焊接部韧性好的建筑用高强钢板和焊接材料.doc

焊接部韧性好的建筑用高强钢板和焊接材料 一实现提高大热量输入焊接部质量的JFE EWEL技术一 摘要 JFE钢铁公司应用大热量输入焊接接头提高高韧性的技术“JFEEWEL7,开 发了建筑结构用高性能590N/mm2钢板（SA440）°“JFE EWEL是由最佳利用TiN 使粗粒焊接热影响部（CGHAZ）最小，和利用BN或Ca系夹杂物使粒内组织变 得细微以及实现低碳当量的合金设计组成。加之，新开发了通过冇效利用从焊接 金属部位（WM）扩散的B,以使焊接粘合部位（FL）附近的组织细化的焊接材 料。利用该技术生产板厚达100mm的SA440钢板，经确认满足目标母材性能。 并且，确认大热量输入焊接接头具有优秀的韧性，扩充了大热量输入焊接接头好 的建筑用高强钢板及英焊接材料的衔接。 1.前言 最近几年，吸取阪神淡路大地震的经验教训，从耐震的观念出发，对建筑领 域中的钢结构物，强烈要求提高韧性。 另一方面，作为大城市改造和开发事业的一环，大量建设并规划超高层建筑。 这些超高层建筑在追求大跨度的同时，汇聚商业区、写字间和酒店。为此，建筑 结构变得复朵，耐震构件周边或建筑结构发生变化的楼层，在地震时时有高拉伸 力作用在柱材上。因而，为防止脆性断裂，不止是柱子■梁焊接粘合部，柱材的 焊接粘合部也要求具有高韧性。 超高层建筑的柱材主要使用焊接了板厚超过40mm的高强度厚壁钢板的四面 箱型柱。四面箱型柱的焊接采用的是高效率的大热量输入焊扌—埋弧焊（SAW） 和非消耗式电渣焊（ESW）。在这种大热量输入焊接屮，焊接热影响部（HAZ） 和焊接金属部位（WM）的显微组织粗人化，不能避免传统钢中韧性低下的问题。 JFE钢铁公司推进了在如此人热量输入焊接下也能提高焊接部位韧性的钢板 和焊接材料的研究开发。最近，新开发了设计基准强度为440N/mm2的建筑结构 用高性能590N/mm2钢材和焊接材料，完成了抗拉强度从490N/mm2到590N/mm2 的大热量输入焊接部韧性好的建筑结构用钢板及英焊接材料的衔接。 本文对四面箱型柱上采用了提高大热量输入焊接部韧性的“JFE EWEL”和应 用了该技术的高性能590N/mm2钢板（SA440-E）的母材性能，和采用了开发的 SAW和ESW焊接材料的大热量输入焊接接头的性能进行阐述。 2.在四面箱型柱上运用大热量输入焊接和目标性能 2.1采用大热量输入焊接后HAZ的组织变化和技术课题 在施工四面箱型柱时，角部焊接采用SAW,内隔板焊接采用ESWo在实际 施工小的这些焊接线能量随着使用板厚的增加而增大，SAW有时超过60kJ/mm, 而ESW有时超过100kJ/mm。 大热量输入接头的组织变化以内隔板焊接（ESW）为例，在图1屮大致示 岀。HAZ由于长期滞留在超过1400°C的高温环境中，奥氏体（丫）晶粒明显变 得粗大。在焊接后的冷却过程屮，在从的相变吋，从丫晶界生产粗大铁素体 侧板的同时，市于原丫品粒内变成含硬质岛状马氏体（M?A）的上部贝氏体组织, HAZ韧性降低。通常，提高钢板的强度和壁厚会招致壇加碳当量（Ceq）,大大 降低HAZ韧性。 粗晶粒HAZ（低韧性）细晶粒HAZ（高韧性）Dupbu^m隔板Sldn plateFine grain HAZ iHi^h toigbness)Coarae grain HAZ I Lew tcci^hQe?)Base a Wen al (BM) 基底金加而板Upper bainite匕贝氏体 Z込 粗晶粒HAZ（低韧性）细晶粒HAZ（高韧性） Dupbu^m 隔板 Sldn plate Fine grain HAZ iHi^h toigbness) Coarae grain HAZ I Lew tcci^hQe?) Base a Wen al (BM) 基底金加而板 Upper bainite匕贝氏体 Z込4铁素体侧板 Schematic illustration of HAZ microstructure in large heat input welded joint *入冃热影响区 % I：接 属 He Affected zcnetUAZ) Weld meUl (WM) Fig.l 图1犬热量输入焊接接头HAZ显微组 织的示意图 2.2目标性能 母材和焊接接头的开发目标列于表1。目标钢板性能与取得国土交通大臣材 料认证的现行HBL325、HBL355、HBL385和SA440标准相同。并且，SAW和 ESW的HAZ、焊接粘合部（FL）和WM的（TC夏氏吸收能（vE0）与少量热输 入多层堆焊屮钢结构端梁焊接粘合部要求的性能相同，口标值在平均70J以上。 此外，标准符号末尾的?E代表采用了 （JFE EWEL）的人热量输入焊接部高韧性 钢板。 表1 钢板和焊接接头的冃标