氧化物冶金工藝在改善寬厚板焊接性能上的應(yīng)用

焊接是寬厚板加工的主要方式，因此焊接性能的好壞是寬厚板性能的極為重要的關(guān)鍵指標(biāo)之一。建筑構(gòu)件向大型化和高層化發(fā)展的趨勢要求鋼板厚度增加及鋼板強度提高，但隨之帶來焊接性能顯著下降、焊接裂紋敏感性增加等問題。另一方面，為了提高生產(chǎn)效率，要求鋼板能適應(yīng)大線能量焊接，然而隨著焊接線能量的提高，傳統(tǒng)鋼板的焊接熱影響區(qū)性能惡化，容易產(chǎn)生焊接冷裂紋問題，給大型鋼結(jié)構(gòu)的制造帶來困難。因此，如何在追求高強度的同時改善鋼板的焊接性能就成為越來越迫切需要解決的課題。從近幾年所報道的研究工作來看，氧化物冶金（oxidesmetallurgy）技術(shù)的應(yīng)用是解決該問題的一個重要新途徑，應(yīng)該引起我們的注意。

氧化物冶金技術(shù)的思路起源于對鋼中細(xì)小夾雜物的有效利用。本來，在煉鋼過程中，去除或減少各種非金屬夾雜物是最令人關(guān)心的問題之一。然而，非金屬夾雜物有二重性，換一個思維角度看，如將殘余夾雜物的尺寸控制在某一臨界尺寸以下，它不僅無害，還可以對組織與性能產(chǎn)生積極的影響，如阻止晶粒長大，提高強度等等。由此，從避免過度追求鋼的純凈度以生產(chǎn)夾雜物含量極低的鋼材這種十分困難而又很不經(jīng)濟的做法，到在冶煉過程中積極主動地設(shè)法形成和巧妙利用如超細(xì)氧化物顆粒那樣的夾雜物來改善材料性能，就發(fā)展為“氧化物冶金”的思想。

氧化物冶金技術(shù)應(yīng)用于厚板鋼方面的最新進展就是要滿足大線能量焊接的要求。主要有以下兩點：第一，大線能量焊接要求在1400℃高溫下仍保存具有很強釘扎作用的粒子，以避免奧氏體晶粒的粗化。傳統(tǒng)的鋼板是利用TiN的釘扎作用，但是TiN在1400℃會發(fā)生溶解而失去抑制晶粒長大的作用。應(yīng)用氧化物冶金技術(shù)形成高熔點并且尺寸僅為納米級的含鎂、鈣或鈦、鋁等元素的氧化物或硫化物顆粒，彌散分布于基體。這些顆粒在大功率焊接熱輸入峰值達(dá)到1450℃時，仍能保持穩(wěn)定，可以有效釘扎和阻止奧氏體晶粒在高溫下的長大。實驗表明，通過對鋼水進行鎂處理工序，可使晶粒尺度減小60%以上，大幅度改善了高強度管線鋼在現(xiàn)場敷設(shè)時環(huán)焊熱影響區(qū)的韌性。第二，大線能量焊接要求進一步細(xì)化焊縫和熱影響區(qū)的組織以縮小焊接部位和母材性能的差異。由氧化物冶金技術(shù)所形成的微細(xì)非金屬夾雜物在冷卻過程中可以充當(dāng)晶內(nèi)鐵素體形核點，大大提高形核率，促進有利于韌性的細(xì)密針狀鐵素體組織的形成。

氧化物冶金可以在正常的冶煉工藝（如脫氧、脫硫、鋼液凈化過程等）中進行，無需另外添加物料，不影響正常的生產(chǎn)過程，可起到進一步固定殘余氧、硫等元素的作用，使之轉(zhuǎn)化為對鋼的性能有益而無害的彌散顆粒。只要嚴(yán)格控制Mg、Ca、O、S等元素的含量，就可得到高溫下穩(wěn)定、細(xì)小彌散的夾雜物，而避免產(chǎn)生粗大的有害夾雜。日本新日鐵公司已將此技術(shù)成功地應(yīng)用于490～590MPa厚板鋼的大線能量焊接過程。這項技術(shù)也被列入日本“新世紀(jì)結(jié)構(gòu)材料開發(fā)計劃”之中。