高強鋼在輕量化結構設計中的應用及其焊接

張巖

摘要：介紹了高強鋼的使用特性，綜述了目前世界各國高強鋼在橋梁、工程機械、汽車制造、建筑工程、飛機制造、石油管線等行業中的應用情況?？偨Y了高強鋼的焊條電弧焊、氣體保護焊、藥芯焊絲氣體保護焊、埋弧焊、激光焊、激光-MAG復合焊、攪拌摩擦焊等焊接工藝及其特點。并分析了高強鋼在焊接時因其合金元素復雜、強化機理多樣導致的氫致裂紋、冷裂紋、熱影響區性能轉變等問題，介紹了為解決高強鋼焊接問題進行的焊材研究及其進展。

關鍵詞：高強鋼;輕量化;焊接性;焊材

中圖分類號：TG457.1? ? ? 文獻標志碼：C? ? ? ? ?文章編號：1001-2003（2021）12-0034-07

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.12.07

0? ? 前言

2020年世界粗鋼年產量高達近19億噸，我國粗鋼產量首次超過10億噸，鋼鐵已是工業中的主要材料。隨著工業設計理念朝著減重、節能的方向發展，高強鋼的研發和使用成為焦點。我國自1997年開始開展“ 新一代微合金高強高韌鋼的基礎研究 ”國家攀登項目，經過20多年的努力，高強鋼及超高強鋼的種類越來越多，強度越來越高，在高強鋼的使用上逐漸達到世界先進國家水平。高強鋼由于其具有高強度、高塑韌性等特點，在焊接結構中的使用量逐年遞增。高強鋼的使用解決了很多結構設計中存在的高承載和低自重的矛盾問題，但是由于其成分復雜，強化機理與傳統鋼不同，所以目前高強鋼的焊接仍存在很多問題。

1 高強鋼的價值及其應用

1.1 高強材料出現的原因

傳統鋼材一般屈服強度195～275 MPa[1]，低溫使用性能自室溫到-4 ℃。在該強度和韌性的條件下若要提高鋼材的承載能力，只能采用更大的設計截面，而截面尺寸的增加會導致焊接構件的自重增加，從而帶來鋼材消耗量增多和構件額外的載荷，這既不符合現代工業“ 清潔、綠色、環保 ”的發展方向，也不符合結構越來越高的承載要求。

目前各國并未對高強鋼進行準確定義，我國普遍將屈服強度超過355 MPa的鋼材稱為高強鋼，將屈服強度超過780 MPa的鋼材稱為超高強鋼[2]。高強鋼優越的力學性能可以解決傳統鋼材強度不足及塑韌性差給結構設計帶來的影響等問題。隨著鋼材強度的增加，不僅可以減小結構承載截面，也能提高鋼材的低溫使用性能。所以高強鋼在各焊接相關行業中的應用越來越廣泛。

1.2 世界鋼材的發展階段

國際上，美國最早提出高強鋼概念，并于20世紀80年代開始研究形變誘導相變（DIT）鋼;日本、韓國自20世紀90年代起就開始研究“ 強度翻番、壽命翻番 ”的高強鋼。我國1997年啟動“ 新一代微合金高強高韌鋼的基礎研究 ”，經過各鋼鐵企業和高強鋼應用企業的共同努力，已經將鋼的強度自235 MPa提升至約1 000 MPa，目前我國高強鋼主要以超細晶粒鋼、超低碳貝氏體鋼、高氮鋼、中錳鋼等為主，且正在進一步研發高強鋼的其他強化方式以提高其強度等級[3]。

1.3 高強鋼的應用情況

1.3.1 鋼結構橋梁制造

隨著全球經濟的高速發展，鐵路、公路橋梁的建設需求與日俱增，江河、海洋等各種復雜環境下遠距離大跨度橋梁的制造越來越多，承載要求也越來越高。以往鋼結構橋梁的主體材料多為強度級別較低的235 MPa、345 MPa或者普通橋梁鋼，在大跨度鋼橋設計上，由于桿件受力增大，如果采用傳統的345 MPa及以下強度級別的鋼材，就需要增大鋼板厚度或增加桿件的加筋結構，這會大大增加鋼材用量，既會增加橋梁的自重也會增加制造成本，而使用高強鋼則可以輕松地解決該問題。

