大热输入量焊接Q345B、Z35钢的研制开发

钢结构焊接国际论坛IFWT2006大热输入量焊接Q345B/Z35钢的研制开发郭桐韦明吕建会（舞阳钢铁有限公司）摘要：钢结构建筑朝着大型化发展促进了大热输入量焊接技术的开发使用，传统低合金钢经大热输入量焊接后韧性急剧恶化。为满足钢结构的发展，舞钢公司采用先进的技术、精确的成分控制及合理的工艺制度，生产出能够满足80～100kJ/cm大热输入量的Q345B/Z35钢板。关键词：大热输入量Ti处理成分工艺Abstract：Thedevelopmenttendencyoflargescalesteelstructuregreatlypromotedtheresearchandexploitationofhighenergyinputweldingtechnology.Themicrostructureoflowalloyedsteelaftertraditionalweldingwithhighenergyinputdeteriorated.Inordertomeetthedevelopmentrequirementofseelstructure，WuyangIronandSteelCo.，Ltdadoptedworld-wideadvancedtechnology，accurateanalysiscontrolpracticeandrationalprocessschemetoproduceQ345B/Z25steelplatestaisfyongtheneedofhighenergyinputweldingby80～100KJ/cmKeywords：Highenergyinput，Titreatment，Analysis，Process0前言随着钢结构建筑朝着大型化发展，可大幅度提高焊接效率的大热输入量焊接技术逐渐被采用，具备大热输入量焊接的结构钢板是未来建筑市场使用趋势。传统低合金钢大热输入量焊接后热影响区（HAZ）的强度与韧性急剧恶化，且易产生焊接冷裂纹等缺陷。为开发新一代高性能建筑用钢，满足管线、桥梁、海上平台、船板、高层建筑和压力容器等行业大热输入量焊接，我公司开展了大热输入量用钢研究。并依托中央电视台工程用钢，开展了工业试制及焊接试验，生产了大热输入量焊接性能优良的Q345B/Z25钢板，能够满足80～100kJ/cm大热输入量的输入要求，焊接性能优异。1提高焊接性能的途径大热输入量焊接时，温度随时间的延长而增高，焊后冷却速度变小，HAZ的高倍组织粗大化，造成钢的强度和韧性下降。最薄弱环节是CGHZA区，因为在大热输入量焊接时，奥氏体严重长大，形成上贝氏体组织，造成焊接性能恶化。要保证大热输入量焊接性能良好，一是提高母材的奥氏体晶粒度；二是改善焊接后的二次组织。所以要采取适当的化学成分和生产工艺，才能保证焊接韧性。2006钢结构焊接国际论坛论文集338IFWT2006钢结构焊接国际论坛1.1合理的生产工艺提高焊接性能的途径，主要是采用微合金化、提高钢液纯净度及控轧控冷等技术，同时还要采用合适的化学成分。（1）化学成分HAZ韧性首先取决于钢的化学成分，钢中碳含量、合金元素的多少、Ti含量等对焊后组织有很大的影响。（2）热处理工艺钢板的力学性能要求不同，热处理制度也不同，但经正火处理或调质处理后，均能优化强韧性指标，并使组织得到明显改善。1.2Ti处理技术采用微Ti处理，在钢中形成TiN粒子，能有效地抑制焊接过程HAZ奥氏体长大，增加针状铁素体沉淀核，大大提高HAZ韧性。钢中wTi达到0.015%时，形成TiN颗粒最多，所以要严格控制钢中的Ti含量，同时还要控制Ti、N比例，理想的Ti、N比为3.42。1.3氧化物冶金技术在1990年国际钢铁大会上，新日铁提出氧化物冶金技术，引入细小弥散的Ti2O3夹杂物，改善焊接性能。Ti2O3夹杂物在焊后冷却过程起非均匀形核质点的作用，在奥氏体晶粒内部诱发针状铁素体组织（IGF或AF），将原奥氏体分割成多个针状铁素体晶粒，起到细化HAZ组织的效果。