2200MPa级超高强度低合金钢的组织和力学性能
690MPa级低合金高强钢焊接接头组织性能
690MPa级低合金高强钢焊接接头组织性能娄宇航;肖红军;彭云;王爱华;田志凌;彭增华【摘要】To reveal the relationship between microstructures and mechanical properties of a 690 MPa grade high strength low alloyed （HSLA） steel,the welded joints without developing any defects were obtained by SMAW and SAW,and the mechanical properties（tensile strength,toughness,flexural strength） were measured,the microstructures were studied by OP,SEM and TEM.The results indicated that both microstructures of the welds from two welding processes mainly consisted of lath bainite and a little acicular ferrite,and the coarse grain heat affected zones（CGHAZ） revealed a predominately coarse bainite structure and a little martensite.Numerous spherical inclusions,small and uniformly distributed,were founded in both weld metals.The welded joints of the two welding processes had fine mechanical properties.At-50 ℃ both the fracture surfaces exhibited a mixed fractograph of dimples and quasi-cleavage.Impact energy of SMAW at weld interface was lower than that of SAW,but it increased more significantly with the increase of distance from weld interface.Microstructures and inclusions play an important role in welded joints.%为探讨690 MPa级低合金高强钢焊接接头组织与性能的关系,采用手工电弧焊（SMAW）和埋弧焊（SAW）获得成形良好的焊接接头,经过拉伸、冲击、弯曲试验及光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析,对两种焊接方法的接头组织性能进行研究.结果表明：两种焊接方法的焊缝组织主要为板条状贝氏体和少量针状铁素体,粗晶区为粗大贝氏体和少量马氏体;焊缝中含有大量分布均匀的微小球形夹杂物;两种焊接方法所得焊接接头都具有较高力学性能,-50℃的冲击断口形貌为韧窝、准解理混合型;埋弧焊焊缝冲击韧性低于手工电弧焊,手工电弧焊熔合线处冲击吸收功小于埋弧焊,但随距熔合线距离增加其值增加更快.显微组织和夹杂物是影响接头性能的主要因素.【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2012(020)002【总页数】7页(P101-107)【关键词】显微组织;焊缝;热影响区;夹杂物;焊接接头性能【作者】娄宇航;肖红军;彭云;王爱华;田志凌;彭增华【作者单位】昆明理工大学材料科学与工程,昆明650093／钢铁研究总院,北京100081;钢铁研究总院,北京100081;钢铁研究总院,北京100081;钢铁研究总院,北京100081;钢铁研究总院,北京100081;昆明理工大学材料科学与工程,昆明650093【正文语种】中文【中图分类】TG44具有高强度、较高韧性、良好焊接性能的低合金高强度中厚板钢广泛应用于工程机械、油气管线、大型电铲、钻井平台等领域，其需求量越来越多.低合金高强钢(HSLA)是由美国海军在20世纪80年代初为代替HY钢首先提出并研究的.20世纪90年代后，美国研制的屈服强度大于690 MPa的HSLA－100钢强韧性超过HY－100.但是，由于对焊接材料及焊接工艺的研究滞后钢的研究，焊接问题成为这类低合金高强钢面临的主要问题.许多研究人员［1－3］针对HSLA－100钢先后研制了与母材匹配的焊接材料，并通过合理的焊接工艺获得理想的焊接接头.J A Gianetto［4］研究了配套埋弧焊丝并进行埋弧焊焊接试验，结果表明焊缝金属达到规定的性能要求(Rp0.2:703 MPa、CVN:－18℃时81 J、－51℃时61 J).我国低合金高强钢的发展较国外较晚，近10年来首钢［5］、宝钢等也成功研制了690 MPa级低合金高强钢.但受高强度钢焊接难度大、工艺复杂、易出现焊接缺陷等因素影响，对这类钢材的焊接研究、特别是焊接接头性能的报道不多见.690 MP级低合金高强钢采用控制轧制和控制冷却技术，并对轧后钢板进行调质(淬火+回火)热处理，实现了较低的碳当量和低合金含量的成分设计，其基体组织由贝氏体和少量马氏体组成［6］.焊接性能是评价钢材使用性能的主要标志之一，相应配套焊材的研发以及获得优良焊接接头成为发展690 MPa低合金高强钢的关键.本文在对690 MPa级低合金高强度钢配套焊材研究基础上，对中厚板(板厚30 mm)进行手工电弧焊和埋弧焊焊接试验.通过对焊接接头组织和性能进行分析研究，为690 MPa级低合金高强钢使用和发展提供一定的试验基础.试验所用690 MPa钢板的尺寸为590 mm× 230 mm×30 mm，表1为试验钢板的化学成分，其屈服强度770 MPa、抗拉强度835 MPa、－50℃低温冲击吸收功为215 J.手工电弧焊用直径4 mm的配套碱性焊条.埋弧焊用Mn－Ni－Mo系焊丝，直径4 mm，焊剂为烧结焊剂105.使用WPS－5000焊机进行手工电弧焊，使用Dimension 1250埋弧自动焊机进行埋弧焊.两种焊接方法焊前对工件进行80℃预热处理，无后热处理，焊接工艺参数见表2.所得焊接接头焊缝金属化学成分见表3.参照国家标准GB 2649—89分别对焊接接头进行取样，并按GB 2651—89进行拉伸试验、按GB 2653—89进行弯曲试验、按GB 2650—89进行冲击试验.在焊接接头取样制备金相试样，试样经砂纸研磨、抛光后，用体积分数3%的硝酸酒精腐蚀.利用LeicaMEF－4M光学显微镜观察分析焊接接头微观组织.利用HV－5型维氏硬度仪测定硬度.利用日立S－4300型冷场发射扫描电子显微镜及附带EDS分析冲击断口形貌和微区成分.利用H－800透射电镜研究微观精细结构.焊接过程中，当焊接热源离开以后熔池金属便开始凝固.熔池结晶主要依附于熔合区附近加热到半熔化状态的晶粒表面，并以柱状晶的形态向焊缝中心成长，形成柱状奥氏体晶粒.随着连续冷却过程的进行，焊缝金属由奥氏体发生组织转变，转变为铁素体、贝氏体或者马氏体等.由于熔池中冶金条件和冷却条件的不同，可得到不同的焊缝组织.根据日本铃木等提出的碳质量分数为0.034%～0.254%，抗拉强度在400～900 MPa的低合金高强钢适应的碳当量公式(1)［7］，可以计算出手工电弧焊和埋弧焊焊缝熔敷金属的碳当量分别为0.25、0.28.式中:CEN是碳当量;A(C)是碳的适应系数，A(C)=0.75+0.25tanh［20(C－0.12)］，tanh为双曲正切函数.根据理论经验提出的从800℃冷却到500℃的t8/5计算式(2)分别计算出手工电弧焊和埋弧焊焊缝的t8/5［7］分别为8.0、13.4 s.式中:T0为初始温度;η为焊接方法的相对热效率(SAW:1.0，SMAW:0.8);E为焊接热输入;F3为传热接头系数0.7.图1、2分别给出了两种焊接方法的焊缝、熔合区、粗晶区显微组织，图3、4给出了焊缝组织在透射电镜下的精细组织.由图1(a)、2(a)、3和4可知，两种焊接方法焊缝组织细小，原始奥氏体晶界清晰，柱状晶宽度为50 μm左右，没有晶界铁素体，以板条贝氏体为主.手工电弧焊焊缝贝氏体板条宽度0.6 μm，埋弧焊焊缝贝氏体板条宽度1 μm，组织中都存在少量粒状贝氏体和以夹杂物为形核点的针状铁素体.由图3(c)、4(c)发现，板条之间存在残余奥氏体，这主要是因为焊缝中存在Mn、Ni、Cu奥氏体形成元素，它能提高过冷奥氏体的稳定性，当焊缝冷却后在板条间形成残余奥氏体，改善焊缝韧性.由图1(b)、1(c)、2(b)、2(c)可知，两种焊接方法熔合线附近粗晶区晶粒都有粗化现象，手工电弧焊中原奥氏体平均晶粒尺寸约75 μm，埋弧焊中原奥氏体晶粒平均尺寸约100 μm，组织均为贝氏体和少量马氏体.这是因为埋弧焊t8/5大于手工电弧焊，在相同焊前预热温度和层间温度条件下，埋弧焊的热影响区高温停留时间大于后者，增加了晶粒粗化程度.分别对两种焊接方法焊接的接头进行维氏硬度测试.考虑到多层多道焊中后一道焊缝对前一道焊缝有影响作用，测试点位置选择受影响最小的后焊面表面下2 mm.从母材到热影响区、焊缝的连续打点测试，载荷为5 kg.硬度测试结果如图5所示.