【模具焊丝】应用领域稳步扩大的TMCP技术

时间：2021-03-19

中国钢铁新闻网 TMCP钢较初应用于造船业，后来扩大到所有使用厚钢板的领域。TMCP钢的应用范围之所以如此广阔是因为TMCP钢所具有的高强度高韧性的特点，使其能满足厚板各种应用领域的不同要求，从而自然就使TMCP钢的应用范围扩大了。

TMCP的发展和工艺原理　　TMCP(Thermo Mechanical Control Process：热机械控制工艺)就是在热轧过程中，在控制加热温度、轧制温度和压下量的控制轧制(CR Control Rolling)的基础上，再实施空冷或控制冷却(加速冷却／ACC：Accelerated Cooling)的技术总称。 TMCP工艺是当今高性能钢材主要生产手段，是提高钢材的强度、韧性和焊接性的一种控制工艺技术。20世纪60年代，是石油能源开发的高峰期，在一些高寒地带必须使用低温韧性好的高强度管线钢，当时，日本的钢铁公司倾注全力，借助于较新型厚板轧机设备在短时间内利用控制轧制技术成功地开发了这种管线钢。20世纪70年代，人们经反复实验发现仅仅靠传统的控轧使相变组织微细化还远远不够，还需要通过冷却来控制相变本身。80年代初，日本首先建立了在线冷速系统，这是一个既能提高强度而又无损于韧性的措施。控制冷却是从Ar3以上的温度开始水冷，在相变终了温度附近(550～500℃)结束，然后进行空冷。控制冷却将空冷时生成的珠光体变成微细分散的贝氏体，这样控轧后进行控冷的组织是细晶铁素体和微细弥散型贝氏体的混合组织，铁素体晶粒的细化与贝氏体比率的增加可在提高强度的同时改善延伸性。控冷能获得细化效果的具体原因在于：控轧后引入加速冷却控制，可降低奥氏体的相变温度，过冷度增大，增大γ—α相变驱动力，使α相从更多的形核点生成，同时抑制α晶粒的长大，而且由于冷却速度增加，阻止或延迟了碳、氮化物在冷却过程中的过早析出，因而易于生成更加弥散的析出物。进一步提高微合金化钢冷却速度，可形成贝氏体或针状铁素体，进一步改善钢的强韧性。总之，TMCP技术是通过控制轧制温度和轧后冷却速度、冷却的开始温度和终止温度，来控制钢材高温的奥氏体组织形态以及控制相变过程，较终控制钢材的组织类型、形态和分布，提高钢材的组织和力学性能。　　TMCP的应用　　自20世纪80年代开发出TMCP技术以来，经历了20多年的时间，在这期间TMCP的应用范围不断扩大，目前已成为生产厚板不可或缺的技术。TMCP钢与常规轧制钢和正火钢相比，它不依赖合金元素，通过水冷控制组织，可以达到高强度和高韧性的要求，而且在碳当量较低的情况下能够生产出相同强度的钢材，因此可以降低或省略焊接时的预热温度；碳当量低又可以降低焊接热影响区的硬度，不容易形成因显微偏析而产生的局部硬化相，*保证焊接部位的韧性。目前，其应用领域除了造船领域外，还涉及了海洋结构件、管线管和建筑、桥梁等各种领域。另外，TMCP还是一项节约合金和能源的工艺。从环保方面来看，它也是一项意义深远的技术。　　1 船板　　TMCP钢首先是在造船领域*扩大应用的，TMCP钢的出现促进了高强度钢(HT)的扩大应用。从大型油船中高强钢的使用量变化来看，随着TMCP钢的出现，高强钢的使用量已由原来的20％～30％提高到60％～70％，而且甚至还使用了屈服强度为390MPa级的钢。由于提高了高强钢的使用比例和采用高屈服强度的钢，因此能大幅度减轻船舶的自重和节能，为提高经济效益和环保做出了很大的贡献。从实际生产的结果也可说明用TMCP工艺生产的船板具有高强度和良好的低温韧性，完全可以代替正火处理，而且TMCP具有较低的碳当量（Ceq），易于焊接。芬兰采用TMCP技术，生产了NVE360、NVE400、NVE500的产品，用于破冰船，NVE500 的Ceq仅为0.40%。另外，从提高运送效率的观点来看，集装箱船的大型化取得了显著的发展，装载量**过6000个集装箱的大型集装箱船已应用于实际。