《材料科学基础A-Ⅱ》超级钢.pdf

《材料科学基础A-Ⅱ》超级钢--第1页 《材料科学基础A-Ⅱ》超级钢 一、 国内外关于400MPa级超级钢焊接的研究 1.1超级钢的研发情况 从1997年开始，世界的一些主要产钢大国相继开展了超级钢铁材料的研发 日本是对超级钢研究着手较早、成果比较显著的国家。日本国立金属材料技术研 究所于1997年4 月正式启动了STX-21(Structura MaterialsXfor21Century) “超级钢材料计划”，投资1000亿日元，目标是在10年内开发出强度相当于现 有钢铁材料2倍的超级钢，用于道路、桥梁、高层建筑等基础设施建材的更新换 代。截止2002年，该计划的第一期五年计划实施告一段落，基本达到预期目标。 在此期间取得的开发成果如下：（1)易回收使用的800MPa级铁素体焊接用钢。本 课题是在易回收使用的400MPa级钢的成分中不添加含金元素，只通过晶粒超微 细化使强度加倍，变成以铁素体相为主要组织的易焊接钢，同时开发出一种不破 坏微细化组织的焊接工艺技术，即节省资源，又具有良好的性能；(2）延时破坏 和疲劳性能优良的1500MPa级超高强度钢。本课题旨在使1500MPa超级高强度钢 高性能化，即在将强度提高至1500MPa的同时，改进延时破坏特性和疲劳特性， 并对其性能进行评估；（3）耐热钢，目标是将铁素体系耐热钢的使用温度界限从 原来的600℃提高至650℃，从而使CO2排放量减少3%。目前已取得的成果如下： ①提高疲劳寿命方面，利用硼强化的9%Cr 铁素体系耐热钢，在650℃环境下的 疲劳寿命提高了10 倍。②改善焊缝特性方面，若能减小焊接热影响区的宽度， 则寿命可延长2倍左右。③提高耐氧化性方面，可通过预处理形成一薄的初次氧 《材料科学基础A-Ⅱ》超级钢--第1页 《材料科学基础A-Ⅱ》超级钢--第2页 化铬薄膜，以显著改善耐氧化性。（4）耐候钢，目的是开发海洋环境用节能不锈 钢和海滨环境用无涂装合金耐候钢以及开发相关的焊接技术与使用性能评估技 术等。据《工业材料)2000年7期报道，日本金属材料技术研究所在新报国制铁 公司棒钢轧制厂协助下，采用了温间多轴加工法（材料在室温以上、再结晶温度 以下的多方向加工变形过程)，利用普通轧钢机，使钢的晶体超微细化，从而提 高钢材强度。具体做法是，将直径115mm、长600mm的原材料，加热到900°℃ ~1200°℃，于750C°~500°C 的温加工范围，进行30次以上的轧制工序，最终 轧制成18mm方钢。进行30次以上的工序，这对于实际轧钢设备而言是完全可行 的。将本方法应用于屈服强度300~350MPa级的钢材加工，能够使整个材料完全 形成1μm 以下的微细晶粒组织，从而获得650~750MPa的高强度06。 韩国于1997 年开始了一个名叫 HIPER-21”的项目，主要研究开发800MPa 级结构钢、600MPa 级耐候钢和1500MPa级的螺栓钢，项目定于2007年完成。项 目分为两个阶段，第一阶段是试制抗拉强度60kg/mm的建筑用钢板和具有超级 焊接强度的高氮钢板。这两种钢板的试验已于2001 年6月底完成。为了获得高 硬度，这种新材料采用低温轧制。这种工艺节省了能源，细化了材料内部晶粒尺 寸，强度亦增强很多。由于新材料使用的合金元素很少，因此，焊接时无需退火， 缩短了制造周期，降低了成本。我国于1998年启动了“新一代钢铁材料重大基 础研究”的 973项目”。国家财政从1998年起5年内累计投入25亿元用于该项 目。该项目的最终目标是将占我国钢产量60%以上的碳素钢、低合金钢和合金结 构钢等“三类”钢的强度和寿命提高一倍。如果采用新钢种取代三类钢中50%的 传统钢材，则每年可少用1500万吨钢，其直接经济效益达450亿元，间接经济 效益更为显著，如可减少钢厂建设矿山的基建投资，减少资源损失和对生态环境 《材料科学基础A-Ⅱ》超级钢--第2页 《材料科学基础A-Ⅱ》超级钢--第3页 的污染等。 1.2 国外关于超级钢焊接的研究情况 日本科学技术厅金属材料技术研究所从1997 年 4 月开始实施“新世纪结构 材料”研究计划，通过开发超级钢钢与改善焊接性，将其用于建筑、汽车、压力 容器等方面。日本学者对超细晶粒钢的焊接研究发现当线能量E 为 9KJ/cm 的CO2 气体保护焊时，软化区的宽度大概只有 2mm;当 E 为 40KJ/cm 时，软化区的宽度为 6mm。日本研究者推荐用激