超級鋼及其焊接性研究現(xiàn)狀

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1、超級鋼及其焊接性研究現(xiàn)狀

2、第1趙洪運(yùn)王國棟劉相華杜林秀材料是現(xiàn)代文明的支柱之一。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對材料性能的要求也越來越高?，F(xiàn)代材料研究有兩大趨勢：（1）開發(fā)新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，以研究各種具有特殊要求或優(yōu)異性能的新材料；（2）對現(xiàn)有傳統(tǒng)材料如鋼鐵、鋁、銅采用特殊的加工工藝，以大幅度提高其性能，有效地提高資源的利用率和回收率。由此可見提高性能、降低成本、減少對環(huán)境的損害，已成為上世紀(jì)末和本世紀(jì)初材料研究的一大熱點(diǎn)。眾所周知，在各種各樣的材料中，鋼鐵材料一直占主導(dǎo)地位，曾經(jīng)對社會(huì)的發(fā)展和人類的進(jìn)步做出過突出的貢獻(xiàn)。然而，

3、盡管鋼鐵問世已經(jīng)3000多年了，至今實(shí)際使用的鋼鐵結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度水平僅達(dá)到理論強(qiáng)度的1/6～1/7，并且，其性能價(jià)格比較其它材料偏低，從而嚴(yán)重影響了鋼鐵材料的發(fā)展和應(yīng)用。為了提高鋼鐵材料的競爭力并使構(gòu)件輕型化，20世紀(jì)90年代中期，日本提出“超級鋼”概念，即在保持材料其它性能不變和不提高材料成本的前提下，把現(xiàn)有鋼鐵材料強(qiáng)度和工程構(gòu)件壽命分別提高一倍。隨后，世界各國迅速展開對超級鋼的研究和開發(fā)工作，并成為鋼鐵材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。超級鋼性能特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)1超級鋼性能特點(diǎn)超級鋼是利用普通低碳鋼，在基本不改變材料成分，不提高材料成本

4、的前提下，通過控制軋制工藝和軋制溫度，使材料強(qiáng)度提高一倍，而其他性能保持不變。因此，超級鋼與傳統(tǒng)材料相比具有以下特點(diǎn)：（1）比傳統(tǒng)的鋼鐵材料有更高的性能價(jià)格比；（2）在強(qiáng)度上比傳統(tǒng)鋼鐵材料高一倍以上；（3）在使用壽命上比傳統(tǒng)材料高一倍；（4）基本消除宏觀偏析。而在生產(chǎn)實(shí)際中，為了達(dá)到超級鋼的性能指標(biāo)，就必須嚴(yán)把生產(chǎn)關(guān)，使超級鋼鋼質(zhì)達(dá)到以下三項(xiàng)技術(shù)要求：（1）超潔凈化：一是最大限度的祛除鋼中S、P、O、N、H（有時(shí)包括C）等雜質(zhì)元素的含量（S+P+O+H+N≤50PPM）；二是嚴(yán)格控制鋼中夾雜物的數(shù)量、成分、尺寸、形態(tài)及分布。

5、（2）高度均勻化：即指鋼材成分、組織和性能的高度均勻，盡可能的減少鋼在凝固過程中的偏析。（3）超細(xì)晶?；杭匆箐摰蔫T態(tài)組織充分細(xì)化，原始晶粒能被充分破碎，最終晶粒尺寸達(dá)到10mm以下。實(shí)踐證明，在保證上述技術(shù)指標(biāo)的條件下可使鋼的強(qiáng)韌性獲得大幅度提高。2超級鋼生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)金屬的強(qiáng)化方式有固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、熱處理強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和晶粒細(xì)化強(qiáng)化等。在這些強(qiáng)化方式中，晶粒細(xì)化是唯一能夠同時(shí)提高強(qiáng)度和韌性的有效方法。其它方法都是在強(qiáng)度提高的同時(shí)，沖擊韌性下降。，因此，獲得超細(xì)晶粒金屬材料的加工工藝是超級鋼生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵技

6、術(shù)。而在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)材料成分和性能不同，獲得超細(xì)晶粒組織的工藝有：（1）ECAP工藝；（2）ARB工藝；（3）CSP技術(shù)；（4）弛豫析出控制相關(guān)技術(shù)。目前，國內(nèi)外超級鋼生產(chǎn)中普遍采用的晶粒細(xì)化技術(shù)為弛豫析出控制相關(guān)技術(shù)。超級鋼研究現(xiàn)狀1997年日本首先提出了“超級鋼”的概念，即在保持材料其性能及成本不變的前提下，把現(xiàn)有鋼鐵材料強(qiáng)度提高一倍，并啟動(dòng)“超級鋼”在內(nèi)的四大科研項(xiàng)目，預(yù)計(jì)10年完成研究工作希望2015年前后更換基礎(chǔ)設(shè)施。2001年，歐盟啟動(dòng)“超細(xì)晶粒鋼開發(fā)”計(jì)劃，2002年，美國公布實(shí)施兩個(gè)“超級鋼開發(fā)項(xiàng)目”。我

7、國1998年啟動(dòng)了國家重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目（973項(xiàng)目），－“新一代鋼鐵材料的基礎(chǔ)研究”課題。到2002年底，基礎(chǔ)理論研究工作已基本完成，并成功開發(fā)200Mpa，400Mpa和800Mpa級超級細(xì)晶粒鋼的生產(chǎn)工藝，現(xiàn)已在寶鋼和本鋼等廠家投入批量生產(chǎn)，該項(xiàng)目科研成果相繼被列入國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃），正在全國各行業(yè)推廣應(yīng)用。超級鋼典型產(chǎn)品介紹400Mpa級超細(xì)晶粒鋼是國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目（973項(xiàng)目），－“新一代鋼鐵材的基礎(chǔ)研究”的研究內(nèi)容之一，其目標(biāo)是對現(xiàn)有Q235級別的碳素鋼在基本不改變成分的情況下，通過特

8、殊的加工工藝，在保證韌性和塑性的同時(shí)使鋼材的屈服強(qiáng)度提高一倍，以代替同強(qiáng)度級別的低合金高強(qiáng)度鋼。它也是目前我國已批量生產(chǎn)并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的一種超級鋼400Mpa超級鋼產(chǎn)品及其生產(chǎn)技術(shù)對于我國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要意義，在國民經(jīng)濟(jì)的許多行業(yè)均具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。首先，在國內(nèi)外汽車生產(chǎn)廠普遍追求降低成本、減輕自重、減少油耗的背景下，超級鋼首先在汽車制造行業(yè)找到了市場并且前景良好。其次，400Mpa超級鋼的生產(chǎn)技術(shù)可以推廣應(yīng)用到線材、中厚板等品種，這為超級鋼在建筑業(yè)以及其它行業(yè)的應(yīng)用開辟了途徑。建筑業(yè)是普碳鋼應(yīng)用最為廣泛的

9、領(lǐng)域，應(yīng)用超級鋼來替代傳統(tǒng)的II級鋼筋具有良好的前景；在造船、橋梁以及壓力容器等領(lǐng)域也可以應(yīng)用超級鋼的生產(chǎn)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)減少合金元素用量、降低成本、改善性能的目的，因此在這些領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。另外，400Mpa超級鋼的生產(chǎn)技術(shù)可以應(yīng)用于更高強(qiáng)度級別超級鋼的開發(fā)，并由此帶動(dòng)普碳鋼乃至結(jié)構(gòu)