焊缝的硬度取决于其化学成分和冷却条件，通过熔敷金属的碳当量(CEN)和焊接条件下的t8/5反映硬度值的大小.一般情况下，随着钢中碳当量的增加，硬度增加［8］.从图5可以看出，埋弧焊的焊缝硬度值明显高于手工电弧焊焊缝的硬度值且其大小在一定范围内部规则波动.经分析其原因为:1)由前面计算可知，埋弧焊焊缝熔敷金属碳当量大于手工电弧焊，而试验中t8/5的不同引起的组织变化不大，焊缝组织以板条贝氏体为主，所以前者焊缝硬度值高于后者;2)其次，由于焊接冶金反应时，焊缝金属中合金成分的分布不均匀和组织组成及形态的不均匀使焊缝截面硬度分布不均匀.埋弧焊热影响区的宽度大于手工电弧焊热影响区宽度，两者热影响区出现硬化现象，且最大值接近330 HV5，这主要是因为焊接热影响区在焊接过程中受热循环影响的作用，晶粒粗化，且在快速冷却情况下产生淬硬马氏体组织.表5给出了两种焊接方法焊接接头的拉伸、弯曲试验结果.由此可知，两种焊接方法焊接接头都具有较高的抗拉强度.手工电弧焊焊接接头断裂位置为焊缝，其强度低于母材强度，而埋弧焊焊接接头断裂位置为母材.对比可知，埋弧焊焊接接头强度性能优于手工电弧焊接头强度性能.图6给出了不同温度下两种焊接方法焊缝中心的冲击吸收功，－50℃的冲击吸收功均大于27 J.由图6可知，埋弧焊的焊缝冲击韧性明显小于手工电弧焊焊缝冲击韧性.其原因可以从焊缝显微组织、夹杂物两方面做出解释:首先，焊缝最终显微组织由化学成分和冷却速度决定，通过显微组织观察可知两种焊接方法焊缝组织主要为板条贝氏体组织，手工电弧焊贝氏体板条宽度小于埋弧焊贝氏体板条宽度.贝氏体板条宽度是有效晶粒尺寸，板条宽度越小，晶界面积越大，在一定的区域内变形进而裂纹失稳扩展所消耗的能量越大，韧性越好，所以手工电弧焊焊缝韧性高于埋弧焊焊缝韧性.其次，夹杂物韧性比基体差且不能容纳塑性变形，易造成应力集中形成微裂纹，使断裂韧度明显降低［9］.通过对金相试样进行抛磨可观察到焊缝中均匀分布着小于3 μm的夹杂物.选择相同大小的视场对两种焊接方法焊缝中夹杂物数量、大小进行统计分析.所选相同大小视场中手工电弧焊中颗粒数为880个，最大直径2.3 μm，平均直径0.4 μm.埋弧焊焊缝中颗粒数1014个，最大直径为2.8 μm，平均直径为0.5 μm.图7给出两种焊接方法焊缝夹杂物尺寸和对应尺寸夹杂物占总数百分比的直方图.由图7可知，手工电弧焊焊缝夹杂物尺寸大于1.2 μm占0.44%，而埋弧焊占3.95%.由显微组织分析可知，两种焊接方法柱状晶宽度以及显微组织差别不大，而埋弧焊焊缝夹杂物数量、尺寸都大于手工电弧焊焊缝夹杂物数量和尺寸，这也是手工电弧焊焊缝低温冲击韧性高于埋弧焊焊缝的重要原因.图8给出了－50℃时两种焊接方法热影响区不同位置的冲击吸收功.由图8可知，手工电弧焊熔合线处冲击吸收功小于埋弧焊，随着距熔合线距离的增加冲击吸收功都成直线增加，但手工电弧焊冲击吸收功增长直线斜率大.热影响区晶粒粗大、淬硬组织及微观组织分布不均匀，使得韧性分布不均匀，其韧性低于母材.因为手工电弧焊热影响区宽度比埋弧焊热影响区窄，所以其热影响区冲击吸收功随具熔合线的距离增加能更快接近母材冲击吸收功水平.冲击断口由纤维区、放射区和剪切唇3个区组成，随着温度的降低，放射区的比例有所增加.图9和10分别给出了扫描电镜(SEM)下两种焊接方法焊缝和熔合线处断口中部区域典型的－50℃冲击断口形貌，断口均以穿晶断裂为主.图9为手工电弧焊低温冲击断口典型的准解理形貌，可以看到小解理刻面，河流花样、撕裂棱以及聚集分布的韧窝.解理区间存在由小韧窝组成的延性脊［10］，有助于改善冲击韧性，这也正好解释断口存在解理区却同样保持较好的韧性.当然韧窝或者韧窝型延性脊在解理区中的多少也就反应断口冲击韧性值的高低，这也解释了断口形貌相似的(a)(b)冲击值却不相同.图10为埋弧焊低温冲击断口典型形貌，焊缝的断口形貌与手工电弧焊相似，而熔合线区的断口形貌以韧窝为主，由图10(b)看出断口形貌由大而浅的韧窝和连接它们的深而小的韧窝组成.由图9、10断口形貌反应的低温冲击韧性高低与图8所示结果一致.由图9和10可发现在断口韧窝内存在球形夹杂物，通过能谱分析可得出夹杂物的化学组成，见表6.1#、2#分别表示手工电弧焊断口焊缝、熔合线区，3#、4#分别表示埋弧焊断口焊缝、熔合线区.对4个区域的夹杂物成分分析如下:C、O在夹杂物中以化合物形式存在，Ca、Mg通过焊条药皮或是焊剂在焊接过程中进入接头且形成夹杂;S因为其含量很少，不易形成夹杂物，3#中的S是由于焊接过程中焊缝快速冷却S未及时逸出并与Mn等合金元素形成硫化物，S的存在降低冲击韧性; Ni不易形成氧化物，且基体中含有大量Ni，因此推断3#、4#中Ni的值来源于基体.所以夹杂物主要由C、O、Al、Si、Ti、Mn、Cr、Ca、Mg、Fe组成，并以化合物和复合物的形式存在，如SiO2、MnO、Al2 O3、TiO2及复合物等.1)通过手工电弧焊、埋弧焊两种焊接方法对690 MPa低合金高强钢中厚板进行焊接，获得具有较好成形性能的焊接接头.通过低碳微合金设计，两种焊接方法所得焊缝组织都以板条贝氏体为主，有少量以球形夹杂物为核心形核的针状铁素体.热影响区显微组织都为贝氏体和少量马氏体，因为焊接热输入大于手工电弧焊，埋弧焊粗晶区原奥氏体晶粒尺寸大于手工电弧焊原奥氏体晶粒尺寸.2)两种焊接方法焊接接头都具有较高的抗拉强度，从断裂位置看埋弧焊焊接接头强度性能优于手工电弧焊接头强度性能，埋弧焊焊缝硬度值高于手工电弧焊焊缝硬度值，这与埋弧焊焊缝金属碳当量高于手工电弧焊有关.3)两种焊接方法所得焊缝和熔合区在－50℃的冲击吸收功均大于27 J，都属于穿晶断裂.两种焊接方法接头断口形貌以韧窝、准解理形貌为主，其中冲击吸收功越大，韧窝和韧窝型延性脊分布越多.焊缝夹杂物分析表明，手工电弧焊焊缝中夹杂物数量、尺寸小于埋弧焊焊缝中夹杂物数量，这解释了其低温冲击吸收功高于埋弧焊低温冲击吸收功.【相关文献】［1］ DANLEL J.PETERS.Submerged ARC welding consumables for HSLA-100 steel ［D］.Boston:Massachusetts institute of technology，1989:6.［2］ LIU S，JOHNSON M Q，EDWARDS G R.Shielded metal arc welding consumables for advanced high strength steels［R］.MT-CWR-092-013.Colorado.Center for welding and joining research Colorado school of mines golden，1992:2.［3］ FRANKE G.L.Investigation of submerged arc welding with improved MIL-100Swires(lC－100)［R］.MD 20817－5700.West Bethesda.Naval surface warfare center carderock division，2001:6.［4］朱炳琨.HSLA-80/100钢的焊接［J］.兵器材料科学与工程，1986，11(6):59－64.ZHU Bing-kun.Welding of HSLA-80/100 steel［J］.Ordnance material science and Engineering，1986，11 (6):59－64.［5］董现春，张熹，张立英，等.Q690CFD低碳贝氏体高强钢的焊接性能［J］.机械工程材料，2010(8):68－71.DONG Xian-chun，ZHANGXi，ZHANG Li-ying，et al.Weldability of low carbon bainite high-strength steel Q690 CFD［J］.Materials for Mechanical Engineering，2010(8):68－71.［6］张虹，张炜星，方晨.调质型高强钢Q690中厚板的研制开发［J］.热加工工艺，2010，39(12):57－62.ZHANG Hong，ZHANG Wei-xing，FANG Chen.Research and developmentof quenching and tempering high strength steel Q690［J］.Hot Working Technology，2010，39(12):57－62.［7］张文钺.焊接冶金学［M］.北京:机械工业出版社，1996.ZHANG Wen-yue.Welding metallurgy［M］.Beijing: China Machine Press，1996.［8］张汉谦.钢熔焊接头金属学［M］.北京:机械工业出版社，2000.ZHANG Han-qian.Metalscience of steel welded joint［M］.Beijing:China Machine Press，1996.［9］朱莎莎，曹睿，冯伟，等.980 MPa高强钢焊接接头薄弱环节的确定［J］.焊接学报，2011(3):77－80.ZHU Sha-sha，CAO Rui，FENG Wei，et al.Study on weakest link of welding joint of a 980 MPa high strength steel［J］.Transactions of the China Welding Institution，2011(3):77－80.［10］马成勇.新一代800 MPa级超低碳微合金钢焊材及接头组织性能研究［D］.天津:天津大学，2002.MA Cheng-yong.Study on the welding material and the microstructure and properties of the welded joint in a 800MPa grade structural steel［D］.Tianjin:Tianjin University，2002.。