1969年，德國萊茵河斜拉大橋首次使用屈服強度460 MPa的高強度鋼材來制作橋梁。近些年分別有法國Millau大橋、德國Ingolstadt高速公路橋、瑞典48 m跨快速軍用橋梁等各種橋梁，鋼材強度從460 MPa提升到690 MPa[4]。

新中國建立以來，我國的橋梁建設突飛猛進，逐漸追上世界各國橋梁建設的步伐，從1957年建成第一座公鐵兩用橋——武漢長江大橋到2020年7月建成的滬蘇通長江公鐵大橋，橋梁用鋼從前蘇聯援助的235 MPa的普通橋梁鋼到擁有自主知識產權的500 MPa高強橋梁鋼，我國僅用50多年的時間就實現了高強材料的發展飛躍[5-12]。根據我國橋梁用結構鋼標準GB/T714：2015規定，目前我國列入標準的橋梁鋼強度等級有Q345q、Q370q、Q420q、Q460q、Q500q、Q550q、Q690q[13]，已達到國際先進水準。

與普通鋼結構相比，高強度橋梁鋼解決了橋鋼梁制造中鋼板厚度必須足夠小以減小結構對柱子的平動和轉動約束，同時鋼板厚度又必須足夠大以承擔豎向荷載和彎矩的問題[14]。同時，高強鋼大大減小了鋼板截面厚度和焊縫尺寸，從而在保證橋梁的使用壽命同時也降低了焊接作業量、縮短施工周期，顯著提高了經濟效益。

1.3.2 工程機械制造

在工程機械制造中，高強鋼具有比普通鋼更好的強度及耐磨性能，因此被廣泛應用于結構件和耐磨件等部件的制造。

在國外，FE公司研發了HITEN高強鋼系列的590S、690S、780S和980S等鋼板，JFE公司研發了VERHARD高強鋼，強度高且具有良好的韌性和焊接性能，為工程機械制造提供了更多更好的母材選擇。我國亦有很多鋼鐵企業進行了高強工程機械結構鋼的研發，比如寶鋼于2000年研發的第一代BS600MC和BS700MC高強鋼、2005年研發的第二代BS700MCK2、BS600MCJ4、BS550MCK4高強鋼[14]等，舞鋼研發的WQ690（WH80Q）等鋼板[15]，這些高強鋼具有良好的可焊接性和冷成形性，適用于制造承載較高的煤礦液壓支架、重型車輛、工程機械等鋼結構件。

1.3.3 汽車（轎車）制造

汽車行業設計中經常使用鋁合金、塑料、碳纖維等非鐵材料，由于這些材料存在制造成本高、后續車輛維護費用貴、焊接及熱加工工藝性能差等問題仍無法大量使用，所以目前高強鋼仍是汽車產業中使用最多的材料，主要用于白車身結構件、外覆蓋件、車輪以及懸掛件等構件[16]。試驗表明，4門轎車如果車身90%改用高強鋼，在成本幾乎不變的前提下可以將車重減輕約25%，且其靜態抗扭能力提高80%、靜態抗彎能力提高52%、第一車身結構模量提高58%，整體滿足標準規定的碰撞要求[17]。

自2000年來，福特、豐田、奇瑞等汽車制造企業開始大量使用屈服強度590～780 MPa的高強鋼。寶鋼于2015年2月研發成功QP1180GA汽車用高強鋼，其強度級別首次達到980 MPa，且延伸率達到15%，該鋼具有一定的焊接性[18]。除寶鋼外，浦項、JFE、蒂森克虜伯等公司也為汽車行業開發了同等強度級別的高強鋼。