这就要求其船体的船舷外板和舱口挡板等重要构件使用板厚**过60mm、屈服强度为390MPa级的钢，并能进行350～450kJ／cm的**大线能量焊接，开发这种钢种也是以TMCP为基础，通过防止焊接热影响区(HAZ)显微组织粗大化技术的组合，对船体用钢进行开发。TMCP钢在厚钢板、高强度和大线能量焊接钢的开发应用上具有显著优势。　　2 海洋结构　　近年来，海底能源资源的开发地点正在向深海域、北海北部和北极海等寒冷海域推移。海洋结构件的建造也随之大型化，同时由于所处的环境也非常严酷，因此使用钢材的厚度变得更厚、韧性更高，使用钢材的屈服强度由355MPa级向420MPa级发展，尤其是较近还使用了屈服强度500MPa级的钢。为进一步提高海洋结构件用钢板安全可靠性，评价破坏韧性，使用了接头部的CTOD值(Crack Tip Opening Displacement：裂纹尖端开口位移)作为评价韧性的指标，例如要求在-10℃时CTOD的值为0．25mm的情况增多，为适应这种要求，必须应用TMCP技术。日本研制生产的屈服强度420MPa的钢（符合API 2WGr.60），厚度40～70mm，焊后热处理Akv（-40℃）280J，且FATT 达到-90℃～-100℃、Akv150J，用于海洋平台；利用TMCP技术，还开发了氧化物弥散分布的屈服强度500MPa的海洋平台用钢。　　3 管线用钢　　在高强度和高韧性管线管的开发中充分利用了TMCP技术，同时还广泛应用于耐酸性气体的管线管的生产。为降低酸性环境下的氢诱发裂纹(HIC)，应减少会导致HIC产生的[S]，并通过添加Ca来控制硫化物的形态，同时减少对HIC敏感的硬化组织区。采用TMCP可进行低C和低合金的成分设计，进而在连铸时可降低[Mn]等在板厚中心部的合金偏析量，尤其是在生产厚板时采用加速冷却可以抑制[C]向板厚中心部的扩散等，因此TMCP对提高抗HIC能力是不可或缺的工艺，TMCP钢已应用于许多耐酸性气体的管线管项目。用控轧控冷技术生产的X70管线钢，钢板组织以针状铁素体为主，综合性能完全符合管线工程要求，已成功应用于国内的西气东输工程上。高强管线管的应用，使我国天然气干线工作压力从6.4MPa提高到10MPa，较大地节约了材料成本并提高了管线输送压力，凸现了高钢级管线管建设长距离管线的经济优势。在西气东输二线工程中，运用TMCP工艺优势，将会生产更高级别的管线钢，使天然气干线输送压力可能达到12MPa或更高，进一步体现使用高强管线钢的经济优势。　　4 建筑用钢　　日本是多地震之国，从抗震性的观点来看，高层建筑物一般使用高强度低屈服比钢，它是利用钢材的塑性变形能够吸收地震的能量。为达到低屈服比，必须控制软质铁素体的百分率及其粒度。在生产高强度低屈服比钢时，有轧制后缓慢控制冷却的方法和将冷却开始温度控制在Ar3点以下的方法等，这些都是充分利用了TMCP技术。新日铁采用氧化钛和氮化钛弥散分布技术（简称HTUFF－Super HAZ Toughness Technology with Fine Microstructure Imparted by Fine Particles）开发了490MPa、520MPa、590MPa系列抗震建筑用钢，较大厚度100mm，焊接热输入可达1000KJ/cm，局部脆化减弱。随着高层建筑安全性越来越受重视，低屈强比钢种的应用会更加广泛。

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词条
词条说明
【模具焊丝】焊丝的主要分类都有哪些
在气焊和钨极气体保护电弧焊时，焊丝用作填充金属；在埋弧焊、电渣焊和其他熔化较气体保护电弧焊时，焊丝既是填充金属，同时也是导电电极。分类1、轧制焊丝大多数焊丝属于此类，包括碳钢焊丝、低合金结构钢焊丝、合金结构钢焊丝、不锈钢焊丝和有色金属焊丝等。2、铸造焊丝有些合金，如钴铬钨合金，不能锻、轧和拔丝，而用铸造方法制成。它主要用于工件表面的手工堆焊，以满足如抗氧化、耐磨损和高温下耐腐蚀等特殊性能要求。
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