钢铁冶金技术的进步及对焊接冶金方面的几点思考_尹士科

钢铁冶金技术的进步及对焊接冶金方面的几点思考_尹士科

焊接专题综述!"#$%&"’&$()*"

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作者简介：!张秉刚，1381年出生，工学博士，讲师，主要研究方

向为新材料及异种材料电子束焊接，已发表论文-.余篇。

析［+］,机械工程材料，-../，0.（1）：-/2-3,

［14］5樊志伟，张5朴，刘文中,基于667数字图像处理的焊接温度场实时监测系统研究［+］,计算机测量与控制，-..4，10（0）：-.12-.-,

［1/］5陈芙蓉，刘5军，董俊慧,不锈钢电子束钎焊应力场数值计算［’］,-..4年国际材料科学与工程学术研讨会论文集［6］,中国太原，-..4,//.2//0,

［18］5陈芙蓉，霍立兴，张玉凤,9:-.钛合金电子束焊接残余应

力三维有限元数值模拟［+］,焊接学报，-..;，-4（1）：/1

钢铁冶金技术的进步及对焊接冶金方面的几点思考

安泰科技股份有限公司（北京市51...<1）55尹士科!裴新军金川集团有限公司（金昌市58081..）55倾学义

摘要!简述了钢铁冶金技术如冶炼、轧制及热处理技术在最近几十年来取得的重大突破和明显进步。利用先进的钢铁冶金技术，可以降低钢铁中的硫磷杂质、有害气体及其它杂质，调整钢的组织类型和各种组织比例，细化钢的晶粒，使钢的强度、塑性、韧性及屈强比等综合性能得到很大改善。钢铁冶金技术的发展，对焊接科技工作者提出了挑战并促使他们进行思考。一方面，先进钢铁冶金技术的运用，净化了钢材，提高了钢的塑性和韧性，降低了钢的碳当量，改善了钢的焊接性能；另一方面，钢铁冶金技术的进步，进一步拉大了焊接结构中焊缝与母材之间的性能差距。为了使焊缝力学性能与母材相当或相近，在选择焊接材料、实施焊接工艺时，要充分考虑加强对焊接熔池的保护和净化、焊缝金属的晶粒细化和焊缝组织调控等几个因素。

关键词：!精炼!控制轧制!晶粒细化!组织调控中图分类

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$!钢铁冶金技术的进步

1］

$’$!炼钢技术［

量、缩短冶炼时间、简化工艺流程和降低产品成本等。常用的方法有：也称真空脱气脱氧法，它是在!7R法，钢液冶炼完毕后，再进

行脱氧的一种方法；也"SR法，称真空循环脱气法，钢液在重力、真空和吹氩三个因素的作用下不断进入真空室内，使其充分脱气；#’ET’它是将加热、搅拌、真空等综合在一起的一2EU!法，种炉外精炼法，其脱氧、脱氢效果基本与7R法和SR法相同，它还有较强地脱硫能力和去除杂质的效果；$VW7法，英文的意思是真空吹氧脱碳，有很强的脱碳能力，在冶炼不锈钢时很容易把碳含量降低到.,.-XY.,.<X，而铬几乎不被氧化，该方法也有良好的去气去杂质能力，可以生产出非常纯净的钢；精炼%’W7法，原理与VW7法相似，只是利用氩气稀释方法使6W分压降低，而不需要真空设备，’W7法能顺利地冶炼低碳和超低碳不锈钢，脱硫和降低杂质的效果也很明显。

近几十年来，钢铁的冶炼、轧制及热处理技术有了重大突破和明显进步。在炼钢方面有转炉和电炉炼钢。转炉炼钢又分为氧气顶吹转炉炼钢和顶底复合吹炼转炉炼钢，后者具有更好的冶金效果和经济效益。电炉炼钢以碱性电弧炉为主，也有的采用感应炉或电渣炉炼钢。碱性电弧炉炼钢中炉外精炼的出现具有极为重要的意义。炉外精炼的主要任务是脱碳、脱氧、脱硫、去气、去杂质、调整温度和化学成分等。精炼的主要手段有渣洗、真空处理、吹氩搅拌、电磁搅拌、吹氧、电弧加热、喷粉等。炉外精炼可大幅度地提高钢的质

收稿日期：-..82.82./

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为了保证炉外精炼效果，还可以对铁水进行预处理，即预先对铁水进行脱硫、脱磷、脱硅等处理，最常见的是脱硫处理，向铁水包中加入脱硫剂，主要成分是钙、镁、稀土等，它与铁水中的硫作用生成稳定的化合物后进入渣相，达到使铁水脱硫的目的。通过上述精炼过程，可使钢中硫磷杂质、有害气体及其它杂质等降低到很低的水平，使钢的纯净度明显提高，进而使钢的力学性能特别是塑、韧性得到显著提高。把不锈钢中的碳降低到超低碳水平后，可使奥氏体或铁素体不锈钢的耐腐蚀性得到显著改善。

专题综述焊接

的比例，也能提高钢的抗拉强度。总之，通过控制轧钢过程中的加热温度、轧制温度、变形量、变形速率、终轧温度和轧后冷却工艺等参数，使轧件的塑性变形与固态相变相结合，可以获得细小的晶粒和良好的组织，提高钢的强韧性，使其成为具有优异综合性能的钢。

+］

!"%$热处理技术［

在热处理技术上，以往常采用正火（?）、正火B回火（?,）、淬火B回火（C,）等方法，后来又开发了两次??D,）、两次淬火B回火（CCD,）等新工正火B回火（

艺。两次淬火B回火处理有两大作用，分别是提高钢#$轧钢技术［+］

在轧钢方面，最重大的进展是热控轧制技术（,-./0）的成熟和应

用，它主要是利用细化铁素体组织、产生贝氏体或马氏体等低温相变组织来提高钢材的强度和韧性。和以往同样强度级别的钢材相比较，,-/0技术生产的钢材降低了碳含量和其它合金成分含量，因而使钢的焊接性及接头的力学性能得到很大改善，这种技术生产的钢也被称为,-/0钢。,-/0钢包括控制轧制钢（/1钢）、经/1处理后加速冷却钢（’//钢）和直接淬火钢（2/钢），现在一般的,-/0钢多指控制轧制钢，如果采取了加速冷却则称为水冷型,-/0钢，仅采用控制轧制时，称为非水冷型,-/0钢。普通轧钢是在3+45637458加热后立即进行轧制，轧制终了温度在9458以上；而/1技术，为防止奥氏体晶粒过度粗大，加热温度为334563+558。终止轧制温度一般在:558以下。+5世纪;5年代以前是低合金高强度钢的发展阶段，+5世纪<5年代起以微合金化和控轧控冷技术为基础，开发了微合金高强度钢。这种钢是在低碳钢或低合金钢中加入微量的（!5=+>）碳化物或氮化物形成元素，如?@、A、,(等，这类元素可以细化钢的晶粒，提高钢的强度和获得较好的韧性。但是，钢的良好性能不仅依靠添加微量合金元素，更主要的是通过控轧和控冷工艺的热变形导入的物理冶金因素的变化实现细化钢的晶粒。在容易产生再结晶的高温!区（再结晶区）进行轧制时可以细化!晶粒；在难于产生再结晶的低温!区（未再结晶区）进行轧制时可使!晶粒内形变组织均匀性提高；在更低温度下的铁素体和奥氏体双相区进行轧制时可使相变后的铁素体晶粒进一步

细化。!晶粒的细化或均匀化都有利于形成更加细小的铁素体晶粒。经/1处理后，如果加速冷却（即控轧控冷），则使铁素体加速形核，