1.3.4 大型船舶制造

隨著船舶大型化、超大型化的發展，船用高強鋼使用量和需求也越來越多。根據國家標準規定，目前常用的船舶高強鋼主要有AH36、AH40等高強結構鋼和AH420-FH420、AH460-FH460、AH500-FH500、AH550-FH550、AH620-FH620、AH690-FH690等超高強度結構鋼，這些鋼的屈服強度可達690 MPa，低溫沖擊性能F級別最低能達到-60 ℃縱向沖擊吸收能量69 KV2/J[19]。我國鞍鋼于2006年成功研發出FH420-FH500強度級別的船板鋼，2011年成功研發FH620-FH690強度鋼板，并通過九國船級社認證，這標志著我國船用鋼全面進入高強、超高強時代[20]。

1.3.5 建筑工程應用

近年來，全世界礦產資源日趨減少，但建筑設計卻朝著“ 高、大、怪 ”的方向發展[21]，促使在建筑結構設計中優先考慮高強鋼。1993年建成的日本橫濱Landmark Tower大廈，其I形截面柱采用了600 MPa鋼材;2000年建成的德國柏林索尼中心大樓，屋頂桁架桿件采用S690型鋼;2005年底建成的悉尼Latitude大廈的第16層采用690 MPa超高強度鋼材鋼結構作為轉換層。我國近些年采用高強鋼的建筑結構也呈井噴式增長。如2008年建成的國家游泳中心，采用Q420級別的鋼材;國家體育場（鳥巢）首次在建筑結構中采用Q460及Q690鋼材[22];深圳會展中心采用550 MPa的鋼材。

1.3.6 飛機制造

飛機中的高強鋼主要在發動機、大梁、起落架等部位使用。我國在起落架制造中焊接，用材主要是低合金超高強度鋼，先后研制出30CrMnSiNiZA、Gc-4（40CrMnsiMoVA）和40CrNi2Si2MoVA等高強鋼材，隨著合金成分的變化，這些鋼的強度指標上升的同時其塑韌性指標也能滿足起落架的沖擊要求[23]。

1.3.7 石油管線

截止至2020年，我國油氣管道總里程累計達到14.4萬千米，X70、X80、X90和X100強度等級的管線鋼管，在化學成分設計、合金含量控制、軋制工藝和鋼管制造等方面日益完善，在解決焊接冷裂紋和焊接熱影響區（HAZ）脆化等方面優勢明顯。我國自20世紀50年代到70年代，石油管線建設主要使用Q235和16Mn鋼，90年代開始建設的鄯烏輸氣管線、陜京輸氣管線和庫鄯輸油管線三條油氣管線，開始采用國產的X52、X60和X65。1999年，西氣東輸管道建設時開始研發X70管線鋼。近些年，隨著我國鋼材的快步發展，目前X80、X90、X100、X120的管線鋼已逐步投入使用[24]。

1.4 高強鋼的發展方向

從目前工業產品的設計角度可以看出，高強鋼的使用和發展要求越來越高，原有的500 MPa以下強度級別鋼材已經不能滿足結構設計需求，更高強度的鋼在工業生產中的需求極其迫切，尤其是橋梁制造行業。將來高強鋼的使用量將會超越普通鋼。

目前，多數焊接用高強鋼很難達到超高強度，其原因是現有技術很難在鋼鐵產品制造中兼顧鋼材的強度和塑韌性，強度提高往往會導致鋼材的塑韌性急劇下降，無法兼顧各方面力學性能，對焊接等材料加工過程造成負面影響。所以高強鋼的發展除了考慮母材力學性能外，還需考慮提高其加工性能，尤其是焊接性。

2 高強鋼的焊接

2.1 高強鋼的焊接工藝

2.1.1 高強鋼的連接

焊接作為目前鋼鐵材料主要的連接方式，具有很多機械連接不具備的優勢，如焊接可以實現密封也可以采用對接接頭來降低材料搭接時的自重，同時，也能解決應力集中等問題，另外，熔化焊可以實現冶金連接，所以焊后金屬強度能夠得到保障。