液压支架结构件低合金高强度钢板(Q690)焊接工艺研究
液压支架结构件低合金高强度钢板(Q690)焊接工艺研究高明霞;张明达【摘要】拟定了Q690钢板的焊接工艺,并成功应用干液压支架结构件的生产.【期刊名称】《金属加工：热加工》【年(卷),期】2010(000)020【总页数】3页(P49-51)【作者】高明霞;张明达【作者单位】铁法煤业集团机械制造有限责任公司,辽宁铁岭,112700;铁法煤业集团机械制造有限责任公司,辽宁铁岭,112700【正文语种】中文液压支架结构件主要材料为低合金结构钢板。
近年来，随着液压支架工作阻力的逐步提高和减轻自重的需求，液压支架设计上，结构件钢材选用由Q345（50公斤级）提高到Q460（60公斤级）、Q550（70公斤级），在大工阻支架上开始较多地采用Q690（80公斤级）钢板。
公司到2008年末前制造的液压支架结构件钢材强度等级都在Q550（70公斤级）以下。
Q690（80公斤级）钢板强度高，焊接性能与低强度等级钢材相比较差，对焊接条件、焊材、焊接人员的要求高，焊后冷脆性大，焊接应力较难消除。
实际生产中，掌握Q690钢板的焊接工艺成为用此类材料制作液压支架结构件的关键问题。
焊接过程是结构件制造的特殊、关键过程，不应盲目进行，应通过焊接工艺性试验的方法确定焊接参数，达到焊接要求后，正式投入生产。
（1）Q690钢板的材质及力学性能具体见表1。
（2）焊丝的选择首先要保证焊缝金属的强度、塑性和韧性达到产品的技术要求，同时还要考虑抗裂性和焊接生产效率等。
Q690钢板抗拉强度σb为770～940MPa，屈服强度σS≥690MPa，选用φ1.2mm的G76高强焊丝，其σb≥760MPa，强度与Q690相匹配。
焊丝的化学成分及力学性能见表2。
（3）保护气体的选择选用80%Ar+20%CO2混合气。
单纯的CO2气体保护焊具有飞溅大、焊缝成形不良、氧化性较强等缺点。
Ar属于惰性气体，不溶于液态金属；电离时电位低，电弧稳定；密度比空气大，热导率小、比热容小，保护效果好。
普通低合金结构钢
普通低合金结构钢普通低合金结构钢随着工业交通和科学技术的发展，普通碳素钢已不能满足重要工程结构和新型机器设备的需要。
近40多年来普通低合金钢得到迅速的发展。
这类钢合金元素较低，其屈服极限比碳素钢高25％至100％以上，时效倾向小，并具有良好的焊接性和耐蚀性。
这类钢一般是在热轧和正火下使用，生产过程简单，成本低廉，适宜于大生产，因此广泛用于制造桥梁、船舶、车辆、工业和民用建筑、管道、起重运输机械等。
使用普通低合金钢代替普通碳素钢可以节省钢材20％～30％以上，减轻运输机械的自重，增加有效载重，可以使一些机械的结构得到改善，并能增加使用寿命。
一、对普通低合金结构钢的性能要求对一般用途的普通低合金结构钢，主要有一下要求：（一）良好的综合力学性能采用普通低合金结构钢的主要目的是减轻金属结构的重量，提高其可靠性，因此首先要求钢材具有较高的屈服强度，但由于其工作条件的复杂性，钢材还应具有良好的综合性能。
例如船舶在航行时承受较大的静载荷，海浪冲击及风力反复作用而产生的交变疲劳载荷，有的还在北方寒冷低温海域行驶。
在制造过程中钢材还经受剪切、冷弯、焊接等加工工序以及由此可能产生的时效脆性。
普通低合金钢的缺口冲击韧性在室温下往往出现大幅度的下将和上下波动，此时钢已经从韧性状态转化为脆性状态，也就是钢的“脆性转化温度”已经升高到室温附近所致。
造成脆性转化温度上升的主要原因是钢的冶金质量和金相组织，后者包括晶粒大小、相的形态和第二相的沉淀等。
因此对于普通低合金钢不仅要求具有一定的冲击韧性，而且更为重要的是要求具有尽可能低的脆性转化温度，以防止钢的脆性断裂。
譬如在我国常以－40℃为脆性转化温度的检验标准。
对于特殊低温设备或结构，则提出更低的温度指标。
除去上述的常温、低温冲击韧性以及脆性转化温度以外，还有另一项涉及冲击韧性检验的问题，即钢的“时效敏感性“。
普通低合金钢材经常承受冷加工，经冷加工以后在较长的使用时期或存放时期内，钢材会逐渐变脆，冲击韧性大幅度下降，这就是应变时效现象，也称为时效脆化。
2200MPa级超高强度低合金钢的组织和力学性能
１０
１０２
１０３
１０４
１０５
时 间 ／ｓ
ａ—０．３７ Ｓｉ 钢
ａ—０．３７ Ｓｉ ｓｔｅｅｌ
原始状态 退火
９００
奥 氏 体 化 ９００ ℃ ５分
晶粒度
８００
７００
６００
温 度 ／℃
５００
４００
３００
２００
１００
０ ０．５ １
１０
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１０３
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时 间 ／ｓ
ｂ—１．７５Ｓｉ 钢
ｂ—１．７５ Ｓｉ ｓｔｅｅｌ
拉伸试验在ＭＴＳ８８０型试验机上进行， 试样的标距 为２５ ｍｍ， 拉 伸 应 变 速 率 为１０－２／ｓ。 冲 击 试 验 在ＪＢＮ－ ３００Ｂ冲击机上按ＧＢ／Ｔ２２９２—１９９４进行， 采用夏比Ｖ型 缺口试样， 试验温度为－ ４０ ℃。采用三点弯曲试验方法 测量断裂韧性， 试样尺寸为１０ ｍபைடு நூலகம்×２０ ｍｍ×１００ ｍｍ。
由 图２可 知 ， 随 淬 火 温 度 的 升 高 ， 抗 拉 强 度 、洛 氏 硬度和断面收缩率先缓慢提高到最大值后开始缓慢 下降， 屈服强度则呈现出下降趋势。而延伸率和冲击
原始状态 退火
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奥 氏 体 化 ９００ ℃ ５分
晶粒度
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７００
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温 度 ／℃
５００
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３００
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效减少钢中的Ｓ、Ｐ杂质和［ Ｏ］ 、［ Ｎ］ 等气体含量， 改善夹 杂物的分布， 在不降低韧性的前提下， 研制出低成本 的２ ２００ ＭＰａ级低合金超高强度钢。
１ 试验材料及方法
试 验 用 钢 是 在４３４０基 础 上 将 碳 的 质 量 分 数 提 高 到 ０．５０％ 左 右 ， 通 过 冶 炼 手 段 控 制 质 量 分 数 Ｓ ≤ ０．００５％、Ｐ≤０．０１０％和 气 体 含 量 ， 其 硅 的 质 量 分 数 有 ０．３７％Ｓｉ和１．７５％Ｓｉ两种， 分别称为０．３７Ｓｉ钢和１．７５Ｓｉ钢。
激光功率和离焦量对2_000_MPa_级热成形钢激光焊接接头组织与性能影响
第16卷第5期精密成形工程2024年5月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING39激光功率和离焦量对2 000 MPa级热成形钢激光焊接接头组织与性能影响周婷婷1，刘岩2*，杜安娜1，张文广1（1.沈阳大学机械工程学院，沈阳 110044；2.沈阳大学辽宁省先进材料制备技术重点实验室，沈阳 110044）摘要：目的研究激光功率和离焦量对PHS2000型热成形钢激光焊接接头焊缝区及热影响区显微组织、拉伸特性和硬度分布的影响。
方法采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）分析焊接接头的显微结构；利用拉伸实验和显微硬度实验探究焊接接头力学性能的变化规律。
结果随着激光功率从3 500 W增至4 700 W，焊缝区与热影响区平均晶粒尺寸总体呈上升趋势，抗拉强度先上升后下降，焊缝区平均显微硬度值在635HV~651HV内浮动，热影响区平均显微硬度值在434HV~451HV内浮动；离焦量对焊缝区的组织分布有显著影响，不同离焦量下的组织分布均较为分散，热影响区的晶粒尺寸在离焦量为−3 mm时达到最大，为10.67 μm。
在不同激光功率和离焦量下，焊接接头的显微硬度值存在上下浮动，焊接接头各区的显微硬度分布规律基本一致，以焊缝为中心，两侧趋于对称分布。
硬度分布规律如下：焊缝区硬度>母材区硬度>热影响区硬度。
结论在本实验条件下，与离焦量相比，激光功率对焊接接头显微组织及拉伸强度的影响更大。
在焊接速度为150 mm/min条件下，设置激光功率为4 100 W、离焦量为−2 mm，此时抗拉强度最大，为1 715 MPa，达到母材抗拉强度的85%。
