從防震、耐(nai)震的(de)(de)觀點出(chu)發，在(zai)建筑領(ling)域都強(qiang)烈要求鋼架結構物焊(han)(han)縫部實(shi)現(xian)高(gao)韌(ren)（性）化(hua)。現(xian)代城市越來越多的(de)(de)建筑在(zai)超高(gao)層化(hua)和大(da)(da)跨(kua)度化(hua)，所用柱材主要采用40mm厚度以上的(de)(de)高(gao)強(qiang)（度）板(ban)焊(han)(han)成四面(mian)匣形(xing)樁，焊(han)(han)接工(gong)藝為ESW（電渣焊(han)(han)）和SAW（埋弧焊(han)(han)）。在(zai)高(gao)效的(de)(de)大(da)(da)熱量輸入(ru)焊(han)(han)接中，HAZ（焊(han)(han)接熱影響區）和WM（焊(han)(han)接金屬部）的(de)(de)顯(xian)微組織(zhi)就會粗大(da)(da)化(hua)，從而造成原來（普通(tong)）鋼的(de)(de)韌(ren)性不(bu)可避免地下降。
JFE鋼(gang)公司(si)開發(fa)的設計基準440N/mm2的建(jian)筑結構用高性能590N/mm2鋼(gang)材及(ji)焊(han)接(jie)材料，完成(cheng)了490～590N/mm2大熱量輸入焊(han)接(jie)部(bu)韌性優良(liang)的建(jian)筑鋼(gang)板及(ji)其焊(han)接(jie)材料的系列(lie)配套(tao)。
現(xian)概要(yao)介紹四面匣(xia)形樁的大熱量輸入焊接部高韌化技術—JFEEWEL和用此技術生產的590N/mm2鋼板(ban)（SA440－E）的母材性能、以(yi)及用配套焊接材料焊接的焊縫(feng)性能。
2 大熱量輸入焊(han)接的應用及目標性能
匣形樁角(jiao)部(bu)（即(ji)棱邊）焊(han)(han)接(jie)用(yong)SAW工藝(yi)而(er)內擋板(ban)部(bu)焊(han)(han)接(jie)用(yong)ESW工藝(yi)。施加的焊(han)(han)接(jie)輸(shu)入熱量隨板(ban)厚的增大而(er)增大，有時SAW超(chao)過(guo)60kJ/mm而(er)ESW超(chao)過(guo)100kJ/mm。
以焊接內擋板的(de)(de)ESW焊縫為例：因(yin)其HAZ長時間滯(zhi)留于1400℃高溫(wen)而使(shi)奧(ao)氏體（γ）晶粒顯(xian)著(zhu)粗大化(hua)(hua)，在焊后冷卻中產(chan)生(sheng)γ→α相變(bian)(bian)，從(cong)γ晶界生(sheng)成粗大鐵(tie)素體的(de)(de)同時，因(yin)舊γ晶內變(bian)(bian)成了(le)含(han)在硬質島狀馬氏體（M－A）的(de)(de)上貝氏體（upperbainite)組織，故HAZ韌性(xing)低(di)下(xia)。一般隨著(zhu)鋼板的(de)(de)高強度、厚壁(bi)化(hua)(hua)和Ceq的(de)(de)增大，其韌性(xing)會顯(xian)著(zhu)下(xia)降。
鋼板(ban)（SA440－E）的(de)(de)目標(biao)性能(neng)與(yu)(yu)獲(huo)得了（日本）國(guo)土(tu)交(jiao)通大臣(chen)材料認(ren)定(ding)的(de)(de)現行HBL325、355、385及SA440的(de)(de)規(gui)格相同；且其(qi)SAW及ESW的(de)(de)HAZ、焊(han)接接合部（FL）以及WM的(de)(de)0℃夏(xia)比(bi)沖擊吸收能(neng)（vEo），與(yu)(yu)在(zai)小熱量多層堆焊(han)的(de)(de)鋼架梁端焊(han)接接合部的(de)(de)性能(neng)要求相同，平均目標(biao)值≥70J。
3 大熱(re)量輸入(ru)焊縫(feng)的(de)高韌化技術
