超级钢及其焊接性研究现状

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1、超级钢及其焊接性研究现状

2、第1赵洪运王国栋刘相华杜林秀材料是现代文明的支柱之一。随着现代工业的发展，对材料性能的要求也越来越高。现代材料研究有两大趋势：（1）开发新技术、新工艺、新设备，以研究各种具有特殊要求或优异性能的新材料；（2）对现有传统材料如钢铁、铝、铜采用特殊的加工工艺，以大幅度提高其性能，有效地提高资源的利用率和回收率。由此可见提高性能、降低成本、减少对环境的损害，已成为上世纪末和本世纪初材料研究的一大热点。众所周知，在各种各样的材料中，钢铁材料一直占主导地位，曾经对社会的发展和人类的进步做出过突出的贡献。然而，

3、尽管钢铁问世已经3000多年了，至今实际使用的钢铁结构材料的强度水平仅达到理论强度的1/6～1/7，并且，其性能价格比较其它材料偏低，从而严重影响了钢铁材料的发展和应用。为了提高钢铁材料的竞争力并使构件轻型化，20世纪90年代中期，日本提出“超级钢”概念，即在保持材料其它性能不变和不提高材料成本的前提下，把现有钢铁材料强度和工程构件寿命分别提高一倍。随后，世界各国迅速展开对超级钢的研究和开发工作，并成为钢铁材料领域研究的热点。超级钢性能特点及关键技术1超级钢性能特点超级钢是利用普通低碳钢，在基本不改变材料成分，不提高材料成本

4、的前提下，通过控制轧制工艺和轧制温度，使材料强度提高一倍，而其他性能保持不变。因此，超级钢与传统材料相比具有以下特点：（1）比传统的钢铁材料有更高的性能价格比；（2）在强度上比传统钢铁材料高一倍以上；（3）在使用寿命上比传统材料高一倍；（4）基本消除宏观偏析。而在生产实际中，为了达到超级钢的性能指标，就必须严把生产关，使超级钢钢质达到以下三项技术要求：（1）超洁净化：一是最大限度的祛除钢中S、P、O、N、H（有时包括C）等杂质元素的含量（S+P+O+H+N≤50PPM）；二是严格控制钢中夹杂物的数量、成分、尺寸、形态及分布。

5、（2）高度均匀化：即指钢材成分、组织和性能的高度均匀，尽可能的减少钢在凝固过程中的偏析。（3）超细晶粒化：即要求钢的铸态组织充分细化，原始晶粒能被充分破碎，最终晶粒尺寸达到10mm以下。实践证明，在保证上述技术指标的条件下可使钢的强韧性获得大幅度提高。2超级钢生产关键技术金属的强化方式有固溶强化、析出强化、位错强化、热处理强化、沉淀强化和晶粒细化强化等。在这些强化方式中，晶粒细化是唯一能够同时提高强度和韧性的有效方法。其它方法都是在强度提高的同时，冲击韧性下降。，因此，获得超细晶粒金属材料的加工工艺是超级钢生产过程中的关键技

6、术。而在实际生产中，根据材料成分和性能不同，获得超细晶粒组织的工艺有：（1）ECAP工艺；（2）ARB工艺；（3）CSP技术；（4）弛豫析出控制相关技术。目前，国内外超级钢生产中普遍采用的晶粒细化技术为弛豫析出控制相关技术。超级钢研究现状1997年日本首先提出了“超级钢”的概念，即在保持材料其性能及成本不变的前提下，把现有钢铁材料强度提高一倍，并启动“超级钢”在内的四大科研项目，预计10年完成研究工作希望2015年前后更换基础设施。2001年，欧盟启动“超细晶粒钢开发”计划，2002年，美国公布实施两个“超级钢开发项目”。我

7、国1998年启动了国家重大基础研究计划项目（973项目），－“新一代钢铁材料的基础研究”课题。到2002年底，基础理论研究工作已基本完成，并成功开发200Mpa，400Mpa和800Mpa级超级细晶粒钢的生产工艺，现已在宝钢和本钢等厂家投入批量生产，该项目科研成果相继被列入国家高技术研究发展计划（863计划），正在全国各行业推广应用。超级钢典型产品介绍400Mpa级超细晶粒钢是国家重点基础研究计划项目（973项目），－“新一代钢铁材的基础研究”的研究内容之一，其目标是对现有Q235级别的碳素钢在基本不改变成分的情况下，通过特

8、殊的加工工艺，在保证韧性和塑性的同时使钢材的屈服强度提高一倍，以代替同强度级别的低合金高强度钢。它也是目前我国已批量生产并应用于实际生产的一种超级钢400Mpa超级钢产品及其生产技术对于我国国民经济和社会发展具有重要意义，在国民经济的许多行业均具有广阔的推广应用前景。首先，在国内外汽车生产厂普遍追求降低成本、减轻自重、减少油耗的背景下，超级钢首先在汽车制造行业找到了市场并且前景良好。其次，400Mpa超级钢的生产技术可以推广应用到线材、中厚板等品种，这为超级钢在建筑业以及其它行业的应用开辟了途径。建筑业是普碳钢应用最为广泛的

9、领域，应用超级钢来替代传统的II级钢筋具有良好的前景；在造船、桥梁以及压力容器等领域也可以应用超级钢的生产技术来实现减少合金元素用量、降低成本、改善性能的目的，因此在这些领域也具有广阔的应用前景。另外，400Mpa超级钢的生产技术可以应用于更高强度级别超级钢的开发，并由此带动普碳钢乃至结构