关键词：热成形钢；激光焊接；激光功率；离焦量；显微组织；力学性能DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2024.05.005中图分类号：TG456.7 文献标志码：A 文章编号：1674-6457(2024)05-0039-09Effect of Laser Power and Defocusing Amount on Microstructure and Properties of Laser Welding Joints in 2 000 MPa Grade Hot-formed SteelZHOU Tingting1, LIU Yan2*, DU Anna1, ZHANG Wenguang1(1. School of Mechanical Engineering, Shenyang University, Shenyang 110044, China; 2. Liaoning Provincial Key Laboratoryof Advanced Materials & Preparation Technology, Shenyang University, Shenyang 110044, China)ABSTRACT: The work aims to study the effect of laser power and defocusing amount on the microstructure, tensile properties and hardness distribution of the weld zone and the heat-affected zone of laser welding joints of PHS2000 hot-formed steel. Op-收稿日期：2024-03-12Received：2024-03-12基金项目：辽宁省自然科学基金（2023-MS-320）Fund：Natural Science Foundation of Liaoning Province(2023-MS-320)引文格式：周婷婷, 刘岩, 杜安娜, 等. 激光功率和离焦量对2 000 MPa级热成形钢激光焊接接头组织与性能影响[J]. 精密成形工程, 2024, 16(5): 39-47.ZHOU Tingting, LIU Yan, DU Anna, et al. Effect of Laser Power and Defocusing Amount on Microstructure and Properties of Laser Welding Joints in 2 000 MPa Grade Hot-formed Steel[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(5): 39-47.*通信作者（Corresponding author）40精密成形工程 2024年5月tical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM) were adopted to analyze the microstructure of the welded joints;Tensile experiments and microhardness experiments were conducted to explore the change rule in mechanical properties of welded joints. With the increase of laser power from 3 500 W to 4 700 W, the average grain size of the weld zone and the heat-affected zone showed a general upward trend, the tensile strength firstly increased and then decreased, the average micro-hardness value of the weld zone fluctuated up and down from 635HV to 651HV, and the average microhardness value of the heat-affected zone fluctuated up and down from 434HV to 451HV; The defocusing amount had a significant effect on the tissue distribution of the weld zone, the tissue distribution in different defocusing amount were more dispersed. The grain size in the heat-affected zone grain size grew sharply due to the martensite grain. It reached a maximum of 10.67 μm in the defocusing amount of −3 mm. In different laser power and focusing amount, the microhardness value of welded joints fluctuated up and down. The distribution of microhardness of welded joints of all zones of the microhardness distribution was basically the same.In a pattern with the weld as the center, the two sides tended to symmetrical distribution. The rule of hardness distribution was weld zone>base material zone>heat affected zone. Under the experimental conditions, the laser power has a greater influence on the microstructure and tensile strength of the welded joints than the defocusing amount. Under the condition of maintaining welding speed of 150 mm/min, laser power of 4 100 W and defocusing amount of −2 mm, the maximum tensile strength is1 715 MPa, which reaches 85% of the tensile strength of the base material.KEY WORDS: hot formed steel; laser welding; laser power; defocusing amount; microstructure; mechanical properties随着社会对节能、减排、环保等理念重视程度的不断提高，汽车工业对安全性能和燃油经济的要求也不断提升，特别是在新能源汽车迅速崛起的背景下，轻量化已经成为降低能耗、提升车辆性能的重要手段[1-2]。
高强度低合金铌钒结构钢(中文)
ASTM A572/A572M-94b高强度低合金铌钒结构钢1范围1.1本标准适用于四个级别的高强度低合金结构型钢、钢板、钢板桩和钢棒。
42[290]级和50[345]级钢适用于桥梁、建筑及其它结构用的铆接、螺栓连接或焊接构件。
60[415]级和65[450]级钢适用于桥梁铆接及螺栓连接构件或其他用途的铆接、螺栓连接或焊接构件。
1.2对于焊接桥梁结构,缺口冲击韧性是一项重要的要求。
对于这种用途或指明缺口韧性要求的其它用途的钢材,其要求应由需方和生产厂协商确定。
1.3除非另有规定,铌、钒和氮的使用或其配合,应在第五章提到的范围内由供方任选。
当需要指定这些元素中之一或其配合使用时,则要参考补充要求S90,S90中按类型列出了这些元素及其一般配合。
当要求作这种指定时,钢级和类型都必须加以规定。
1.4本标准所包括等级和可获得的产品最大厚度见表1。
1.5当钢必须焊接时,其先决条件是采用适合于钢级和预定用途的焊接工艺或适用的设备,见A6/A6M标准中附录X 焊接性内容。
1.6在要求内部质量和缺口韧性良好之外提供了补充要求。
这些补充要求只有当需方在订单上指明时才适用。
1.7当第4或第5组宽缘型钢规定用于除柱子或受压件以外的用途时,需方应考虑规定出补充要求,如细奥氏体晶粒度和夏V型缺口冲击要求。
1.8用英寸一磅单位或用SI单位表示的数值都应视为标准值。
本标准文本中,SI单位用括号示出。
每种单位制所表示的数值并非精确相等。
因此,每种单位制必须单独使用。
混用两种单位制的数值可能导致与本标准不相符合。
2引用文件2.1ASTM标准A6/A6M结构用轧制钢板、型钢、钢板桩和棒材的一般要求A36/A36M碳素结构钢A514/A514M适于焊接用高屈服强度淬火和回火合金钢板3交货一般要求3.1按本标准供货的钢材应符合现行版本A6/A6M的相应要求,对于订购的材料,若A6/A6M标准需求与本标准不一致,应执行本标准。
4制造4.1 钢应用下列之一种或多种方法冶炼:平炉、碱性氧气顶吹转炉或电炉4.2沸腾钢不可采用;见A6/A6M标准。
低合金高强度结构钢(1591_94)
中华人民共和国国家标准GB/T 1591—94低合金高强度结构钢High strength low alloy structural steels1994-06-13发布1995-01-01实施国家技术监督局发布中华人民共和国国家标准GB/T 1591-94 低合金高强度结构钢代替GB 1591-88 High strength low alloy structural steels本标准参照采用ISO 4950：1981《高屈服强度扁平钢材》和ISO 4951：1979《高屈服强度钢棒材和型材》。