用大熱量輸入焊接匣形樁時(shi)，其HAZ高韌化(hua)技(ji)術包括γ晶(jing)粒細化(hua)技(ji)術、HAZ晶(jing)內組織控制技(ji)術、最佳成分設計及(ji)生(sheng)產工藝、以(yi)及(ji)利(li)用來自WM的B擴散以(yi)控制HAZ組織共4個方面內容，有(you)效利(li)用這些技(ji)術，即(ji)可實現建筑用高強度(du)鋼板(ban)的開發和應用目(mu)標。
為(wei)了進行(xing)粗(cu)晶(jing)HAZ（下稱CGHAZ）的(de)極小化，利用(yong)(yong)在(zai)高溫下穩定(ding)的(de)氮化物和氧化物抑制γ晶(jing)粒粗(cu)大化是有效(xiao)的(de)。為(wei)此，著眼于在(zai)鋼中的(de)彌散分(fen)布且在(zai)工業上易于控制的(de)TiN，就最大限度應(ying)用(yong)(yong)其(qi)對γ晶(jing)粒的(de)細(xi)化作用(yong)(yong)進行(xing)了研(yan)究。
在采用了熱微(wei)積分學（thermo－cale)的(de)(de)熱力學解(jie)析(xi)和實驗研(yan)究基礎上，對鋼(gang)中的(de)(de)Ti、N含(han)量(liang)、Ti/N及微(wei)合金化（microalloying)進(jin)行控制，將(jiang)TiN固溶溫度從原＜1400℃提高到了＞1400℃，從而實現了TiN質點(dian)的(de)(de)彌(mi)散分布(bu)。
用(yong)再(zai)現焊(han)接(jie)熱(re)(re)循(xun)環(huan)裝置，將細(xi)化(hua)了(le)γ晶(jing)粒(li)的鋼加熱(re)(re)到相當于大(da)熱(re)(re)量輸(shu)入焊(han)接(jie)時HAZ溫度(du)后的1400℃，再(zai)以80s慢冷至(zhi)1200℃后急冷，以凍結鋼的高溫組織(zhi)并調查了(le)γ晶(jing)粒(li)尺寸(cun)。結果(guo)表(biao)明(ming)，用(yong)γ晶(jing)粒(li)細(xi)化(hua)技術可將其(qi)細(xi)化(hua)到200μm以下，從而(er)實現了(le)CGHAZ的極小化(hua)。
為了查明(ming)晶內組織(zhi)(zhi)對HAZ韌(ren)性(xing)的(de)影響(xiang)，采用(yong)Ceq在(zai)0.34%～0.44%間(jian)變(bian)化、厚60mm鋼板(ban)，進行(xing)相當于輸入熱量(liang)100kJ/mmESN焊接的(de)1400℃加(jia)熱、在(zai)冷卻時間(jian)（△t800－500)＝1000s內從800℃冷至(zhi)500℃的(de)再(zai)現(xian)焊接熱循(xun)環，調查了再(zai)現(xian)的(de)HAZ韌(ren)性(xing)變(bian)化和(he)顯微組織(zhi)(zhi)的(de)關系(xi)。結果表明(ming)，Ceq較高，加(jia)入合金(jin)量(liang)多的(de)鋼變(bian)成(cheng)了上(shang)貝氏體(ti)(ti)(ti)（簡稱UB）組織(zhi)(zhi)，其(qi)再(zai)現(xian)HAZ韌(ren)性(xing)顯著低下；而Ceq較低的(de)鋼則變(bian)為鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)＋貝氏體(ti)(ti)(ti)（F＋B）和(he)鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)＋珠光(guang)體(ti)(ti)(ti)（F＋P）組織(zhi)(zhi)，提高了再(zai)現(xian)HAZ韌(ren)性(xing)，此變(bian)化與鋼中(zhong)M－A量(liang)的(de)減(jian)少(shao)相對應(ying)。
