日本“超級鋼”項目研究的課題之一是“焊接性能優良的800MPa級高強度耐磨板研究”。目前鐵素體珠光體鋼的抗拉強度都在500MPa以下，抗拉強度超過500MPa的高強度耐磨板主要是通過添加合金成分，形成貝氏體、回火馬氏體等高強度耐磨板。但是，隨著合金元素的增加，不但提高鋼的成本，而且使煉鋼和精煉難度加大，更重要的是使焊接性能變差，高強度耐磨板焊接接頭的疲勞強度僅為60～100MPa(為母材基體強度的10%)。具有C-Si-Mn基本成分的鐵素體鋼具有良好的焊接性能，但用目前技術生產的高強度耐磨板的強度有限，因此該課題的研究目標是：以C-Si-Mn成分為基礎，通過晶粒細化，將晶粒尺寸從10μm細化到1μm，獲得強度與硬度平衡的超細鐵素體2珠光體復相組織，開發出抗拉強度為800MPa級別的超細晶粒鋼，同時開發具有優良焊接性能的超級耐磨板的焊接工藝。為此，該(gai)課(ke)題(ti)從以下(xia)兩個方面進行研究。
(1)超(chao)細(xi)晶(jing)材料的(de)研(yan)制。采(cai)(cai)(cai)用大的(de)塑性應(ying)變(bian)(bian)(bian)能夠制備出超(chao)細(xi)晶(jing)鐵素(su)體(ti)晶(jing)粒。但是采(cai)(cai)(cai)用大的(de)塑性應(ying)變(bian)(bian)(bian)進行(xing)單向(xiang)變(bian)(bian)(bian)形(xing)時，材料在厚度(du)方向(xiang)變(bian)(bian)(bian)形(xing)不(bu)均(jun)勻(yun)，致(zhi)使應(ying)變(bian)(bian)(bian)主要集中于(yu)試樣的(de)中心部位。Nagai等采(cai)(cai)(cai)用“多向(xiang)變(bian)(bian)(bian)形(xing)”技術制備超(chao)細(xi)晶(jing)鐵素(su)體(ti)晶(jing)粒，其特(te)點(dian)是采(cai)(cai)(cai)用雙(shuang)向(xiang)或多向(xiang)變(bian)(bian)(bian)形(xing)可明顯地改善應(ying)變(bian)(bian)(bian)分(fen)布的(de)不(bu)均(jun)勻(yun)性，從而有利于(yu)獲得(de)均(jun)勻(yun)的(de)超(chao)細(xi)晶(jing)組織(zhi)。
Nagai等利用(yong)(yong)研制的(de)(de)(de)多(duo)(duo)向(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)形熱機(ji)械處(chu)理(li)模擬機(ji)，在實驗室(shi)采用(yong)(yong)單向(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)形和多(duo)(duo)向(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)形對比方(fang)法研究了化(hua)(hua)學(xue)成分(%)為0.16C-0.4Si-1.4Mn的(de)(de)(de)碳(tan)素鋼(gang)的(de)(de)(de)晶(jing)粒變(bian)化(hua)(hua)情(qing)況，結(jie)果表(biao)明采用(yong)(yong)“多(duo)(duo)向(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)形”方(fang)法制備的(de)(de)(de)超(chao)(chao)(chao)細晶(jing)粒鋼(gang)具有更均(jun)勻的(de)(de)(de)超(chao)(chao)(chao)細晶(jing)組織。多(duo)(duo)向(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)形熱機(ji)械處(chu)理(li)模擬機(ji)的(de)(de)(de)特(te)點是每軋(ya)(ya)(ya)制一道次(ci)，試(shi)樣便可旋轉(zhuan)90°。Nagai等利用(yong)(yong)實驗室(shi)軋(ya)(ya)(ya)機(ji)采用(yong)(yong)多(duo)(duo)向(xiang)(xiang)(xiang)軋(ya)(ya)(ya)制技(ji)術(shu)，用(yong)(yong)低碳(tan)Si-Mn鋼(gang)成功(gong)地(di)制備出尺(chi)寸為Φ18mm×20000mm的(de)(de)(de)棒材(cai)，將(jiang)鋼(gang)的(de)(de)(de)晶(jing)粒尺(chi)寸由10μm細化(hua)(hua)到(dao)0.5μm時，高強度耐(nai)磨(mo)(mo)板(ban)的(de)(de)(de)屈服強度可由320MPa提高到(dao)740MPa，當(dang)將(jiang)12mm×700mm×Cmm規格的(de)(de)(de)熱軋(ya)(ya)(ya)鋼(gang)板(ban)的(de)(de)(de)晶(jing)粒尺(chi)寸細化(hua)(hua)到(dao)1μm時，高強度耐(nai)磨(mo)(mo)板(ban)的(de)(de)(de)抗拉強度達到(dao)800MPa，且制備的(de)(de)(de)熱軋(ya)(ya)(ya)高強度耐(nai)磨(mo)(mo)板(ban)在厚度方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)具有均(jun)勻的(de)(de)(de)超(chao)(chao)(chao)細晶(jing)粒。