1 主题内容与适用范围本标准规定了低合金高强度结构钢的牌号和技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志及质量证明书等。
本标准适用于热轧、控轧、正火、正火加回火及淬火加回火状态供应的工程用钢和一般结构用厚度不小于3mm的钢板、钢带及型钢、钢棒，一般在供应状态下使用。
本标准规定低合金高强度结构钢的化学成分也适用于钢锭、连铸坯、钢坯及其制品。
2 引用标准GB 222 钢的化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差GB 223 钢铁及合金化学分析方法GB 228 金属拉伸试验方法GB 232 金属弯曲试验方法GB 247 钢板和钢带验收、包装、标志及质量证明书的一般规定GB 2101型钢验收、包装、标志及质量证明书的一般规定GB 2106金属夏比（V型缺口）冲击试验方法GB 2975 钢材力学及工艺性能试验取样方法GB 4159金属低温夏比冲击试验规定GB 6397金属拉伸试验试样GB/T 13304钢分类3 牌号表示方法钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）三个部分按顺序排列。
例如：Q390A其中：Q——钢材屈服点的“屈”字汉语拼音的首位字母；390——屈服点数值，单位MPa;A、B、C、D、E——分别为质量等级符号。
4 尺寸、外形、重量等要求尺寸、外形、重量及允许偏差应符合相应标准的规定5 技术要求5.1牌号和化学成分5.1.1钢的牌号和化学成分（熔炼分析）应符合表1规定。
低合金高强度结构钢(1591-94)
中华人民共和国国家标准GB/T1591—94低合金高强度结构钢中华人民共和国国家标准GB/T1591-94低合金高强度结构钢代替GB1591-88Highstrengthlowalloystructuralsteels本标准参照采用ISO4950：1981《高屈服强度扁平钢材》和ISO4951：1979《高屈服强度钢棒材和型材》。
、E）例如：Q390A其中：Q——钢材屈服点的“屈”字汉语拼音的首位字母；390——屈服点数值，单位MPa;A、B、C、D、E——分别为质量等级符号。
4尺寸、外形、重量等要求尺寸、外形、重量及允许偏差应符合相应标准的规定5技术要求5.1牌号和化学成分5.1.1钢的牌号和化学成分（熔炼分析）应符合表1规定。
合金元素含量应符合GB/T13304对低合金钢的规定。
表1不加V、Nb、Ti的Q295级钢，当C≤0.12%时，Mn含量上限可提高到1.80％。
Q345级钢的Mn含量上限可提高到1.70％。
厚度≤6mm的钢板、钢带和厚度≤16mm的热连轧钢板，钢带的Mn含量下限可降低0.20％。
在保证钢材力学性能符合本标准规定的情况下，用Nb作为细化晶粒元素时，其Q345、Q390级钢的Mn含量下限可低于表1的下限含量。
除各牌号A、B级钢外，表1中的细化晶粒元素（V、Nb、Ti、Al），钢中应至少含有其中的一种；如这些元素同时使用则至少应有一种元素的含量不低于规定的最小值。
为改善钢的性能，各牌号A、B级钢可加入V或Nb或Ti等细化晶粒元素，其含量应符合表1规定。
如不作为合金元素加入时，其下限含量不受限制。
当钢中不加入细化晶粒元素时，不进行该元素含量的分析，也不予保证。
型钢和钢棒的Nb含量下限为0.005％。
各牌号钢的Cr、Ni、Cu残余元素含量各不大于0.30％，供方如能保证可不作分析。
为改善钢的性能，Q390、Q420、Q460级钢可加入少量Mo元素。
为改善钢的性能，各牌号钢可加入RE元素，其加入量按0.02％～0.020％计算。
Mn对高Ti低合金高强度钢Q355B组织性能影响
M u对高Ti低合金高强度钢Q335B组织性能影响DOI:10.3969/j.issn.l006-110X.2021.03.010Mn对高Ti低合金高强度钢Q355B组织性能影响张志坚，杨鹏辉，李帅，李盛豹，王东凯(日照钢铁控股集团有限公司，山东276906)［摘要］基于外贸岀口低合金高强度结构钢退税元素的要求,Ti元素含量要求不小于0.05%。
为满足退税要求，降低岀口低合金高强度结构钢生产成本，当Ti元素含量设置为0.255-0.277%时,在不同M u含量组成体系和终轧温度体系下，对8〜17mm厚岀口低合金高强度结构钢的微观结构和性能进行分析。
经过6次不同的工艺设定试验，结果显示，M u含量在0.33〜0.25%.精轧终轧温度830t、卷取温度600t设定下，高钛低合金Q335B可获得最优的力学组织性能。
［关键词］Mn合金；卜贸出口低合金钢；组织性能；终轧温度Effect of Mn on microstructure and propertiesof high Ti low alloy high strength steel Q355BZHANG Zhi-jian,YANG Peng-hui,LI Shuai,LI Sheng-bao and WANG Dong-kai(Rizhco SteC Holding Gnop Co.,Ltd.,SHANDONG276806)Abstract BaseC on tdc recuiremecl of Cement tcx refund fOr foreing tranc cpoio low alloy high strecgtd strpctprat steet,Tz elemect coytect cqpcmects nvt less tdan0.05%.I f orece d med tdc demang of tax refung,decreass tde proycctioy coss of export low alloy high strecgtd strcctcrat steet,in tde coynitioy tdat Tz nUment cobtent is sd at0.252〜0.275%,the microstrncture and proberties of8〜12mm thicC export low alloy high strecgtd strcctcrat steC are analyzeC unnec diflereci M u cobtect compositiob system cd diflerecl finishing rolling temperature system.After sic differecl process setup tests,tde reshlts show that tde obdmat mecCanicat proberties of high titanium ang low toy Q355B ccn beby setting tde Mu cobtect at055〜0.29%,finishing rolling temperature830t,and coiling temperature600t. Key words mangauess XUy,fbCgu trale expoe low toy steet,microstmcture and proberties, finish-rolling temperature0引言某钢铁公司外贸出口低合金钢年销量在50万吨以上，在外贸出口产品中占有较高比例。
各级钢筋的特性及应用
各级钢筋的特性及应用钢筋是混凝土结构中常用的一种钢材。
根据其不同的强度和形状，可以分为多个级别。
不同级别的钢筋具有不同的特性和应用。
下面将详细介绍各级钢筋的特性及应用。
一、普通钢筋（HRB335、HRB400）普通钢筋是最常见的一种钢筋，也是按照国家标准生产的。
其主要特性如下：1. 高强度：普通钢筋的屈服强度范围为335MPa到400MPa。
较高的强度可以使得结构承受更大的负荷和外力。
2. 良好的可焊性：普通钢筋具有良好的可焊性，可以通过焊接技术将钢筋连接在一起。
3. 良好的可加工性：普通钢筋容易加工和弯曲，可以满足不同结构形式的需求。
4. 适宜的耐候性：普通钢筋在正常环境下具有较好的耐候性，不易受到腐蚀和氧化。
普通钢筋的应用范围广泛，适用于大多数建筑工程和基础设施项目。
比如桥梁、厂房、水利工程、地下工程等。
二、低合金高强度钢筋（HRB500）低合金高强度钢筋是一种具有更高屈服强度和更好耐久性的钢筋，其主要特性如下：1. 超高强度：低合金高强度钢筋的屈服强度在500MPa及以上，比普通钢筋更高。
2. 良好的延展性：低合金高强度钢筋具有较好的延展性，能够在受力时发生一定的塑性变形，为结构提供更好的韧性。
3. 良好的耐久性：低合金高强度钢筋具有更好的抗腐蚀性和耐久性，可以在恶劣环境下使用。
低合金高强度钢筋适用于需要额外强度支持的工程，比如高层建筑、大跨度桥梁、特殊用途设施等。
三、螺纹钢筋（HRB400E、HRB500E）螺纹钢筋是在普通钢筋的基础上通过轧制和冷却等工艺制造出的一种钢筋，其表面具有螺纹状凸起，主要特性如下：1. 良好的粘结性：螺纹钢筋的螺纹可以与混凝土更好地粘结在一起，提高结构的整体力学性能。
2. 较高的抗剪性能：螺纹钢筋在受到剪力作用时，由于其螺纹与混凝土牢固连接，可以提供更高的抗剪能力。
3. 易于施工：螺纹钢筋可以通过螺纹连接装配，更容易施工，提高工作效率。