另一(yi)方面，因Ceq低下(xia)而使與再現HAZ顯微(wei)組(zu)織變(bian)化相適應(ying)(ying)的(de)(de)(de)硬度(du)(du)下(xia)降(jiang)，故須考慮與鋼的(de)(de)(de)強度(du)(du)級別相適應(ying)(ying)的(de)(de)(de)焊縫強度(du)(du)成分設計(ji)。為(wei)了(le)實現HBL325鋼HAZ組(zu)織的(de)(de)(de)（F＋P）化，應(ying)(ying)控(kong)制其(qi)Ceq＝0.35%左右；還考慮到(dao)HBL385、SA440鋼的(de)(de)(de)焊縫強度(du)(du)而控(kong)制其(qi)顯微(wei)組(zu)織為(wei)F＋B，從(cong)而進行(xing)了(le)Ceq≤0.40%的(de)(de)(de)合金設計(ji)。
4 焊(han)接(jie)金屬的高韌化技術
在(zai)大熱(re)量輸入(ru)SAW及ESW焊(han)接中，即使在(zai)WM也(ye)會(hui)因組織的粗大化(hua)而(er)使其韌(ren)性(xing)低(di)下。為了實現WM的高(gao)韌(ren)化(hua)，就須(xu)完全抑制(zhi)在(zai)舊γ晶界生成晶界F，且控制(zhi)晶內(nei)為針(zhen)狀F。
為此(ci)，向焊接材(cai)料中優化(hua)加入(ru)了強(qiang)化(hua)淬(cui)透性元(yuan)素、抑(yi)制晶(jing)界(jie)F元(yuan)素和(he)晶(jing)內針狀(zhuang)F相(xiang)變促進元(yuan)素，以控制WM的(de)化(hua)學(xue)組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)。因在(zai)SAW及ESW焊接時有20%～50%的(de)母材(cai)稀釋，故(gu)控制WM組(zu)(zu)織時須(xu)考慮鋼板化(hua)學(xue)成(cheng)(cheng)分產生的(de)影響。
因此，設(she)定(ding)了焊接工藝(yi)及輸入熱(re)量相適(shi)應的(de)母材稀釋量，對焊接材料成(cheng)分進行了周密設(she)計(ji)，通過WM組織的(de)最(zui)佳(jia)化(hua)實(shi)現了WM的(de)高(gao)韌化(hua)。故(gu)所開(kai)發的(de)焊接材料，就能(neng)配套用于以(yi)JFEEWEL技術生(sheng)產鋼板的(de)焊接中。
5 SA440－E鋼板的開發
在采用JFEEWEL技(ji)術生(sheng)產的鋼板中(zhong)，此(ci)前已介紹過HBL325－E、355－E及385－E，故現僅(jin)簡述SA440－E鋼板的試制(zhi)及以(yi)母材、焊縫性能(neng)為中(zhong)心的實(shi)機制(zhi)造結果。
關于焊(han)(han)縫的韌性，無論(lun)在焊(han)(han)縫的WM、FL和(he)(he)HAZ的任何部位(wei)，其(qi)0℃夏比沖(chong)擊吸收能(neng)vEo都明(ming)顯超(chao)過了70J的目標(biao)值（最低(di)78J、最高247J），表(biao)明(ming)其(qi)焊(han)(han)縫韌性優良。為了查明(ming)大熱量輸入焊(han)(han)接的焊(han)(han)縫強度，分(fen)別制作了平接焊(han)(han)縫和(he)(he)十字形焊(han)(han)縫，對之進行了抗(kang)拉(la)試驗。結(jie)果表(biao)明(ming)，斷裂雖然都發生在HAZ，但(dan)其(qi)各(ge)自抗(kang)拉(la)強度都超(chao)過了590N/mm2這個開(kai)發鋼板的目標(biao)值、而分(fen)別達611N/mm2和(he)(he)658N/mm2。
6 結語
JFE制鋼公司開(kai)發的(de)(de)(de)這類鋼板及配(pei)套的(de)(de)(de)焊接材料(liao)，能滿(man)足多樣化的(de)(de)(de)用(yong)戶需求(qiu)，特(te)別(bie)能適(shi)用(yong)于(yu)現代城市超高(gao)層和大跨度建筑物(wu)中(zhong)對立(li)柱等大型鋼結構(gou)的(de)(de)(de)材料(liao)及制作。
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