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含铌低合金高强度钢的焊接性能 A D Batte(1), P J Boothby(1), A B Rothwell(2) (1) Advantica Technologies, Loughborough, UK (2) TransCanada Pipelines, Calgary, Canada 摘要：在过去的 40 年里，用于管线、海洋结构、船舶和建筑等结构的低合金高强度钢已取 得了较大的进步。这些进展与社会对产品的规模化需求、经济性及对强度、韧性、焊接性等 综合性能的需求是密不可分的。同时，这些进展与各相关工业部门的努力也是分不开的，如 冶金业、制造业、建筑业和安全标准制定部门等。另外，这些成就也涉及了从理论模型到生 产制造，甚至现场操作等各领域。这些成就的核心是对钢的物理和化学冶金；相关工艺及其 对钢的性能、最终结构可靠性的影响等问题有了更深入的了解。研究工作主要关心的是焊接 热影响区（组织和性能），特别是研究钢的化学成分、工艺参数、热输入、预热和焊后热处 理对焊接性和韧性的影响。在过去几年时间里，通过降低钢的 C 当量已使钢的焊接性能显 著提高，其直接结果是热机械处理（TMCP ）工艺应用更加广泛，材料的强化机制也从以C 为主的强化机制发展到以微合金化为主的细晶强化机制。由此，材料经多道次焊接后热影响 区韧性的改善已使热影响区不再是钢中最薄弱的环节。人们对更高强度钢（特别是管线钢） 的渴求促进了对许多在工程应用中十分重要, 并与焊接热影响区综合性能相关的参数的仔 细考察。本文总结了必威体育精装版的一些研究成果，这些成果使我们对焊接参数、化学成分对焊接性 和韧性，特别是对母材金属热影响区的韧性的影响有了更深入的了解，说明了应如何平衡这 些不同的影响因数，从而保证新一代管线和结构用钢的可靠性。 1 引言 在过去的 40 年里，低合金高强度钢已取得了较大的进步。这些进展与社会对产品的规 模化、经济性及对强度、韧性、焊接性等综合性能的需求是密不可分的。这些钢主要应用于 石油管线、海洋结构和造船，它们的应用目的基本相同，当然，根据设计和应用的需要可以 对材料的性能关系进行适当地调整。 为达到这些目标，冶金业、制造业、建筑业及安全法规制定等部门都做了大量的工作。 在这项技术的总体发展过程中，早期的发展是艰苦、漫长的，但因其良好的应用效果而最终 被广泛接受和应用。该项技术的逐步成熟和完善为该技术的工业应用奠定了坚实的基础。 Nb 因其碳化物和氮化物在钢中沉淀析出对热力学和动力学的特殊贡献使其成为在现代 高强度低合金控轧钢生产中最有效的微合金化元素。在很多领域中，应用这些含 Nb 高强度 低合金钢使高效、经济的现代化设计和建造成为现实。例如石油输送管道建设在过去的 40 年中，因管线钢强度水平的逐渐提高（从 X52 到 X70 ，甚至达到X100 水平）而累计效益达 10 余亿美元。 应用于管线和结构用钢的炼钢、压力加工和焊接工艺的相同和不同之处揭示了其对焊接 热影响区的广泛影响，也揭示了人们为什么如此重视对构成热影响区的不同区域的组织和性 能关系研究的原因。 人们也十分关注低合金高强度钢的焊接金属。焊接金属、组织和性能之间的关系可能比 热影响区更为复杂，因为，对焊接金属来说，除了上述提到的问题之外，焊接金属的成分与 母材和耗材的化学成分及焊接工艺参数等都有关系。 过去 40 年已发表了大量的文章来研究和探讨不同的工艺参数对焊接金属和热影响区的 组织和性能的影响。本文的主要目标是重点关注母材金属的热影响区，阐明为深入了解低合 金高强度钢焊接性的一些重点发展趋势和影响因素。本文首先考核了冶金因素和热参数是如 何影响热影响区的组织变化；其次考核了热影响区组织如何影响钢的焊接性和韧性。 2 炼钢与轧制的趋势 炼钢与轧制技术发展的核心问题是对钢铁产品的物理和化学冶金的深入认识和了解，炼 钢、轧制和焊接工艺等的影响均是十分重要的。这些工艺技术间精确地配合与合理地应用方 可使终端产品安全、可靠，满足原始设计的需求。 由于冶金公司已进行大规模投资来改造和新建冶金厂或冶金生产设备以满足低成本高 质量钢的生产，因而，炼钢技术已有了大幅度提高。主要的技术改进有氧气炼钢、提高控制 精度、采用钢包冶金等精炼技术降低 S、P 含量等。另外，除降低钢中残余元素