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 焊接工字鋼之鈮在其中的應用總結

  泰州鑫子和不銹鋼有限公司總結如下：

  鈮在高強度結構鋼中獲得了廣泛的應用，高強鋼的發展是近十年的主要冶金成就之一。

  與其它材料，尤其是鋼筋混凝土的競爭，極大地促進了結構鋼的發展。

  為保證結構鋼的市場份額，促進了簡便的生產技術和精煉技術的發展，這使得對鋼的焊接性和缺口沖擊韌性的要求越來越高。

  最近十年，鋼的產量也明顯提高。

  對氧氣轉爐和電弧爐冶煉的鋼都可以進行精煉。

  與原先模鑄不同，模鑄工藝越來越被連鑄工藝取代。

  各種不同的軋制工藝也應用于軋制生產中:傳統的軋制、正常的軋制、控制軋制。

  鈮經常用于鋼中，或者單獨添加，或者與其它元素如τi、v復合添加。

  添加Nb細化了鋼的組織，可降低碳當量，提高鋼的韌性和焊接性能。這對原鋼材尤為有利。

  Nb還能夠提高鋼的強度，對氮含量較高的鋼，如用電爐冶煉的鋼，鈮的作用尤為突出，通過固定N,降低了鋼中自由N的含量，從而提高韌性。

  從這個角度來講，Nb比A1或Ti有優勢，Nb不降低連鑄生產效率。

  在提高鋼的強度方面，Nb更為有效，當采用控制軋制工藝時，含Nb鋼的強度最高。

  每一種生產工藝可覆蓋一-定的鋼號和厚度范圍，超過某一允許值，韌性或焊接性很難達到技術要求。

  當采用控制軋制工藝生產s460 (65Ksi) 鋼時，最大厚度可達125mm。

  鈮微合金工字鋼能滿足最嚴格的標準要求，不管是熱軋狀態還是經過8KJ/cm~ 50KJ/cm 線能量焊接后，都能達到強度、塑性和韌性的良好配合。

  現代高強鋼使建筑、橋梁、海洋結構等領域的材料成本和制造費用相應降低。

  1引言

  高強鋼的發展是最近十年冶金工業最具意義的成就。目前能達到強度、塑性、韌性、成型性和焊接性的完美結合，使成本較低的鋼材年產量約占世界結構鋼的10%的市場份額。

  回顧一下冶金史上高強度結構鋼的發展，20世紀初期，結構工程師們使用的單一品種鋼，按照牛津英語詞典”，這種鋼被稱為“低碳鋼”，意思是“低碳、柔軟、易加工”按照Duckworth和Baird"的解釋， 低碳鋼沒有特意用除碳以外的合金元素進行強化，鋼中的Mn于脫氧，還含有穩定的硫化物，-般認為低碳鋼化學成分范圍: 0.1~0.25%C, 0.4~0.7%Mn，0.1~0.5%Si， 其余為s、p和其它元素。低碳鋼的屈服強度約為250MPa。

  在1940年以前，對結構鋼的主要要求是增加抗拉強度。為獲得較高強度，c含量增加到0.3%，Mn含量達到1.5%左右，這種鋼的應用范圍不廣，適應不了現代高強度結構鋼的要求。

  它具有如下缺點: (a)厚度達到30mm的鋼材，屈服強度太低，只能達到360MPa; (b)厚度增加時屈服強度下降的幅度很大; (c)高的 c和Mn含量使鋼的焊接性能變差; (d)斷裂韌性比低強度鋼的低。

  與其它材料的競爭，尤其是鋼筋混凝土，促進了結構鋼的發展。

  為保證市場份額，開發了很多簡便的生產技術和精煉技術，這使得對鋼的焊接性和缺口沖擊韌性要求越來越高。

  對1942~1949年期間發生在橋梁和船舶，尤其是著名“自由輪”的金屬斷裂行為進行了調查和研究，奠定了金屬斷裂力學的基礎。

  主要通過以下工藝提高鋼的性能:

  (1) 限制c含量

  (2) 提高潔凈度，包括降低s、p含量

  (3) A1脫氧，微合金化，常化軋制和后來的控制軋制上述工藝細化了鋼的組織，提高了鋼的強度和韌性。

  1960年以后，修訂的標準中介紹了一些新的鋼號:法國的DIN17102標準、英國的BS4360標準、法國的NEA35. 504標準。

  這些國家標準成為后來歐洲統一標準一--細晶粒鋼EN10113的基礎。

  已有研究工作制訂了鋼抗脆性斷裂的判定原則。這些工作”將通常的缺口沖擊試驗結果和KT值用于斷裂機制。

  在下列條件下，需要材料具有更高的韌性:

  (1) 疲勞載荷下的工程結構

  (2)低的服役溫度

  (3)高屈服強度

  (4) 厚斷面鋼材新的歐洲建筑設計規范‘包括了最小神擊功為27J時的溫度，并依此選擇相應鋼號等內容。

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  北極地區的海洋工業發展極大地促進了結構鋼的發展,該地區需要在嚴酷的低溫條件下裝配工程結構。

  由于海洋結構承載能力有限，且隨著深海石油和油氣田的開發，對海洋結構而言，減輕重量成為當務之急，高強鋼成為焦點。

  對這些苛刻環境下使用的鋼材，制訂了專用標準，如EN10225或API2 MT2o表1概括了現代結構鋼鋼種的特點。

  2生產工藝

  長條材既可用氧氣轉爐冶煉，也可用電弧爐冶煉，并更多地采用連鑄工藝生產。

  常連鑄成小方坯、大鋼坯和扁錠，作為半成品，最近也連鑄成工字鋼形狀。

  根據1964年BISRA的試驗結果，1968 年在Algoma開始了鋼梁連鑄，以此作為工字鋼的近終形鑄造。

  該技術后來被日本的川崎制鐵、日本鋼鐵和日本鋼管、美國的Nucor Yamato、Chaparrol 和西北鋼鐵公司、歐洲的ProfilARBED等公司采用。

  歐洲PreflARBED集團公司熱軋產品的不同類型的半成品。工字梁的最大寬度達1118mm,或者最大厚度達到125mm。

  熱軋工字鋼占結構鋼的比例很大。因此下面的討論雖集中于工字鋼，但其主要原理同樣適用于等效厚度的其它鋼材。

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