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。 |
