沉淀强化型船体结构钢及焊缝中的铜

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1、增刊材料开发与应用·1·沉淀强化型船体结构钢及焊缝中的铜‘张俊旭，薛钢(洛阳船舶材料研究所，河南洛阻471039)摘要：本文简单综述了铜沉淀强化船体钢的发展及其特点，对钢和焊缝金属中的铜对强韧性的影响及其作用机理进行了详细的阐述。通过在钢中加入不小于1．O％的铜含量并进行一定的时效处理，铜能起到显著的沉淀强化作用，从而为降低钢中的碳含量，大幅度提高钢的焊接性能提供了条件。铜对焊缝金属有一定的强化作用。在一定的含量范围内不会造成韧性的恶化。关键词：铜；钢；焊缝；沉淀强化中图分类号：u668．2，TGl42．41文献标识码：A很早人们就对铜

2、在铁素体型钢中。的沉淀强化效应进行了研究，但由于铜容易与杂质元素形成低熔点相而产生热裂纹，铜在很多钢中都是作为杂质而被控制在较小含量范围内。随着冶炼技术的提高，杂质元素的进一步控制，铜在钢中的优势得以体现。利用铜的作用特点，人们成功研制了性能良好的铜沉淀强化钢，用于船体结构的建造。本文就铜沉淀强化船体钢的发展以及铜对钢和焊缝金属强韧性的影响及其作用机理进行简单的阐述。铜沉淀强化船体钢的发展上个世纪80年代初，美国海军为了降低舰船结构建造成本，缩短建造周期，在ASTMA710钢的基础上研制开发了屈服强度不小于560MPa级低碳铜沉淀强化钢

3、HSLA-80钢，用以取代HY-80钢[1--3J。1984年HSLA-80钢通过了各项性能、焊接性以及结构性能等各项鉴定，被纳入军用规范MIL-S-24645。目前H双A80钢已有完整的生产和建造工艺，已部分取代HY-80钢，成功应用于建造大中型不同型号的水面舰船。在HSLA-80钢开发成功后，美国海军从1985年起研制屈服强度不小于690Ⅷa级的低碳铜沉淀强化钢HSLA-100钢，用以替代HY-100钢。经全面评定认可，HSLA．100钢各项性能指标均满足HY-100钢的要求，1990年被纳入军用规范MIL-S-24645A，目前已

4、广泛应用于舰船结构的建造，在C、刷74航空母舰上HSLA-100钢的用量为1270吨，在aⅢ75上的用量达15420吨，在CVN76上的用量将更大[3,4]。随着美国HSLA-80／100钢的开发成功，在世界范围内掀起了铜沉淀强化钢的研制热潮。我国从上个世纪末开始进行铜沉淀强化钢的研制开发，取得了很大的进展，目前已研制开发成功了屈服强度大于600MPa、一40℃冲击功超过250J、同时具有优良焊接性能的铜沉淀强化船体结构钢[5-8J。2铜沉淀强化钢的特点与传统的中低碳调质船体用钢相比，铜沉淀强化钢的最大特点是明显降低了其中的碳含量，同时

5、在钢中添加超过1％的铜，利用铜在口．Fe中的沉淀析出，弥补由于碳含量的降低引起的强度不足。表1所示为美国中低碳调质钢HY-80／100钢与铜沉淀强化钢HSLA-80／100钢的化学成分。该表显示，HSLA-80／100钢的碳含量要求均小于0．06％，远低于相同强度级别的HY-80，100钢；而铜含量均超过了1．0％，分别为1．0％～1．3％和1．45％～1．75％。经淬火加时效热处理后，板厚小于12．7cm的HSLA-80钢的显微组织为针状铁素体，其厚板显微组织为多边形铁素体；HsI．A一100钢由于合金元素含量较高，具有较好的淬透性，

6、其显微组织为低碳马氏体或贝氏体，因板厚不同而有所差别。铜沉淀强化钢由于采用铜部分取代碳成为第二相强化元素，使对抗裂性不利的强化元素碳·2·材料开发与应用2005年12月HY_80(MUSl6216K)HsLA80(MIL，S24645A)HY-100(Mu，s16216K)}致A100(h_ⅡL．S24645A)0．13-0．180．10-0．40O．0150．0080．15-0．382．50-3．501．加～1．800．35-0．印0．25一·0．030．020．060．40～0．700．0200．0060．400．70-1．000．

7、60-0．900．15-0．251．00～1．300．02～0．06O．030．020．14～O．200．10～O．400．0150．0080．15～O．382．75～3．501．40～1．800．35-0．600．250．06O．75～1．150．0200．006O．加3．35～3．650．45～0．750．55-0．651．45-1．750．02-0．060．030．02注：1)未表明范围的为最大值；2)“一”为无规定。得以大幅度降低含量，从而在焊接HAZ中不会产生明显的淬硬组织，降低对氢致裂纹的敏感性，提高了钢的焊接性能。图1所示

8、为HY．80／100与HSLA-80／100钢的焊接性比较【1J，HY-80／100钢由于碳含量与碳当量均较高，在Gray—ille图中处于难焊接区，为获得合格的焊接接头，在焊接时需要进行较高温度的预热，同