日本采用氧化物冶金技术，已成功开发出Ti2O3、MgO等类型的大热输入量焊接钢，广泛应用于造船、建筑及管线等领域。2Q345B/Z25钢板设计原理继承传统低合金钢的先进生产工艺，引入国外氧化物冶金技术，并结合公司的实际情况，确定了合理的C含量、Ceq（碳当量）和Pcm（裂纹敏感系数），钢液经Ti处理，生成Ti2O3和TiN粒子。1）wC控制在0.09%以下，保证钢板基体组织晶粒细小。2）钢板Ceq＜0.42%，Pcm＜0.22%，提高钢板的焊接性。3）使用先进冶金技术，引入Ti2O3和TiN粒子，提高焊后热影响区韧性。4）采用微合金化、TMCP工艺和正火处理等，进一步改善钢板韧性。3生产实际3.1内控化学成分（见表1）表1内控熔炼成分（质量分数）（%）CSiMnPSCeqPcm≤0.11≤0.401.00～1.50≤0.015≤0.010≤0.42≤0.223392006钢结构焊接国际论坛论文集钢结构焊接国际论坛IFWT20063.2工艺路线电炉→精炼→VD处理→连铸→轧制→正火→检验。3.3冶炼减少钢中夹杂物含量，提高钢液纯净度，改善夹杂物形态，可显著改善钢的塑韧性和焊接性能，所以冶炼时全过程精炼吹氩；并在真空前喂入Ca-Si线促使夹杂物球化，改善夹杂物性能；钢液经真空处理，保证气体、夹杂有效降低；为保证钢中有大量的Ti2O3和TiN粒子，冶炼过程采取Ti处理工艺。3.4控制轧制为保证钢板具有高强度及良好的低温韧性，选择II型控制轧制，细化奥氏体晶粒，提高钢的强韧性。终轧温度＜900℃，ACC入水温度＜820℃，出水温度在620～650℃。3.5正火处理正火能使晶粒进一步均匀细化，提高钢板塑韧性，有助于钢板焊接。正火温度（910±10）℃，加热时间＞1.3min/mm。4实物水平通过把对焊接有重要作用的元素控制在合适的范围之内，经精炼、轧制、正火等一系列的处理，钢板具有很好的性能，强度满足标准，塑韧性良好，钢板的组织均匀，晶粒度10级，钢中夹杂物含量较低。正火态母材的组织、性能及检验结果见图1、表2和表3。图1正火态母材组织表2正火态母材性能批号厚度/mmRe/MPaRm/MPaAKV/J，（0℃），纵向厚拉（%）CH52708440375500＞30073，75，72表3夹杂物检验结果批号ABCDCH5270840000.55焊接性能试样送结构厂进行大热输入量焊接，热输入量为85kJ/cm，焊后性能良好，达到大热输2006钢结构焊接国际论坛论文集340IFWT2006钢结构焊接国际论坛入量的要求（见表4）。表4焊接接头熔合线性能位置0℃冲击试验AKV/J−20℃冲击试验AKV/J−40℃冲击试验AKV/J熔合线＞300＞300181＞300＞300＞300＞300275＞300熔合线外1mm///＞300＞300＞300///熔合线外3mm///＞300＞300＞300///熔合线外5mm///＞300＞300＞300///焊接组织：焊后组织为珠光体+铁素体（见图2），没有出现贝氏体和马氏体组织。图2焊后熔合线组织焊后组织细小，钢板晶粒度为10级，焊接最薄弱区熔合线处晶粒度为9级，过热区组织粗大不明显，钢板焊后具有较高的冲击韧度。低合金钢合金量较少，焊接时淬透性不大，加入少量的合金，焊接后形成F+B转变，钢的焊接韧性较好。6结语本钢种的研制成功，满足了大热输入量焊接的要求，为钢结构朝大型化发展提供了可靠优质钢板，可以更新换代目前的低合金钢。参考文献〔1〕王伟明.逆变式GMA单脉冲和双脉冲焊机数字控制系统研究.[博士学位论文].北京工业大学，2004159～162〔4〕仝红军，上山智之.低频调制型脉冲MIG焊接方法的工艺特点.焊接，2001，（11）：33～36作者简介：余淑荣，女，1968年生，副教授，博士研究生，主要研究方向为材料的激光加工。3412006钢结构焊接国际论坛论文集