螺纹钢筋广泛应用于混凝土结构中，特别是需要更好粘结性和抗剪性能的工程项目。
MIM材料性能(2)
MIM工艺技术范围
1.零件重量0.2克-200克
2.投影面积100平方厘米
3.10MM以上尺寸精度±0.5%
4.最大壁厚10MM
5.最小尺寸0.2MM
材料介绍：表 1:注射成形热沉材料的性能(table1: Properties of MIM thermal management alloys) 表 2：金属注射成形中部分低合金钢、不锈钢和软磁合金的组成（MPIF第 35条标准）表 3：低合金钢和不锈钢力学性能
表 1:注射成形热沉材料的性能(table1: Properties of MIM thermal management alloys)
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表 2：金属注射成形中部分低合金钢、不锈钢和软磁合金的组成（MPIF第 35条标准） (Table2: MPIF Standard 35 for Metal Injection Molded Parts currently covers the above range of low alloy steels, stainless steels and soft magnetic alloy grades)
第 2页共 3页
表 3：低合金钢和不锈钢力学性能 (Table3: Typical mechanical properties for the low alloy steels and stainless steels)。
低合金钢强度等级划分
低合金钢强度等级划分
低合金钢的强度等级划分通常根据其屈服强度（yield strength）和抗拉强度（tensile strength）进行分类。
以下是一种常见的低合金钢强度等级划分：
1. L210级别：屈服强度不小于210 MPa，抗拉强度在335-520 MPa之间。
2. L245级别：屈服强度不小于245 MPa，抗拉强度在415-565 MPa之间。
3. L290级别：屈服强度不小于290 MPa，抗拉强度在415-565 MPa之间。
4. L360级别：屈服强度不小于360 MPa，抗拉强度在460-760 MPa之间。
5. L415级别：屈服强度不小于415 MPa，抗拉强度在520-760 MPa之间。
此外，根据材料的不同需求，还可以有其他更高级别的低合金钢强度等级划分。
需要注意的是，合金元素的含量和热处理等因素也会对低合金钢的强度等级产生影响。
因此，在具体应用中，还需要根据具体的材料要求和标准进行选择。
2022-2023年注册结构工程师《结构专业基础考试一级》考前冲刺卷I(答案解析2)
2022-2023年注册结构工程师《结构专业基础考试一级》考前冲刺卷I（答案解析）全文为Word可编辑，若为PDF皆为盗版，请谨慎购买！第I卷一.综合考点题库(共50题)1.导致木材物理力学性质发生改变的临界含水率是（）。
A.最大含水率B.平衡含水率C.纤维饱和点D.最小含水率正确答案：C本题解析：纤维饱和点是指当木材中的吸附水达到饱和、而尚无自由水时的含水率。
当含水率低于纤维饱和点时，含水率越大则强度越低，超过时不再有此规律。
因此纤维饱和点是木材物理力学性能发生改变的临界含水率。
A项，最大含水率是指木材可吸收水分的最大含量；B项，平衡含水率是指木材在一定空气状态（温度、相对湿度）下最后达到的吸湿或稳定含水率。
D项，最小含水率是指木材可吸收水分的最小含量。
2.含水率为5%的砂250g，其中所含的水量为（）。
A.12.5gB.12.9gC.11.0gD.11.9g正确答案：D本题解析：材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性，常用含水率w表示：w＝mw/m＝mw/（m湿－mw）式中，mw为材料吸收空气中水的质量，g；m湿为材料吸收空气中水分后的质量，g；m为材料烘干至恒重时的质量，g。
代入数据，mw/（250－mw）＝5%，解得：mw＝11.9g。
3.一截面面积为A、净截面面积为的构件，在拉力N作用下的强度计算公式为（）。
A.见图AB.见图BC.见图CD.见图D正确答案：C本题解析：净截面等于截面的总体截面（毛截面）减去截面中孔洞的截面。
毛截面等于截面的总体截面，包括孔洞的面积。
整体稳定验算是相对于整个构件的，与构件的截面、边界条件等都有关，只是某个局部的截面的削弱对整体稳定影响不大。
所以这里采用毛截面，即忽略某些截面中孔洞的削弱。
4.结构自振周期T的物理意义是（）。
A.每秒振动的次数B.干扰力变化一周所需秒数C.2π内秒振动的次数D.振动一周所需秒数正确答案：D本题解析：结构按基本振型（第一振型）完成一次自由振动所需的时间。
低合金高强度结构钢
低合金高强度结构钢文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）中华人民共和国国家标准GB/T 1591—94低合金高强度结构钢High strength low alloy structural steels1994-06-13发布1995-01-01实施国家技术监督局发布中华人民共和国国家标准GB/T 1591-94低合金高强度结构钢代替GB 1591-88High strength low alloy structural steels本标准参照采用ISO 4950：1981《高屈服强度扁平钢材》和ISO 4951：1979《高屈服强度钢棒材和型材》。
1 主题内容与适用范围本标准规定了低合金高强度结构钢的牌号和技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志及质量证明书等。
本标准适用于热轧、控轧、正火、正火加回火及淬火加回火状态供应的工程用钢和一般结构用厚度不小于3mm的钢板、钢带及型钢、钢棒，一般在供应状态下使用。
本标准规定低合金高强度结构钢的化学成分也适用于钢锭、连铸坯、钢坯及其制品。
2 引用标准GB 222 钢的化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差GB 223 钢铁及合金化学分析方法GB 228 金属拉伸试验方法GB 232 金属弯曲试验方法GB 247 钢板和钢带验收、包装、标志及质量证明书的一般规定GB 2101型钢验收、包装、标志及质量证明书的一般规定GB 2106金属夏比（V型缺口）冲击试验方法GB 2975 钢材力学及工艺性能试验取样方法GB 4159金属低温夏比冲击试验规定GB 6397金属拉伸试验试样GB/T 13304钢分类3 牌号表示方法钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）三个部分按顺序排列。
例如：Q390A其中：Q——钢材屈服点的“屈”字汉语拼音的首位字母；390——屈服点数值，单位MPa;A、B、C、D、E——分别为质量等级符号。
低合金高强度结构钢的牌号表示方法和主要技术要求
低合金高强度结构钢的牌号表示方法和主要技术要求1牌号表示方法钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音字母(Q)、屈服点数值、质量等级符号(A、B、C、D、E)三个部分按顺序排列。
例如：Q390A其中：Q——钢材屈服点的“屈”字汉语拼音的首位字母：390——屈服点数值．单位MPa；A、B、C、D、E——分不为质量等级符号。
2要紧技术要求2．1牌号和化学成分牌号和化学成分(熔炼分析)应符合表1规定。
合金元素含量应符合GB ／T 13304对低合金钢的规定：表l注：表中的Al为全铝含量。
如化验酸溶铝时，其含量应不小于0．01 0％。
2．1．1 Q295的碳含量到o．18％也可交货。
2．1．2不加V、Nb、Ti的Q 295级钢，当C≤o．12％时，M n含量上限可提升到1．80％。
2．1．3 Q345级钢的Mn含量上限可提升到1．70％。
2．1．4厚度≤6 mm的钢板、钢带和厚度≤16 mm的热连轧钢板、钢带的Mn含量下限可降低0.20％。
2．1．5在保证钢材力学性能符合本标准规定的情形下，用N b作为细化晶粒元素时。
其Q 345、Q 390圾钢的Mn含量下限可低于表1的下限含量。
2．1．6除各牌号A、B级钢外，表1中的细化晶粒元素(V、Nb、Ti、At)，钢中应至少含有其中的一种：如这些元素同时使用则至少应有一种元素的含量不低于规定的最小值。
2．1．7为改善钢的性能，各牌号A、B级钢可加入V或Nb或T i等细化晶粒元素，其含量应符合表1规定。
如不作为合金元素加入时，其下限含量不受限制。
2．1．8当钢中不加入细化晶粒元素时，不进行该元素含量的分析，也不予保证。
2．1．9型钢和钢棒的Nb含量下限为0．005％。
2．1．10各牌号钢的Cr、Ni、Cu残余元素含量各不大于0．30％，供方如能保证可不作分析。
2．1．1．11为改善钢的性能，Q 390、Q 420、Q 460级钢可加入少量Mo元素。
2．1．12为改善钢的性能，各牌号钢可加入RE元素，其加入量按0．02％～o．20％运算。
简介Q-P-T超高强度钢
(Caballero F. G., Bhadeshia H. K. D. H., Mowella J. A., Jones D. G., Brown P.. Very strong low temperature bainite. Mater. Sci. Technol., 2002, 78: 279-284.
