1.钢铁冶金技术的进步
近几十年来，钢铁的冶炼、轧制及热处理技术有了重大突破和明显进步，主要包括炉外精炼、铁液预处理、热控轧制（TMCP）、两相区淬火和微合金化技术等。这些技术可使钢中的硫磷杂质、有害气体及其他杂质等降低到很低的水平，使钢的纯净度明显提高，通过调整钢的组织类型和各种组织比例，细化钢的晶粒，使钢的强度、塑性、韧性及屈强比等综合性能得到显著提高。
在热处理技术上，以往常采用正火（N）、正火＋回火（NT）、淬火＋回火（QT）等工艺，后来又开发了两次正火＋回火（NN′T）、两次淬火＋回火（QQ′T）等新工艺。两次淬火＋回火处理可以提高钢的低温韧性和降低钢的屈强比。就提高韧性而言，主要适用于5Ni钢、9Ni钢等低温用钢和含Ni较多的高强度高韧性钢。第一次淬火与通常的淬火相同，是在Ac3温度以上淬火；第二次淬火则是从Ac3点以下的（γ＋α）两相区淬火，可得到细化的合金成分富集的α′相组织，在回火过程中α′相生成逆转奥氏体，吸收钢中的C、N等有害元素，使铁素体净化，显著地提高钢的低温韧性。
就降低钢的屈强比而言，主要用于建筑行业使用的高强度钢，即通过在两相温度区间进行热处理研制低屈强比的调质钢。这类钢的Ni含量很低（wNi＜0.5％），其屈强比约为0.7；而相近成分的调质钢屈强比＞0.8。选择不同的两相区温度淬火后，可得到不同比例的混合组织，从而得到不同的屈强比。
除了精炼净化、晶粒细化和调控组织外，微细析出物对改善钢的性能，特别是对满足大热输入焊接的要求具有重要的作用。这些微细析出物包括TiN、AlN、BN、Ti2O3、稀土硫化物等。它们的作用一是抑制形成粗大奥氏体，相变后形成细小的变态组织，避免魏氏组织的生成，TiN、AlN等具有这种作用；二是抑制晶界上α相形核，从而避免或减少魏氏组织或侧板条铁素体的生成，B的析出物具有这种作用，它易于向γ晶界偏析；三是在γ晶粒内部促使α相生核最终得到细小的组织，各种氮化物、氧化物或稀土硫化物等都具有这种作用。
虽然人们早已了解钢中的非金属夹杂物或析出物能促使γ→α相变时α相形核，但是直到很晚才认识到它对细化焊接热影响区组织所起的有效促进作用。非金属夹杂物或析出物的概念不同，只有超细颗粒（如直径＜0.05μm）才能起到抑制γ晶粒长大的作用。研究表明，TiN的形态和尺寸对γ晶粒尺寸有很大的影响，即γ晶粒直径和TiN尺寸成正比。添加质量分数为0.02％～0.04％的RE和0.002％～0.0035％的B，可显著提高大热输入焊接时熔合区的韧性。添加微量Ti和B也可以促使大热输入焊接热影响区容易形成铁素体加珠光体组织。
研究表明，在大热输入焊接的熔合区附近，冷却过程中具有促使α相形核特性的微细颗粒有稀土的超细氧化物颗粒、钛的微小氧化物颗粒（主要指凝固过程中形成的直径小于3μm的氧化物），还有TiN以及复合析出的BN、MnS等颗粒。这些复合或非复合存在的微细的析出物或夹杂物，可以细化大热输入焊接时（热输入达100～200kJ／cm）热影响区的组织，确保其具有较好的韧性。
2.对焊接冶金的影响
钢铁工业新技术（如精炼净化、晶粒细化、组织调控和微合金化等）提高了钢材的焊接性，随着碳当量的降低，钢材抗冷裂能力得到改善；硫、磷等杂质元素的净化，显著提高了钢材的抗裂纹能力，也改善了钢的耐蚀性和抗蠕变脆化性能。其次是提高了钢材的力学性能，特别是韧性，在高强度下仍保持优良的韧性。这对焊接结构的安全性提供了更有力的保证，但在焊接结构中却进一步拉大了焊缝与母材之间的性能差距，对焊接冶金和焊材研发提出了更高的要求。
如何使焊缝更加纯净、如何使焊缝力学性能与母材相当或相近、如何使整个焊接接头满足结构的使用性能要求等，都是焊接材料研发的着眼点。尽管已有措施解决了一些问题，如低强匹配，采用590MPa级的焊材焊接780MPa级的钢材；异质焊材匹配，焊接9Ni钢时选用镍基合金焊接材料；在韧性指标上有些焊材的指标远远低于等强的母材指标；在对杂质元素的控制上，焊缝中允许的杂质含量也明显高于母材的要求。这些不对等的指标或要求，主要源自焊材本身的性能难以达到母材的相应要求。
（1）焊接熔池净化 研究结果表明，焊缝中的氧含量越低其韧性越高，特别是氧的质量分数低于0.02％时，对韧性的改善效果更明显。焊条电弧焊和埋弧焊等熔渣保护的焊接方法，焊缝中氧的质量分数偏高，多在0.03％以上。气体保护焊时，保护气体的成分与焊缝含氧量有直接关系，强氧化性的CO2焊接时，焊缝氧的质量分数达0.05％；弱氧化性的Ar＋20％CO2气体保护焊时，焊缝氧的质量分数为0.03％；加入体积分数5％CO2的富氩保护焊，氧的质量分数为0.02％。纯氩气保护的TIG焊接时，焊缝金属氧的质量分数可降低到0.001％左右。可见控制保护气体就可以控制焊缝含氧量。