2.1.2 高強鋼常用焊接工藝

目前，高強鋼在生產制造中最主要的焊接工藝為焊條電弧焊、二氧化碳氣體保護焊、藥芯焊絲氣保焊、埋弧焊等。隨著技術的發展，除上述焊接工藝外，激光焊、激光-MAG復合熱源焊、攪拌摩擦焊等焊接工藝也逐漸得到應用。

（1）焊條電弧焊。

焊條電弧焊由于其具有焊接操作靈活、設備成本低等特點，非常適合高強鋼單件或小批量生產。焊條電弧焊采用氣渣聯合的保護形式，相較于氣體保護焊而言，其抗風能力強，很適合場館、橋梁建設等室外焊接作業。同時，焊條電弧焊的藥皮成分可調節，可根據母材的性能要求調整焊條藥皮成分來解決諸如高強鋼焊接時的擴散氫、塑性下降等工藝問題。因此，焊條電弧焊是高強鋼小批量、室外焊接的首選。

（2）氣體保護焊。

采用實心氣體保護焊或金屬粉末芯氣體保護焊工藝焊接高強鋼時易實現機械化和自動化，能提高批量生產的效率，該工藝在焊接過程中幾乎沒有熔渣，不存在焊后清理問題。

（3）藥芯焊絲氣體保護焊。

藥芯焊絲氣體保護焊工藝過程與實芯焊絲氣體保護焊類似，亦采用φ（CO2）20%+φ（Ar）80%進行焊接過程保護，藥芯焊絲較實心焊絲氣保焊而言焊接熔敷率高，可采用相對大的電流進行焊接，生產效率更高，且藥芯焊絲中焊藥成分易于調節，電弧更穩定、熔滴過渡更均勻，所以焊接飛濺小、焊縫美觀，更適合高強鋼焊接[25-27]。李亞江[28]等人通過“ 鐵研試驗 ”發現藥芯焊絲比實心焊絲的焊縫斷面裂紋率小得多，并且其焊縫強度和塑性也優于其同等強度級別的實心焊絲。張占偉[29]等人對X80管線鋼使用自保護藥芯焊絲焊接環縫，結果證明，藥芯焊絲可適應各種焊接位置，焊縫組織均由性能良好的貝氏體及鐵素體組成，接頭強韌性匹配良好。

（4）埋弧焊。

埋弧焊具有焊接速度快、效率高、一次成型厚度大等工藝特點，很適合大厚件、長焊縫的高強鋼焊接，并且與焊條電弧焊類似，其焊劑可給熔池提供合金元素，從而調整熔池的組織和力學性能，保證高強鋼的焊縫性能滿足要求。但是由于焊接位置受限，埋弧焊比較適合平焊或船型位置的焊接而不適合仰焊等空間位置，故埋弧焊更適合高強鋼的廠內大厚件平焊焊接。

（5）激光焊。

激光焊可以解決高強鋼常規弧焊熱輸入大引起的焊接變形大、焊縫及熱影響區中合金元素損失等問題。尤其是在汽車制造中薄板及型材的焊接中，其結構和尺寸對熱輸入的敏感性更高。Shao H.及Spena P. R.等人研究表明，任何接頭形式在激光焊接后熱影響區寬度都較窄，其組織均與母材差異不大[30-31]。

環鵬程等人[32]采用激光焊焊接800 MPa高強鋼板，發現激光焊熱輸入達到42.0 J/mm以上即可焊透2.8 mm高強鋼板，其焊縫抗拉強度基本與母材相當，拉伸性能良好，沖擊功可達母材的85.6%，這說明在高強鋼薄板焊接時，較其他熔化焊而言，激光焊焊縫性能更好。

（6）激光-MAG復合焊。

單純采用激光焊也存在一些問題，比如激光束的直徑很小對工件裝配間隙要求嚴格，高反射率、高導熱系數材料的激光焊接比較困難，另外，激光焊冷卻速度快會導致高強鋼焊接時易產生淬硬組織和裂紋?？刹捎眉す?MAG復合焊接替代單純的氣體保護焊或激光焊，兼具電弧焊和激光焊的優點。雷震[33-36]等人得研究表明，以屈服強度960 MPa高

