低合金高強鋼焊材成分的優化
低合金高強鋼焊縫組織的優化方向是生成更多的針狀鐵素體。 研究表明，針狀鐵素體晶粒細小，位錯密度高。 當其含量大於65%且平均板條尺寸為1μm左右時，焊縫金屬可具有優異的強度和韌性。
如何獲得上述組織？
合適的焊接材料合金成分設計是關鍵。
- C、C含量一般控制在0.05%～0.10%，碳當量小於0.39。 在此範圍內，可生成側板條狀鐵素體和針狀鐵素體，焊縫再熱區轉變為等軸塊狀鐵素體。
- 錳。 Mn 對焊縫金屬的細化和硬化有兩種相反的作用。 適當的Mn含量可以獲得更多的針狀鐵素體。 但過量添加Mn會使貝氏體晶界形核率高於針狀鐵素體晶內形核率，使焊縫硬度增加。 Mn含量一般控制在0.6～1.8%。
- 鉻。 隨著焊縫金屬中Cr含量的增加，針狀鐵素體數量增多，焊縫組織細化，柱狀區和粗晶區的先共析鐵素體減少。 衝擊韌性隨Cu含量的增加而降低，隨Cr含量的增加而增加。 Cr含量一般為0.9～1.0%。
- 蒂。 獲得結構和衝擊性能最佳組合的Ti含量範圍為0.02%至0.05%。 研究表明，當焊縫金屬中Ti含量為0.014%～0.048%時，Q235板的焊縫組織主要由等軸鐵素體和針狀鐵素體組成。 隨著Ti含量的增加，針狀鐵素體含量的增加和長度的減少會增加焊縫金屬的韌性。 這是由於焊縫金屬中Ti含量高於Al含量時會形成TiO2夾雜物，有利於針狀鐵素體形核。
- B、實驗表明，當B含量在0.0032%～0.0103%之間時，針狀鐵素體隨著B含量的增加而減少，衝擊功顯著降低。 這是由於B引起的共析溫度降低。 但是，如果焊絲中加入較高的Ti並保證較低的鹼度，並且焊縫金屬中硼氮比（B/N）在在 0.6 到 0.8 的範圍內，針的形成可能是有益的。 鐵素體成核的含鈦氧化物夾雜物可以為焊縫金屬獲得較高的衝擊韌性值； 如果B/N高於0.8，衝擊韌性會下降。 B含量一般控制在0.003～0.006%。
- O.O是焊縫金屬中的限制性雜質元素。 焊縫金屬中常加入Al、Mg等強還原劑進行脫氧固氮，但易生成多邊形AlN脆性夾雜物，嚴重破壞焊縫金屬的低溫韌性。 文獻中提出，在藥芯中加入適量的LiF，會在電弧區生成含N的Li3N，從而顯著降低焊縫金屬中的N含量，減少有害的AlN夾雜物的數量。 也有觀點認為通過N和V的析出形成V(C,N)相可以促進針狀鐵素體的形核。 文獻中還指出，在芯部加入適量的Fe2O3、MnO2等可以提高焊縫金屬中O的含量，但形成以Al2O3為主的圓形夾雜物，仍然有利於獲得針狀鐵素體. 焊接組織。 一般認為，在Al/O=0.45的限度內，適當提高低合金鋼焊縫金屬中的Al/O比，可以促進更多尺寸為0.2～0.8μm的夾雜物的生成，促進形核針狀鐵素體，因此韌性是有利的。
- S。S也是焊縫金屬中的限制性雜質元素，但含有少量Mn和Cu的FeS顆粒對針狀鐵素體的形核有效。
此外，夾雜物的大小和形狀的控制也很重要。 一般認為，主要由MnS和其他非晶相組成的尺寸為0.5-0.8μm的球形顆粒和表面的TiO薄層最有利於針狀鐵素體形核。
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