中國(guó)造船行業(yè)中,高強(qiáng)度船體用鋼量已占船體鋼需求量30%以上,高強(qiáng)船板鋼具有高強(qiáng)度、高韌性的特點(diǎn),適應(yīng)了現(xiàn)代船舶向輕型化發(fā)展的要求。
船舶制造的快速發(fā)展,迫切需要提高焊接效率。近年來,埋弧焊,氣電立焊等新型焊接技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。它們的特點(diǎn)是焊接速度快、質(zhì)量好、易于自動(dòng)化等。線能量的提高代表未來焊接的發(fā)展趨勢(shì),大線能量焊接以其能有效降低焊接勞動(dòng)強(qiáng)度和成本、提高焊接效率,近年來在不同領(lǐng)域得到了發(fā)展。
但是,隨著船板鋼強(qiáng)度的提高,其沖擊韌性和焊接性能顯著下降,焊接裂紋敏感性增加。特別是隨著線能量的提高,傳統(tǒng)低合金高強(qiáng)鋼的焊接熱影響區(qū)性能惡化,易產(chǎn)生焊接冷裂紋問題,給焊接帶來困難。
為適應(yīng)大線能量焊接,傳統(tǒng)材料成分設(shè)計(jì)的基本思路是,降C、提高M(jìn)n含量,加微合金元素Ti。通常把C含量降到0.1%以下,或更低,以細(xì)化M-A組元,改善大線能量焊接熱影響區(qū)韌性,降低鋼的焊接裂紋敏感性。研究結(jié)果表明,當(dāng)大線能量焊接后的HAZ含有一定數(shù)量的針狀鐵素體時(shí),將具有較高的強(qiáng)度和良好的韌性。
近年來,大線能量焊接高強(qiáng)船板鋼的發(fā)展,除了通過控制碳當(dāng)量和冷裂敏感指數(shù)以外,輔以復(fù)合微合金化的成分設(shè)計(jì),即添加必要的微合金元素(Nb、V、Ti等),以確保在低C的前提下仍具有高強(qiáng)度,同時(shí)通過TMCP(熱機(jī)械處理)工藝的運(yùn)用,形成微合金元素的細(xì)小碳氮化物析出相,在焊后析出,通過“釘扎”晶界,抑制HAZ區(qū)晶粒在高溫下長(zhǎng)大。現(xiàn)有研究的50kg級(jí)高強(qiáng)船板鋼,在成分設(shè)計(jì)中采用低C并加入微合金元素(Nb、Ti、Ni)的思路,滿足強(qiáng)韌性要求和經(jīng)濟(jì)適用的元素配比方案,經(jīng)實(shí)驗(yàn)室模擬現(xiàn)場(chǎng)TMCP工藝試驗(yàn)后,經(jīng)埋弧焊和氣電立焊兩種焊接方式檢驗(yàn)焊接接頭的力學(xué)性能,檢驗(yàn)不同熱輸入值對(duì)焊接接頭力學(xué)性能的影響。
熱軋F(tuán)H500船板鋼是以針狀鐵素體為主的復(fù)合組織,具有良好的強(qiáng)韌性匹配。經(jīng)埋弧焊和垂直氣電立焊、不同線能量輸入焊接試驗(yàn),焊接接頭力學(xué)性能均滿足船級(jí)社的要求,適用于大線能量焊接。兩種方式焊接熱影響區(qū)(HAZ)組織為針狀鐵素體和貝氏體組織,晶內(nèi)有大量納米級(jí)析出相,能譜顯示,析出相成分為Ti和Nb的復(fù)合析出物,能夠抑制熱影響去晶粒的長(zhǎng)大,組織細(xì)化效果顯著。 |