初以來 ， 借助于工藝技術方面的成就開發(fā)了適于廣泛工業(yè)領域和專門領域的品種。大多采用先進的冶煉工藝和形變熱處理工藝進行生產(chǎn)[15]。 低合金高強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%，屈服強度大于 600MPa 的鋼種，是在碳素鋼的基礎上通過調(diào)整碳及合金元素的含量，并輔助一定的熱處理工藝實現(xiàn)的。 清華大學 本科材料科學與工程畢業(yè)設計 4 第一章 概述 新一代低合金高強鋼的發(fā)展概況 隨著機械工業(yè)生產(chǎn)迅猛發(fā)展，在焊接結構日益大型化、輕量化的現(xiàn)代工程機械及冶金礦山機械生產(chǎn)中，為提高機械設備的使用性能 ，以最大限度地滿足各種工程建設的需要，鋼材不僅要有良好的綜合力學性能，而且要有良好的加工工藝性能（比如焊接性），對于特殊條件下使用的鋼種，更要求其具有相應的特殊性能，比如耐高溫，耐腐蝕，耐沖擊等。 焊接接頭沖擊試驗 ............................................ 錯誤 !未定義書簽。清華大學 本科材料科學與工程畢業(yè)設計 1 高強鋼焊接性 能分析與優(yōu)化設計 目 錄 第一章 概述 ......................................... 4 新一代低合金高強鋼的發(fā)展概況 ......................................................... 4 我國低合金 高強鋼的發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn) ............................... 7 國外新一代低合金高強鋼的發(fā)展及使用情況 ............................... 8 新一代低合金高強鋼的主要特點 ....................................................... 10 新 一代低合金高強鋼的冶金特點 .................................................. 11 新一代低合金高強鋼的強化途徑 ................................................. 12 新一代低合金高強鋼對焊接材料的要求 ........................................... 13 新一代低 合金高強鋼的焊接性 ..................................................... 14 新一代低合金高強鋼對焊接材料的要求 ..................................... 14 本課題的研究背景及意義 ................................................................... 16 本課題預期達到的目的 ....................................................................... 18 第二章 WELDOX960 高強鋼的生產(chǎn)工藝及性能 ........... 11 WELDOX960 高強鋼的生產(chǎn)工藝 ........................................................ 20 WELDOX960 高強鋼的軋制工藝 .................................................. 21 WELDOX960 高強鋼的淬火和退火工藝 ...................................... 22 WELDOX960 高強鋼的機械性能 ........................................................ 25 WELDOX960 高強鋼的冶金特點 .................................................. 25 清華大學 本科材料科學與工程畢業(yè)設計 2 WELDOX960 高強鋼的機械性能 .................................................. 28 WELDOX960 高強鋼的強化機理 ........................................................ 30 晶界強化 ......................................................................................... 30 應變強化 ......................................................................................... 31 固溶強化 ......................................................................................... 32 沉淀強化 ......................................................................................... 33 馬氏體相變強化 ............................................................................. 33 韌化機理 ............................................................................................... 34 金屬材料的凈化 ............................................................................. 35 晶粒的細化 ..................................................................................... 35 顯微組織的優(yōu)化 ............................................................................. 36 本章小節(jié) ............................................................................................... 37 第三章 WELDOX960 高強鋼焊接性研究 ................. 23 WELDOX960 高強鋼焊接性理論分析 ................................................ 38 碳當量法 ......................................................................................... 39 預熱溫度 Tp 的計算 ....................................................................... 42 熱影響區(qū)最高硬度 HVmax 與 t8/5 的關系 ....................................... 43 焊接工藝參數(shù)曲線 ......................................................................... 46 焊接材料的選擇 ............................................................................. 49 試驗 設備及儀器 ............................................................................. 51 焊接性試驗的目的及內(nèi)容 ................................................................... 51 WELDOX960 高強鋼抗裂性試驗結果及分析 .................................... 53 斜 Y 型坡口焊接裂紋 試驗 ............................................................ 53 清華大學 本科材料科學與工程畢業(yè)設計 3 熱影響區(qū)最高硬度試驗 ................................................................. 59 搭接接頭焊接裂紋試驗 ................................................................. 64 WELDOX960 高強鋼力學性能試驗及結果分析 ................................ 69 焊接接頭抗拉強度試驗 ................................................................. 69 焊接接頭微觀組織分析 .................................... 錯誤 !未定義書簽。 焊接接頭彎曲試驗 ............................................ 錯誤 !未定義書簽。 本章小結 .................................................................. 錯誤 !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度鋼被投入使用。低合金高強鋼的主要特點是含碳量低，可焊性好（含碳量一 般低于 ，冷裂敏感指數(shù)小于 ），晶粒細化，屈服強度高，普遍采用 Nb、 V、 Ti 等合金元素進行強韌化。 清華大學 本科材料科學與工程畢業(yè)設計 5 按照低合金高強鋼（簡稱 HSLA 鋼）的屈服強度可以將其大致分為三個等級： A 級： σs =290490MPa 熱軋、控軋、正火鋼 B 級： σs = 490980MPa 低碳調(diào)質(zhì)鋼 C 級： σs = 8801176MPa 中碳調(diào)質(zhì)鋼 低合金高強鋼 的發(fā)展 經(jīng)歷了幾個極為重要的時期。在鋼的化學成分－ 工藝 － 組織 － 性能的關系中，第一次強調(diào)了鋼的組織的主導地位，表明低合金高強鋼的基礎研究已趨于成熟。低合金高強鋼主要是通過調(diào)整鋼中碳元素和合金元素的質(zhì)量分數(shù)和配以適當?shù)臒崽幚韥韺崿F(xiàn)的，當然碳元素和合金元素的增清華大學 本科材料科學與工程畢業(yè)設計 6 加也會給鋼的焊接性帶來不利的影響。這些焊接性問題的出現(xiàn)，不僅會降低焊接結構安全運行的可靠性，造成焊接結構的早期破壞，而且還會給國家財產(chǎn)和人民生命造成重大損失。 工業(yè)的不斷發(fā)展對鋼材焊接接頭的性能要求越來越高，比如承載強度大，塑性韌性好，抗疲勞，抗裂紋等，因此鋼材的發(fā)展趨向也