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*氢脆裂纹受阻于奥氏体:
300M钢（含残奥约3%）对比4340钢（残奥<2%），同样析出碳化物， 但应力腐蚀速度慢一个数量级。 (Ritchic R., Cedeno M. H. C., Zackay V. F., Parker E. R.. Effects of silicon additions and retained austenite on stress corrosion cracking in ultra-high strength steels. Metall. Trans., 1978, 9A: 35-40.)
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在上世纪，已发现Si钢中贝氏体相变时碳会向奥氏hadeshia H. K. D. H.. Bainite in steels. London: The Inst. Materials, Cambridge Press, 2001: 373; 385.)
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淬火钢中残余奥氏体的作用
改善钢的塑性和韧性，如：
*条状马氏体被几纳米厚的残奥所包围，增加了韧性。
(徐祖耀.马氏体相变与马氏体(第二版，第三章). 北京:科学出饭社,1999.
中国2200兆帕超级钢来了，打破美日垄断，核心技术领先世界
中国2200兆帕超级钢来了，打破美日垄断，核心技术领先世界众所周知，钢是对含碳量质量百分比介于0.02%至2.11%之间的铁碳合金的统称，而在实际用途上根据不同需求适当加入其他金属元素，从令钢的强度无限放大。
那超级钢又是什么呢？实际上超级钢是在普通钢的基础上，使用五倍以上的压力进行压轧，然后迅速冷却和控温，以此来形成一种结构组织只有1微米的特殊合金，这种合金的强度要超过普通钢材的10~20倍，按照我国公布的消息来看，目前我国自研的超级钢屈服强度已经达到了2200兆帕，远超西方国家和日本1100兆帕的超级钢，因此在性能和核心技术上我国超级钢无疑要领先世界，那么2200兆帕是什么概念呢？简单来说，1兆帕相当于压载重载10公斤的重物，而2200兆帕也就相当于22吨的重物，因此严格意义上来说超级钢的综合性能已经超过了钛合金。
尽管现阶段工业领域中使用钛合金比较广泛，但在军工领域超级钢的优势就十分显著，毕竟建造航母、核潜艇和潜水器都需要高强度的超级钢，而这些特殊要求钛合金是远远满足不了的。
从公开的资料了解到，特种钢的强度目前分为两种，分别是抗拉强度和屈服强度，首先就是抗拉强度，当特种钢材屈服到一定程度后，致使钢材内部的金属元素晶粒重新排列，其抵抗变形能力又得到了进一步加强，虽然此时的钢材变形速度很快，但自身的拉伸力比之前却提升了数倍，当拉伸应力达到最大值后，钢材抵抗变形的能力就开始降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，而这个过程称为钢材的强度极限或抗拉强度。
其次就是屈服强度，当钢材的拉伸应力超过弹性极限后，钢材的变形速度又开始加快，此时除了产生弹性变形外，还会导致部分金属元素内部产生塑性变形，当应力达到B点后，塑性应力的拉伸力开始急剧增加，曲线则会出现一个波动的小平台，这种现象就被称为屈服。
另外，钢材所产生的最大和最小应力又分别称为上屈服点和下屈服点，由于下屈服点的数值相对稳定一些，所以下屈服点一直都被当作特殊材料的抗力指标，这也是特种钢称为屈服点或屈服强度的由来，那么采用屈服强度的超级钢对建造舰艇有什么好处呢？事实上，使用了超级钢的舰艇能够极大程度上减轻船体重量，而且还以深度强化舰艇的增加抗压能力。
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ＦＡＮ Ｃｈａｎｇ－ ｇａｎｇ１， ２， ＤＯＮＧ Ｈａｎ１， ２， ＳＨＩ Ｊｉｅ１， ２， ＬＩＵ Ｙａｎ－ ｌｉｎ３， ＹＯＮＧ Ｑｉ－ ｌｏｎｇ２， ＨＵＩ Ｗｅｉ－ ｊｕｎ２， ＷＡＮＧ Ｍａｏ－ ｑｉｕ２， ＷＥＮＧ Ｙｕ－ ｑｉｎｇ２，４
（ １．Ｃｅｎｔｒａｌ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１， Ｃｈｉｎａ； ３．Ｎｉｎｇｂｏ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｎｉｎｇｂｏ
０．３７Ｓｉ 钢 １２ ｍｍ×４００ ｍｍ×６００ ｍｍ钢 板 先 加 热 到 ９５０℃保温６０ ｍｉｎ空冷正火， 然后加热到９００ ℃保温６０ ｍｉｎ空淬， １６５ ℃保温２４０ ｍｉｎ回火后空冷。拉伸和冲击 试样毛坯加热到９００ ℃保温３０ ｍｉｎ后油淬试样， 经过 ２００ ℃×１２０ ｍｉｎ回火并空冷， 精加工后测量其低温冲 击吸收功。
超高强度低合金钢通常采用淬火后低温回火得到 马氏体组织以获得较高的强度。４１３０、４３４０、Ｄ６ＡＣ和６１５０ 钢的含碳量依次递增， ２０５ ℃回火后其抗拉强度分别为 １ ５５０、１ ９８０、２ ０００、２ ０５０ ＭＰａ， 延伸率分别为１１％、１１％、 ８．９％和１％。降低回火温度会使抗拉强度更高， 当钢的抗拉 强度突破２ ０００ ＭＰａ时， 塑韧性明显下降， 难以投入实际应 用［１－３］。目前研究较多的韧性较高的二次硬化型超高强度 钢ＡｅｒＭｅｔ １００的抗拉强度为１ ９６０ ＭＰａ， 马氏体时 效 超 高强度钢 的抗拉强度 能达 到２ ０００ ＭＰａ［４－ ５］ ， 但 这两种 超高强度钢的合金元素高， 冶炼、热加工要求很高， 生 产成本高， 加工困难， 难以大范围推广应用。本研究拟 将 超 高 强 度 低 合 金 钢 碳 的 质 量 分 数 控 制 在 ０．５％ 左 右 ， 采用真空感应冶炼、电渣重熔等先进的冶炼技术， 有
拉伸试验在ＭＴＳ８８０型试验机上进行， 试样的标距 为２５ ｍｍ， 拉 伸 应 变 速 率 为１０－２／ｓ。 冲 击 试 验 在ＪＢＮ－ ３００Ｂ冲击机上按ＧＢ／Ｔ２２９２—１９９４进行， 采用夏比Ｖ型 缺口试样， 试验温度为－ ４０ ℃。采用三点弯曲试验方法 测量断裂韧性， 试样尺寸为１０ ｍｍ×２０ ｍｍ×１００ ｍｍ。
由 图２可 知 ， 随 淬 火 温 度 的 升 高 ， 抗 拉 强 度 、洛 氏 硬度和断面收缩率先缓慢提高到最大值后开始缓慢 下降， 屈服强度则呈现出下降趋势。而延伸率和冲击
原始状态 退火
９００
奥 氏 体 化 ９００ ℃ ５分
晶粒度
８００
７００
６００
温 度 ／℃
５００
４００
３００
２００
１００
０ ０．５ １
２ 试验结果及分析
２．１ ＣＣＴ曲线 硅能提高钢在加热和冷却时临界转变温度， 增加
过 冷 奥 氏 体 的 稳 定 性 ， 从 而 使 钢 的 淬 透 性 提 高 ［６］。 １．７５Ｓｉ钢Ａｃ１、Ａｃ３分别比０．３７Ｓｉ钢高７０、６５ ℃， 并显著推 迟珠光体转变而对贝氏体转变则影响不大， 由于硅的 固溶强化作用， 在相同的冷却速度下其显微硬度均比 ０．３７Ｓｉ钢要高， 见图１。 ２．２ 不同热处理工艺下力学性能 ２．２．１ 不同的淬火温度
第 ２９ 卷 第 ２ 期
２００６年
３月
兵器材料科学与工程 ＯＲＤＮＡＮＣＥ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏｌ．２９ Ｎｏ．２ Ｍａｒ．， ２００６
２ ２００ ＭＰａ级超高强度低合金钢的组织和力学性能!