抗拉强度达到1000MPa的TIG焊焊缝金属，－50℃的冲击吸收能量达到100J以上。在熔渣保护的情况下，包括焊条电弧焊、埋弧焊和药芯焊丝气体保护焊等，为降低焊缝含氧量，通常采用高碱度渣系。随着碱度的提高，焊缝中氧、硫等有害杂质的含量逐渐下降，使焊缝的韧性得到提高。有人认为，焊缝中含有微量的氧是有利的，它可以形成弥散的夹杂物（如TiO），成为针状铁素体的新相核心，促使焊缝中有更多的对提高韧性有利的针状铁素体组织。Ti-B复合韧化是行之有效的提高焊缝韧性的措施之一。向焊缝中过渡微量Ti，既可以脱氧又可脱氮，还能起到新相生核核心作用，细化焊缝组织。(www.xing528.com)
向焊缝中过渡极微量B可抑制先共析铁素体等晶界粗大组织的形成，对提高焊缝韧性也起到重要作用。Ti-B复合可以使晶界先共析铁素体组织降低并使晶内针状铁素体组织增加，获得最为有利的焊缝组织。为了使焊缝更有效地脱除气体和其他有害杂质，可加入复合合金（也称中间合金），如Al-Mg-RE、Al-Ti-B等，以发挥其组合作用。
在碱性渣中，加强脱硫措施可以降低焊缝的含硫量；但是要使焊缝脱磷是很难实现的，脱磷主要应采用低磷焊丝和控制造渣原材料中的磷含量，以减少磷的过渡。这就造成了焊缝与母材之间的性能差距。尽管如此，在精炼净化焊接熔池上仍是有潜力的，焊接过程的熔池净化、组织调控和微合金化等方面有待进行更深入的工作。
（2）焊缝金属晶粒细化 与轧制状态的钢材组织不同，铸态的焊缝金属凝固后形成柱状晶组织，所以细化焊缝应从细化柱状晶入手。一方面是尽量减少柱状晶区的范围，改变柱状晶自身的尺寸和形态，为此应采用较低的热输入，也应尽可能降低焊接电流，还可向熔池中加入某些合金元素，如V、Nb、Ti、Al等，起到变质处理的作用，细化一次结晶组织。另一方面是采用多道焊技术，使柱状晶区的一部分发生重结晶，从而减少柱状晶区的比例。多道焊接时，后续焊道对先焊焊道中未熔化部分进行热处理，加热到相变点以上的部分发生重结晶，使其组织细化。如果焊接参数选择得当，包括热输入、焊接电流、焊条直径、施焊时适当摆动等，可以使重结晶区的范围进一步扩大，剩余的柱状晶区范围进一步减小，使整个焊缝区的晶粒尺寸达到细化的目的。应注意，如果后续焊道的高温作用时间过长，重结晶区的晶粒也变得粗大化，导致韧性下降，应尽量避免。
3.对焊接性评定的影响
低合金结构钢的发展中改善焊接性是一条主线，而含碳量的降低是一个重要标志。淬火-回火（QT）钢通过多元微合金化以及TMCP钢通过控轧控冷使碳含量不断下降，改善钢的焊接性，目前钢中碳的质量分数已下降到0.05％左右。
新发展的微合金控轧控冷钢是通过精炼在保持低碳或超低碳、不加或少加合金元素的条件下采用微合金化和TMCP工艺实现细晶化、洁净化、均匀化来提高钢的强度和韧性，并已研制了新一代超细晶粒钢。新钢种的焊接性得到了明显改善，但也出现了一些新的焊接性问题，特别是关于新钢种的焊接性评定，推动着焊接工作者在焊接方法、工艺、材料等方面发展新技术，解决新问题，不断推动焊接技术的向前发展。
目前常用的钢材焊接性评定方法，基本上是20世纪60～80年代，各国焊接工作者根据当时的钢材品种和品质通过试验后制定的。随着钢材质量的提高，焊接工艺方法的进步，对钢材焊接性的试验方法及评定标准也需重新研究并制定新的标准。
例如，碳当量公式是按照20世纪60～70年代开发的含碳较高的低合金高强度钢建立的，如国际焊接学会（IIW）推荐的碳当量公式CE，日本JIS标准规定的碳当量公式Ceq，主要适合于碳的质量分数＞0.18％的钢种。而现在大多数低合金高强度钢碳的质量分数已远小于0.18％，甚至向小于0.05％的方向发展。因此，在有关设计规范中，规定按上述碳当量公式作为钢材焊接性评定和选材的判据是不适宜的。
20世纪60年代由日本学者等提出的焊接冷裂纹敏感指数Pcm在工程上得到广泛应用，但该公式仅适用钢材碳的质量分数范围为0.07％～0.22％，试验时低碳范围的取样数量太少，应该说对碳的质量分数小于0.07％的低碳微合金钢和超低碳贝氏体钢引用该公式来评定焊接性的优劣，也是较为勉强的。
现在常用的一些焊接冷裂纹敏感性试验方法，也基本上是在20世纪80年代以前形成的。原国家标准中的焊接性试验方法，如斜Y形坡口对接裂纹试验方法、搭接接头（CTS）焊接裂纹试验方法、T形接头焊接裂纹试验方法、压板对接（FISCO）焊接裂纹试验方法、插销冷裂纹试验方法等，已在2005年由国家标准化管理委员会明令废止。这些方法仍可参照使用，但已不具有国家标准试验方法的权威性。
因此，随着钢材品种的更新换代和品质的大幅度提高，如何合理地评定各种强度级别的微合金控轧控冷钢、低碳或超低碳贝氏体钢、大热输入焊接用钢、新一代耐热钢和低温钢、超细晶粒钢等的焊接性，有待于引入新的思路和新的评定标准。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