強鋼為例，激光-MAG復合熱源相較單獨的MAG熱源在焊接時熱輸入下降50%以上，熱影響區比MAG熱源窄70%，粗晶粒區也縮小至MAG焊的10%左右，有效解決了普通MAG焊在焊接時產生的成分、組織及焊接殘余應力等問題。

（7）攪拌摩擦焊。

在高強鋼薄板及超薄板采用熔化焊時，焊縫中存在與母材不同的焊縫組織以及焊接殘余應力，也會出現強度下降等問題，對焊后承載有很大影響。攪拌摩擦焊（FWS）是一種固相連接技術，具有接頭性能好、焊接變形小、幾乎無熔化缺陷等優點[37-38]。以汽車行業中乘用車用高強鋼為例，隨著強度的增加，其碳當量增加，熔化焊焊接性變差，尤其是表面含有鍍鋅層時，而攪拌摩擦焊能有效地解決高強鋼熔化焊過程中產生的氣孔、夾渣、焊接殘余應力、氫致脆性、熱影響區力學性能下降等問題[39]。

2.2 高強鋼焊接存在的問題及發展方向

高強鋼生產時的強化方式導致其成分較普通鋼復雜得多，焊接時的問題也更多，比如，高強鋼焊接時存在氫致裂紋、冷裂紋、焊接接頭的疲勞、焊接熱影響區強度及韌性的變化等問題[40]。

2.2.1 氫致裂紋

高強鋼焊接時，為了滿足材料的使用要求并盡量得到與母材一致的力學性能，其填充金屬中的合金元素較多，這會影響焊接時的預熱溫度，高強鋼焊后冷卻過程也會隨之改變，其熱影響區的金屬會比焊縫金屬更早發生奧氏體向鐵素體的轉變，從而導致氫從熱影響區向焊縫擴散，更易在焊縫金屬中產生氫致裂紋。P Nevasmaa等人[41]研究發現，氫致延遲裂紋在屈服強度580～900 MPa的高強鋼中出現的機率遠大于580 MPa以下的鋼，且母材屈服強度越高焊后氫致裂紋出現的時間越短。

2019年張體明[42]等人對石油高強管線鋼X80的焊接殘余應力及熱影響區組織差異對擴散氫的影響進行模擬分析，發現雖然焊接殘余應力與不均勻的焊縫組織都會對擴散氫存在影響，但焊接殘余應力的影響大于組織均勻性，在殘余應力最高的焊縫中心，擴散氫的濃度約是不考慮焊接殘余應力影響時的2.7倍。因此，焊接殘余應力是擴散氫富集的重要影響因素，而擴散氫富集將會引起構件的氫致失效，所以在高強管道鋼焊接時要注意焊接殘余應力的預防與消除。

2.2.2 冷裂紋

以石油管線鋼為例，該鋼種是基于低C-Mn-Si合金化而發展起來，以鐵素體/珠光體鋼和鐵素體/針狀鐵素體鋼兩種組織類型為基礎。近年來研發的X100、X120是在針狀鐵素體基體上含有少量馬氏體和粒狀貝氏體的組織。X100管線鋼作為油氣管道的新型高強鋼管，其基體組織為粒狀貝氏體，具有超高的強度及良好的韌性，但是在焊接時由于其強度高（屈服強度763 MPa）、合金成分復雜（碳當量0.522），所以焊后易產生淬硬組織及粗大的晶粒，焊后冷裂紋傾向增大。徐學利等人[43]研究表明，提高預熱溫度可以增加其斷裂應力，并且使焊接接頭處的BF分布緊密從而降低BF組織的分布區，進而減小X100鋼的冷裂紋傾向。