范长刚１， ２， 董瀚１， ２， 时捷１， ２， 刘燕林３， 雍岐龙２， 惠卫军２， 王毛球２， 翁宇庆２， ４
性能的影响。结果表明， 试验钢经淬火及低温回火后得到板条马氏体、ε碳化物和少量残余奥氏体组织。碳的质量分数为
０．５％能使钢的强度达到２ ２００ ＭＰａ。添加１．７５％质量 分数的硅使钢的强度提高约１００ ＭＰａ， 其抗回火稳定性高， 在２７０ ℃回
火下其抗拉强度仍在２ ２００ ＭＰａ以上。
关键词： 低合金； 超高强度钢； 力学性能； 组织
３１５１０３， Ｃｈｉｎａ； ４．Ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｍｅｔａｌｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １００７１１， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｕｌｔｒａ－ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｃｌｅａｎ ｓｔｅｅｌｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ２ ２００ ＭＰａ ｇｒａｄｅ ｓｔｅｅｌｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｉｘｅｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ｌａｔｈ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ， εｃａｒｂｉｄｅ ａｎｄ ａ ｌｉｔｔｌｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｒｅｔａｉｎｅｄ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｆｔｅｒ ｑｕｅｎｃｈｅｄ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒｅｄ ａｔ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ． ０．５％ ｃａｒｂｏｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｃａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｓｔｅｅｌｓ ｔｏ ２ ２００ ＭＰａ， １．７５％ ｓｉｌｉｃｏｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ａｂｏｕｔ １００ ＭＰａ ｉｎ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ， ｉｔ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｍａｉｎｔａｉｎ ２ ２００ ＭＰａ ａｔ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ２７０ ℃． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｓｔｅｅｌｓ； ｕｌｔｒａ－ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ； ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ； ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
效减少钢中的Ｓ、Ｐ杂质和［ Ｏ］ 、［ Ｎ］ 等气体含量， 改善夹 杂物的分布， 在不降低韧性的前提下， 研制出低成本 的２ ２００ ＭＰａ级低合金超高强度钢。
１ 试验材料及方法
试 验 用 钢 是 在４３４０基 础 上 将 碳 的 质 量 分 数 提 高 到 ０．５０％ 左 右 ， 通 过 冶 炼 手 段 控 制 质 量 分 数 Ｓ ≤ ０．００５％、Ｐ≤０．０１０％和 气 体 含 量 ， 其 硅 的 质 量 分 数 有 ０．３７％Ｓｉ和１．７５％Ｓｉ两种， 分别称为０．３７Ｓｉ钢和１．７５Ｓｉ钢。
在１５０～３５０ ℃温度范围内， 随着回火温度提高， 两 种钢的抗拉 强度 、洛 氏 硬 度 都 呈 线 性 下 降 趋 势 ， 断 面
（ １．钢铁研究总院 结构材料研究所， 北京 １０００８１； ２．先进钢铁材料技术国家工程研究中心， 北京 １０００８１； ３．中国兵器科学研究院 宁波分院， 宁波 ３１５１０３； ４．中国金属学会， 北京 １００７１１）
摘 要： 研究了两种不同硅含量超高强度低合金钢在不同热处理下的力学性能 ， 分析了 硅对２ ２００ ＭＰａ级超高强度钢力学
从冲击试样上切取金相试样， 经研磨 、抛光及２％ 硝 酸 酒 精 溶 液 浸 蚀 后 在Ｎｅｏｐｈｏｔ２Ⅱ 型 金 相 显 微 镜 上 观 察微观组织。在Ｓ－ ４ ３００型扫描电子显微镜（ ＳＥＭ） 上观 察冲击断口形貌。在Ｈ－ ８００型透射电镜（ ＴＥＭ） 上观察 显微组织。从拉伸试样螺纹部分切取残余奥氏体（ Ａｒ） 测定样， 经研磨、抛光及１０％草酸溶液电解浸蚀去应力 后， 在ＰＨＩＬＩＰＳ全自动Ｘ射线衍射仪ＡＰＤ－ １０上测量Ａｒ 体积分数φ（ Ａｒ） 。
１０
１０２
１０３
１０４
１０５
时 间 ／ｓ
ａ—０．３７ Ｓｉ 钢
ａ—０．３７ Ｓｉ ｓｔｅｅｌ
原始状态 退火
９００
奥 氏 体 化 ９０
６００
温 度 ／℃
５００
４００
３００
２００
１００
０ ０．５ １
１０
１０２
１０３
１０４
１０５
时 间 ／ｓ
ｂ—１．７５Ｓｉ 钢
ｂ—１．７５ Ｓｉ ｓｔｅｅｌ
中图分类号： ＴＧ１４２．１
文献标识码： Ａ
文章编号： １００４－ ２４４Ｘ（ ２００６） ０２－ ００３１－ ０４
Ｍｉｃｒ ｏｓｔｒ ｕｃｔｕｒ ｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒ ｏｐｅｒ ｔｉｅｓ ｏｆ ２ ２００ ＭＰａ ｇｒ ａｄｅ ｕｌｔｒ ａ－ ｈｉｇｈ ｓｔｒ ｅｎｇｔｈ ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｓｔｅｅｌｓ
３２
兵器材料科学与工程
第 ２９ 卷
用３ ｔ锻造机锻成４０～５０ ｍｍ厚的钢坯， 锻后空冷并进行 ６５０ ℃×４ ｈ回火， 然后再加热到９４０～９６０ ℃， ９１０～９３０ ℃ 开轧， 得到１２ ｍｍ厚钢板。试验钢经过７２０ ℃×１０ ｈ的退 火 处 理 后 ， 加 工 成 标 准 拉 伸 试 样 （ Ｌ０＝５ｄ０， ｄ０＝５ ｍｍ） 和 冲 击试样（ １０ ｍｍ×１０ ｍｍ×５５ ｍｍ） 的 毛 坯 ， 经 过 不 同 热处理及精加工后， 测试其力学性能。