通過大(da)變(bian)(bian)形生產的厚鋼板(ban)力學性(xing)能的各向異(yi)性(xing)，特別是某些(xie)方向上韌(ren)性(xing)的降(jiang)低是人們(men)關注的焦(jiao)點。為此，Nagai等采用了(le)“大(da)角(jiao)度交叉軋(ya)(ya)制”方法以(yi)改變(bian)(bian)材(cai)料(liao)的結晶(jing)取(qu)向。通過交叉軋(ya)(ya)制，材(cai)料(liao)的織構或(huo)(100)極指數得以(yi)有效地改變(bian)(bian)，使材(cai)料(liao)在橫(heng)向和軋(ya)(ya)向的韌(ren)脆轉變(bian)(bian)溫度的差(cha)異(yi)很(hen)小(xiao)。
(2)超細(xi)晶(jing)粒鋼高效率焊(han)(han)(han)接技術研究。工業應用超細(xi)晶(jing)粒鋼最重要的(de)問(wen)題(ti)之一是HAZ的(de)軟化(hua)問(wen)題(ti)，采用傳統的(de)焊(han)(han)(han)接方(fang)法將由于(yu)晶(jing)粒粗(cu)化(hua)引起HAZ軟化(hua)而導致(zhi)接頭強度(du)降低(di)。ReisukeITO等開發(fa)了(le)新型超窄間隙氣體保護焊(han)(han)(han)接方(fang)法。采用二(er)道焊(han)(han)(han)接19mm厚的(de)鋼板，鋼板的(de)化(hua)學成分(%)為0.15C-1.50Mn-0.20Si-0.02P-0.002S，其HAZ寬度(du)只有(you)3mm，其接頭的(de)硬度(du)低(di)于(yu)HV250，因此可有(you)效地阻止焊(han)(han)(han)接裂(lie)(lie)紋和應力腐蝕裂(lie)(lie)紋的(de)產(chan)生。
S.Tsukamoto等利用(yong)20kWCO2大功率激(ji)光焊(han)接(jie)設(she)備(bei)研究了化學成分(fen)(%)為0.049C-1.50Mn-0.981Si-0.021P-0.0009S超(chao)(chao)細(xi)晶粒鋼的(de)焊(han)接(jie)方法(fa)和接(jie)頭(tou)(tou)特性，目的(de)是使(shi)超(chao)(chao)細(xi)晶組織(zhi)的(de)破壞(huai)極小化，同時(shi)使(shi)焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)(tou)性能(neng)得到明顯的(de)改善。AkihikoOHTA等研制(zhi)了一種提(ti)(ti)高疲(pi)(pi)勞(lao)強(qiang)度(du)的(de)低轉變(bian)溫(wen)(wen)度(du)型焊(han)絲。此(ci)焊(han)絲含(han)有10%Cr和10%Ni，其(qi)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)轉變(bian)為馬氏(shi)體(ti)(ti)的(de)開始(shi)溫(wen)(wen)度(du)約為180℃，轉變(bian)結束溫(wen)(wen)度(du)為室(shi)溫(wen)(wen)。馬氏(shi)體(ti)(ti)發生轉變(bian)時(shi)，焊(han)縫金屬產生膨脹導(dao)致焊(han)縫周圍產生壓縮殘(can)余應(ying)力，從而提(ti)(ti)高了焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)(tou)的(de)疲(pi)(pi)勞(lao)強(qiang)度(du)。用(yong)此(ci)焊(han)絲焊(han)接(jie)晶粒尺(chi)寸(cun)為1μm的(de)超(chao)(chao)細(xi)晶粒棒材(cai)，接(jie)頭(tou)(tou)的(de)疲(pi)(pi)勞(lao)強(qiang)度(du)達到300MPa，比(bi)用(yong)傳統焊(han)絲焊(han)接(jie)的(de)疲(pi)(pi)勞(lao)強(qiang)度(du)提(ti)(ti)高了100MPa。