我国高品质船舶、海洋工程用钢研究进展（3）

３ 大热输入焊接用钢

为了达到降低制 造 成 本、提高施工效率的目的，结 构 钢加工企业普遍采用大热输入的焊接方式。目前，大热输入焊接已在船舶、海洋工程结构、桥梁等领域得到了广泛的应用。

一般地，将焊接热输 入 量 大 于５０ｋＪ／ｃｍ 的焊接方式称为大热输入焊接。大热输入焊接具有一道次、低 成 本、高 效 率 等优点。与普通热输入的焊 接 方 式 相 比，在大热输入焊接中，由于焊接热影响区的温度会升高至１４００ ℃并长时间保温，会导致热影响区中的组织粗化，奥氏体晶粒尺寸显着增大。

在随后的相变过程中容易形成上贝氏体等脆性组织，且侧板条铁素体从奥氏体晶界处向晶内生长，严重影响粗晶热影响区的韧性，而且容易引发焊接冷裂纹等缺陷。因 此，开 发 能够满足大热输入焊接用钢是国内外关注的热点。

自２０世纪７０年代以来，日本和韩国几家钢铁企业分别成功开发了适用于大热输入焊接用钢，其中在船板和海洋工程用钢方面取得了显着进展，见表２。船板用钢的热输入量可达到３５０～６８０ｋＪ／ｃｍ，而海洋工程用钢的热输入量则相对较低，约为２００ｋＪ／ｃｍ。相比而言，我国对大热输入量焊接用钢的开发和 研 究 起 步 较 晚。目 前，鞍钢可生产热输入量为１００ｋＪ／ｃｍ 的船板。

３.１ 大热输入焊接热影响区韧性的改善方法

目前，主要采用以下三种方法来提高大热输入焊接热影响区的韧性，使其满足使用性能要求。

（１）采用 ＴＭＣＰ工艺传统的钢板生产工艺为热轧，其强化机制主要为固溶强化，因此需要提高碳和其他合金元素含量。与传统热轧工艺相比，ＴＭＣＰ工艺可以通过细化晶粒同时提高钢板的强度和韧性，降低韧脆转变温度，使钢板碳当量降到０.４０％以下，提高钢板的可焊性。细晶强化机制在 ＴＭＣＰ工艺中起着重要作用，因此在成分设计中可以在满足钢板所要求强度的条件下降低钢板的碳当量，进而在一定程度上抑制侧板条铁素体等脆性相的生成，提高其焊缝热影响区的韧性。但仅仅采用ＴＭＣＰ工艺只能在一定程度上缓解热影响区的脆性，还需配合其他技术控制措施以满足更大的热输入量需求。

（２）第二相粒子钉扎机制奥氏体晶粒的严重长大是影响奥氏体韧性的主要原因之一。通过第二相粒子对晶界的钉扎作用可以有效地控制奥氏体 晶 粒 在 加 热 和 冷 却 过 程 中 的 尺 寸，从 而 改 善 其 韧性。通过微Ｔｉ处理及 Ｎｂ、Ｔｉ复合处理等方法可以在钢中形成细小且弥散分布的 ＴｉＮ 或复合析出的（Ｔｉ、Ｎｂ）Ｎ 质点，对高温奥氏体晶界的迁移起到拖曳和钉扎作用，从而抑制奥氏体晶粒的严重长大，保证钢在一定大热输入量焊接后具有足够的韧性。

（３）控制热影响区的组织转变利用焊接热影响区内的晶内针状铁素体板条间的 “互锁”作用，可以起到有效细化奥氏体晶粒和提高热影响区韧性的作用。晶内针状铁素体是中温转变产物，在奥氏体晶内的非金 属 夹 杂 物 上 形 核、长 大。 晶内针状铁素体一般由Ｔｉ２Ｏ３ 的复合夹杂物形核生成。由 Ｔｉ系夹杂物作为形核核心生成晶 内 针 状 铁 素 体 的 能 力 大 小 为：ＴｉＮ－ＭｎＳ＜ＴｉＮ－ＭｎＳ－Ｆｅ２Ｏ３（ＣＢ）６ ＜Ｔｉ２Ｏ３－ＴｉＮ－ＭｎＳ。另 外，晶 内 针 状 铁 素体也可以基于 Ｍｇ、Ｃａ的 氧 化 物 形 核。目 前，利 用 钢 中 微 细粒子促进晶内针状铁素体生成，从而改善 ＨＡＺ韧性已经成为氧化物冶金的一个重要研究领域。