高强度钢的焊接研究现状ppt课件.ppt
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1、,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。,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。,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
2、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。,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。,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)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
3、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。,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(Ar3, + 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(QS
4、T) 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。,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。,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
5、是为了保证韧性加入较多的Ni。,2. 高强钢的合金系,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)。,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
6、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),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
7、(形成TiO2、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。,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0.18%。含有较高的Ni、Cr,具有高强度,特别是具有优异的低温韧性。 添加一些合金元素,如Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等,是为了提高钢的淬透性和马氏体的回火稳定性。 采用了先进的冶炼工艺,S、P等杂质明显降低,O、N、H含量低。高纯洁度使这类钢焊接
8、HAZ具有优异的低温韧性。 经淬火+回火的组织是回火ML、BL或回火索氏体,焊接过程发生“自回火”,脆性小,具有良好的焊接性。 QT钢的热处理工艺:奥氏体化淬火回火, 回火温度越低,强度级别越高,但塑性和韧性降低。,3. 低碳调质钢的应用,1)高强度结构钢(抗拉强度600-800MPa) 14MnMoNbB、15MnMoVNRe、HQ70、HQ80、Q690等,这类钢主要用于工程焊接结构,焊缝及焊接区多属受力载荷。 2)高强度耐磨钢(抗拉强度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-
9、80、HY-130、12Ni3CrMoV、10Ni5CrMoV,主要用于高强度高韧性焊接结构。,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。,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
10、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,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。,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。 HQ1
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