除石油管線外，研究發現工程機械用高強鋼焊接冷裂紋與預熱溫度有直接關系。程浩軒[44]針對Q1100E使用φ（CO2）20%+φ（Ar）80%的熔化極氣體保護焊進行試驗，焊絲為德國蒂森公的司φ1.2 mm GM120 實心焊絲，發現在焊前將工件預熱至不低于125 ℃，可以防止焊后冷裂紋的出現。

2.2.3 熱影響區性能轉變

2009年馮偉等人[45]對Ni含量8%的低碳貝氏體高強鋼（980 MPa）進行焊接熱模擬研究，結果表明，隨著焊接熱輸入的增加，該鋼在細晶區出現孿晶馬氏體和少量板條狀馬氏體，其中孿晶馬氏體導致細晶區韌性下降，而粗晶區出現粗細相間的板條狀貝氏體組織并在貝氏體上析出彌散碳化物，板條貝氏體界面還存在奧氏體薄膜使得粗晶區韌性提高，因此該高強鋼熱影響區中的細晶粒區成為最薄弱環節。

2012年婁宇航等人[46]對690 MPa低合金高強鋼焊接接頭組織和力學性能進行研究，發現無論采用焊條電弧焊還是埋弧焊，焊縫組織均為板條狀貝氏體和少量針狀鐵素體，熱影響區的粗晶區主要為貝氏體和少量馬氏體。雖然兩種焊接工藝得到的焊接接頭組織基本一致，但是由于埋弧焊熱輸入比焊條電弧焊高，所以埋弧焊的初始奧氏體晶粒尺寸大于焊條電弧焊?？偟膩碚f，這兩種焊接工藝均能得到較高抗拉強度的焊接接頭，但是埋弧焊焊縫硬度高于焊條電弧焊，這兩種焊接工藝焊縫區和熔合區均能達到-50 ℃時沖擊功大于27 J，能滿足高強鋼焊后韌性要求。

2017年溫長飛等人[47]在JA Gianetto[48]等人的研究基礎上通過焊接熱模擬試驗研究了1 300 MPa的超高強鋼焊后韌性問題，發現多層多道焊接時由于二次或多次加熱、加熱溫度高、加熱區域受熱不均、冷卻速度快，因而在熱影響區局部發生脆性轉變導致焊接接頭韌性下降，熱影響區塑性與第二道焊縫加熱溫度峰值有關，隨著峰值的提高，韌性增加，當溫度峰值超過800 ℃時裂紋擴展功明顯增加。另外，1 300 MPa超高強鋼焊接時會在原始奧氏體晶界處產生馬氏體-奧氏體組元，該組元晶粒粗大且成鏈狀，所以熱影響區硬脆性大，脆性斷裂易由此處開始。同年崔冰等人[49]對Q890高強鋼的熱影響區韌性及其裂紋擴展規律進行了研究，發現調質供貨的Q890鋼焊接時隨著熱輸入的增加，熱影響區的晶粒粗化現象明顯，并且由于粗晶區析出馬氏體-奧氏體組元體積分數增加、平均長寬比增大、大角度晶界減少等原因，熱影響區脆性增大。

2019年肖紅軍[50]等人利用Gleeble-1500熱模擬試驗機針對1 000 MPa高強鋼焊接時不同熱輸入下熱影響區韌性的變化問題進行研究，結論與溫長飛等人基本一致，在一次熱循環后，隨著線能量的增加，沖擊韌性先增加然后下降，組織由馬氏體向馬氏體與貝氏體的混合組織轉變，粗大的馬氏體和貝氏體組織及板條間和板條內碳化物的存在是造成韌性下降的主要原因。焊后其熱影響區的細晶區韌性較粗晶區好，而臨界粗晶區的韌性最差，最易發生裂紋擴展。同年張楠等人[51]用熔化極混合氣體保護焊（MAG-M）焊接含Ti-Nb成分的控軋控冷（TMCP）700 MPa的高強鋼來研究其焊接接頭力學性能。試驗結果表明，隨著焊接熱輸入的增加，焊接接頭的強度會有一定幅度的下降，焊接熱影響區也存在軟化問題，其硬度小于母材硬度，這是因為焊接導致TMCP鋼原來的晶界強化、變形強化、析出強化等強化手段消失、強度下降、焊接接頭軟化。如果在TMCP鋼中增加一定百分含量（質量分數10×10-6～12×10-6）的B就能有效地解決焊后接頭軟化問題，為焊接提供更大的工藝窗口。盧尚文等人[52]采用屈服強度960 MPa的含Cr、Nb、V、Mo等元素的高強鋼，碳當量0.58，針對該材料的焊后冷卻速度進行研究，發現隨著焊后冷卻t8/5的不同，焊后組織形態也不同，隨著冷卻速度變慢，焊縫組織從100%馬氏體到逐漸析出貝氏體，當冷卻速度緩慢時，熱影響區組織中貝氏體逐漸減少、鐵素體和珠光體混合組織增多，其熱影響區韌性增加。

