我國高品質船舶、海洋工程用鋼研究進展（3）

３ 大熱輸入焊接用鋼

為了達到降低制 造 成 本、提高施工效率的目的，結 構 鋼加工企業普遍采用大熱輸入的焊接方式。目前，大熱輸入焊接已在船舶、海洋工程結構、橋梁等領域得到了廣泛的應用。

一般地，將焊接熱輸 入 量 大 于５０ｋＪ／ｃｍ 的焊接方式稱為大熱輸入焊接。大熱輸入焊接具有一道次、低 成 本、高 效 率 等優點。與普通熱輸入的焊 接 方 式 相 比，在大熱輸入焊接中，由于焊接熱影響區的溫度會升高至１４００ ℃并長時間保溫，會導致熱影響區中的組織粗化，奧氏體晶粒尺寸顯著增大。

在隨后的相變過程中容易形成上貝氏體等脆性組織，且側板條鐵素體從奧氏體晶界處向晶內生長，嚴重影響粗晶熱影響區的韌性，而且容易引發焊接冷裂紋等缺陷。因 此，開 發 能夠滿足大熱輸入焊接用鋼是國內外關注的熱點。

自２０世紀７０年代以來，日本和韓國幾家鋼鐵企業分別成功開發了適用于大熱輸入焊接用鋼，其中在船板和海洋工程用鋼方面取得了顯著進展，見表２。船板用鋼的熱輸入量可達到３５０～６８０ｋＪ／ｃｍ，而海洋工程用鋼的熱輸入量則相對較低，約為２００ｋＪ／ｃｍ。相比而言，我國對大熱輸入量焊接用鋼的開發和 研 究 起 步 較 晚。目 前，鞍鋼可生產熱輸入量為１００ｋＪ／ｃｍ 的船板。

３.１ 大熱輸入焊接熱影響區韌性的改善方法

目前，主要采用以下三種方法來提高大熱輸入焊接熱影響區的韌性，使其滿足使用性能要求。

（１）采用 ＴＭＣＰ工藝傳統的鋼板生產工藝為熱軋，其強化機制主要為固溶強化，因此需要提高碳和其他合金元素含量。與傳統熱軋工藝相比，ＴＭＣＰ工藝可以通過細化晶粒同時提高鋼板的強度和韌性，降低韌脆轉變溫度，使鋼板碳當量降到０.４０％以下，提高鋼板的可焊性。細晶強化機制在 ＴＭＣＰ工藝中起著重要作用，因此在成分設計中可以在滿足鋼板所要求強度的條件下降低鋼板的碳當量，進而在一定程度上抑制側板條鐵素體等脆性相的生成，提高其焊縫熱影響區的韌性。但僅僅采用ＴＭＣＰ工藝只能在一定程度上緩解熱影響區的脆性，還需配合其他技術控制措施以滿足更大的熱輸入量需求。

（２）第二相粒子釘扎機制奧氏體晶粒的嚴重長大是影響奧氏體韌性的主要原因之一。通過第二相粒子對晶界的釘扎作用可以有效地控制奧氏體 晶 粒 在 加 熱 和 冷 卻 過 程 中 的 尺 寸，從 而 改 善 其 韌性。通過微Ｔｉ處理及 Ｎｂ、Ｔｉ復合處理等方法可以在鋼中形成細小且彌散分布的 ＴｉＮ 或復合析出的（Ｔｉ、Ｎｂ）Ｎ 質點，對高溫奧氏體晶界的遷移起到拖曳和釘扎作用，從而抑制奧氏體晶粒的嚴重長大，保證鋼在一定大熱輸入量焊接后具有足夠的韌性。

（３）控制熱影響區的組織轉變利用焊接熱影響區內的晶內針狀鐵素體板條間的 “互鎖”作用，可以起到有效細化奧氏體晶粒和提高熱影響區韌性的作用。晶內針狀鐵素體是中溫轉變產物，在奧氏體晶內的非金 屬 夾 雜 物 上 形 核、長 大。 晶內針狀鐵素體一般由Ｔｉ２Ｏ３ 的復合夾雜物形核生成。由 Ｔｉ系夾雜物作為形核核心生成晶 內 針 狀 鐵 素 體 的 能 力 大 小 為：ＴｉＮ－ＭｎＳ＜ＴｉＮ－ＭｎＳ－Ｆｅ２Ｏ３（ＣＢ）６ ＜Ｔｉ２Ｏ３－ＴｉＮ－ＭｎＳ。另 外，晶 內 針 狀 鐵 素體也可以基于 Ｍｇ、Ｃａ的 氧 化 物 形 核。目 前，利 用 鋼 中 微 細粒子促進晶內針狀鐵素體生成，從而改善 ＨＡＺ韌性已經成為氧化物冶金的一個重要研究領域。