造船用焊接熱影響區(qū)韌性優(yōu)越的高強鋼板實現提高焊接部位大熱量輸入質量的jfeewel技術

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1、造船用焊接熱影響區(qū)韌性優(yōu)越的高強鋼板實現提高焊接部位大熱量輸入質量的JFEEWEL技術摘要新開發(fā)“JFEEWEL”技術,其目的是為了解決旨在提高船舶建造效率而增大焊接線能量輸入的問題,從而提高因人熱量輸入所形成的熱影響區(qū)(HAZ)的韌性。所謂“JFEEWEL”,就是通過TiN的最佳利用來控制HAZ的粒徑;通過微合金控制來控制HAZ的品粒內組織;并通過超級-OLAC的運用,設計出最佳的基本成分。綜合以上各種技術要素,就形成了“JFEEWEL”概念。將該技術應用在集裝箱船舶用的超厚YS390N/mm2級

2、鋼材、LPG船舶用低溫型鋼、船體用YS355N/mm2F級鋼材中,從而開發(fā)出兼具優(yōu)秀的母材特性和焊接接頭特性的各種造船用大熱量輸入鋼板。1.前言近年來,在造船領域里利用集裝箱進行遠距離貨物運輸的需求不斷增大,在這種背景下,集裝箱船舶也在迅速向大型化方向發(fā)展。最近,建造出來的大型船舶由過去的6000TEU(twenty-feetequivalentunit:20英尺集裝箱的換算單位)級發(fā)展到8000TEU級。更有甚者超過10000TEU的超大型船舶的建造工作也在部分籌劃之中。與過去相比較,大型集裝箱船

3、舶所使用的鋼材,其對強度與壁厚的要求更高,使用了屈服強度(YS)達390N/mm2級、板材最大厚度在65mm以上的鋼板。在焊接這種厚壁鋼板時,因過去多層焊接工藝的施工效率非常低下,故要求適用高效率焊接的二氧化碳氣體保護焊(EGW)法,這種情況下的焊接線能量超過了500KJ/cm,是迄今為止所沒有的超大熱量輸入。另外,即使是集裝箱船以外的各種船舶,在高水準造船需求的背景下,也要求提高建造效率,進行單面1個焊道埋弧焊和EGW等高效率的大熱量輸入焊接。在這種大熱量輸入焊接方式中也有問題岀現。那就是焊接熱影

4、響區(qū)(HA乙heataffectedzone)的組織明顯變粗、變大;接頭部位的韌性急劇老化。另外,相對于鋼板的高強化與厚壁化,在過去的TMCP(thermo-mechanicalcontrolprocess:熱機械控制工藝)技術中,增加碳當量(Ceq)的是必不可少的,這也是導致焊接性能及焊接接頭部位韌性老化的原因。為了解決該課題,本公司運用高尖端微合金控制及最先進的TMCP技術開發(fā)岀了提高大熱量輸入焊接HAZ韌性的新技術“JFEEWEL”,并應用在了大型集裝箱船舶及LPG船舶等所使用的新型大熱量輸入

5、焊接用鋼板的開發(fā)工作中。木文就“JFEEWEL”的概要及運用木技術牛產的集裝箱船舶用YS390N/mm2級鋼板、低溫用鋼板和YS355N/mm2F級鋼板的特性進行介紹。2?“JFEEWEL”概要2.1大熱量輸入焊接時的課題大熱量輸入焊接時,傳統(tǒng)鋼材HAZ組織的大致情況如圖1(a)所示。隨著不斷焊接,熔融界線(連接線)的附近被加熱至1400°C以上的高溫,奧氏體晶粒明顯變粗、變大。為此,焊接后冷卻時,在奧氏體晶粒的邊界生成粗大的低韌性鐵素體側板的同時,原奧氏體晶粒的邊界也生成上部貝氏體,大大降低了焊接

6、接頭部位的韌性。尤其是高強度、厚壁材料,因提高了Ce.的成分,故更易于生成鐵素體側板及上部貝氏體,韌性老化更加明顯。2.2“JFEEWEL”技術要素為了解決2.1節(jié)中闡述的大熱量輸入焊接時的課題,圖2示出了其3大技術要素。它們是:(1)通過TiN的最佳利用來控制HAZ的粒徑;(2)通過微合金的運用及獨有的ACR(atomicconcentrationratio:自動濃度比)控制,對HAZ的晶粒內組織進行控制;(3)通過超級-OLAC的運用,設計出最佳的基木成分。綜合上述內容,從而制定出大熱量輸入焊接

7、的對策技術一“JFEEWEL”這個概念。根據對象鋼材的必要特性等,適當地選擇了各種技術要素。圖1(b)典型地表示出了應用“JFEEWEL”技術開發(fā)出來的鋼材的HAZ組織。通過控制粒徑,減少HAZ粗晶區(qū)寬度的同時,又通過控制晶粒內組織及最佳慕本成分設計,改善了品粒內組織。各技術要素的詳細內容如下所述。H?taffectedzcoelHAZi熔合線熱影響區(qū)Basemetal焊接金屬CoarsegrninFine卯inregionregion上貝氏體Ferritesideplate鐵素體側板丿喪底金屬We

8、ldaxulCoarsegrainFine*gniinregionregionIbiDewbpedsted開發(fā)鋼傳統(tǒng)鋼ia)CcaventionDlstcdFig-1Schematicdiagramoflargeheatinputweldedjoint圖1大熱量輸入焊接接頭示意圖任選三大技術要素圖2大熱量輸入焊接采用“JFEEWEL”改進HAZ韌性的概念和技術要素2.2.1HAZ的粒徑控制為了最人限度地減小人熱量輸入焊接吋HAZ的粗晶區(qū),需控制高溫下奧氏體晶粒的生長。

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