2.3 高強鋼焊接填充材料的發展狀態

高強鋼焊接目標是在焊接接頭處獲得適當的強度（抗拉強度和疲勞強度）及良好的韌性，避免產生冷裂紋。而高強鋼焊縫的性能不僅取決于母材，也取決于焊接填充材料的成分，較為理想的填充材料要能在焊接時能起到調整焊縫合金元素、抑制焊縫不良組織的形成、防止焊縫裂紋出現、改善焊縫力學性能等作用。目前很多專家專門針對成分及強度各異的高強鋼或超高強鋼研制了一系列焊接填充材料。

2015年吳炳智[53]等人為高強鋼研制了960 MPa級的φ（CO2）20%+φ（Ar）80%的混合氣體保護焊實心焊絲，在Q235上進行焊接，分析了焊縫的組織和沖擊韌性，發現焊后金相組織為粒狀貝氏體和低碳馬氏體，并且熱輸入在13.7 kJ/cm時焊縫的沖擊韌性達到最高值，-40 ℃時裂紋擴展功能達到63 J;熱輸入達到較大的22.0 kJ/cm時也能保證-40 ℃吸收總功為51.8 J，這說明該焊絲即使在較大的熱輸入時也能提供良好的韌性。

2017年李丹暉等人[54]研發了與Q960高強鋼相匹配的抗拉強度為920 MPa的氣體保護焊實心焊絲，其主要合金成分為Mn、Ni、Cr、Mo，可通過真空冶煉技術制作，該焊絲能夠達到-60℃時沖擊功66.7 J，通過嚴格控制各合金百分含量使其焊后組織為貝氏體和馬氏體且馬氏體含量占比較低，從而保證焊縫淬硬傾向不會過大。

2018年劉政軍等人[55-56]研制了960 MPa的高強鋼藥芯焊絲，其主要成分為Mn、Ni、Mo、Cr并加入微合金化元素Ti、B、Nb、Al。試驗采用舞鋼生產的Q960作為母材，結果表明該藥芯焊絲焊接接頭抗拉強度均值能達到952.24 MPa，屈服強度均值能達到890.56 MPa，斷裂延伸率能達到17.2%，斷面收縮率能達到26%，沖擊功在-20 ℃時能達到70 J，這表明該焊絲能基本滿足高強鋼的焊縫力學性能。另外，該焊絲的合金成分中的B元素可促使針狀鐵素體形核，抑制塊狀鐵素體形成，但隨著焊縫中N元素的增加，B元素的作用會降低。除B元素外其他元素也能起到提高焊縫金屬強度作用。

3 結論

焊接性是材料加工性能好壞的重要考慮環節，目前急需解決的問題是在生產制造領域如何更經濟、可靠地生產焊接性良好的高強鋼。另外，材料的焊接性也與鋼材的加工手段息息相關，高強鋼的焊接問題隨著鋼材強化機理的發展而發展，從目前鋼材的焊接問題研究中不難發現，高強鋼的焊接方法仍需創新，如高能束焊接或熱塑性焊接工藝的研究還需深入。

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