桥梁钢焊接接头组织分析+文献综述(2)
钢结构是节能，环保的材料。钢材强度高，钢结构相对比较轻，施工安全较便利，
是建筑结构，桥梁结构的发展方向，顺应我国产业的发展方向，成为我国桥梁主导结
构形式[1]。常见桥梁钢有16Mnq、15MnVNq等。
1.1 我国桥梁钢的主要发展历程及现状
新中国生产桥梁钢始于20世纪60年代。1957年建成的武汉长江大桥使用的是低碳钢，钢号是CT.3（相当于Q235），其屈服强度仅要求不小于235MPa[2]。
1969年建成通车的南京长江大桥，采用的是16Mnq钢（相当于Q345q）。Q345q钢为桥梁用结构钢，是具有较高质量等级的低合金钢，其质量等级有C、D、E，经过完全脱氧处理，与普通质量等级的Q345A、B级的钢相比，杂志的质量分数控制更加严格[3-7]。这种钢有良好的综合机械性能，不仅强度较高，而且塑性、韧性、可焊性等都很好。
1995年建成的九江长江大桥采用的是15MnVNq（相当于Q420q）。和16Mnq相比，这种钢的强度有了显著提高。
上世纪90年代初，面临芜湖长江大桥的建设，中铁大桥局和武钢联合共同开发了屈服强度≥370MPa、-40℃冲击功≥120J、最大厚度为50mm的14MnNbq（相当于Q370q）微合金化桥梁钢板[8]。14MnNbq是在16Mnq的基础上降低碳和有害元素磷、硫的含量，并通过控制夹杂物形态以及添加强碳氮化物形成元素铌研制而成[9-10]]。
张玉玲[11]等人对常用桥梁钢14MnNbq和16Mnq钢的不同板厚的母材以及焊缝、熔合线试样进行系列温度冲击试验。对702个CVN冲击试验数据应用对数数学分析模型进行回归，得到焊缝和桥梁钢的通用计算表达式。研究结果表明：两种钢材的冲击韧性为三个区域带，即14MnNbq钢母材、14MnNbq钢焊缝和熔合线、16Mnq母材和焊缝；三个带的转脆起始温度依次为-30℃,-10℃和10℃；冲击功上台阶依次约为200J，150J，和100J。
焦伟[12]等人针对焊接过热脆化问题，将14MnNbq钢与国外常用的桥梁钢SM490Ｃ进行了对比试验，结果表明：14MnNbq钢焊接HAZ最脆区出现在一次热循环的埋弧焊过热区及二次热循环的埋弧焊过热区+不完全重结晶区；14MnNbq钢比SM490Ｃ钢有更强的过热脆化倾向，为确保焊接热影响区韧性，焊接时应适当控制焊接线能量。
陈鹏[13]等人分析了14MnNbq焊接线能量，层间温度变化对焊接接头-30℃冲击韧性的影响并分析研究了其中存在的夹杂物及其对焊接接头性能的影响。结果表明：中小线性能量焊接，层间温度在80℃～200℃变化时，焊接接头-30℃冲击韧性好；线能量超过40KJ/cm时，焊接接头冲击韧性明显下降；其中存在大量的硫化物。
在建的南京大胜关长江大桥采用的是武钢在国内率先研制的新型高强度耐候桥梁钢WNQ570。WNQ570钢以超低贝氏体为设计主线，并充分利用组织细化、组织均匀等关键技术，使开发钢种具有高强度、高韧性和优异的焊接性、以及良好的耐候性能等[14]。采用了焊条电弧焊、埋弧自动焊、实心焊丝混合气体保护焊、药芯焊丝二氧化碳气体保护焊四种焊接方法。
目前我国桥梁结构广泛采用16Mnq和14MnNbq（相当于Q345q和Q370q），而对于大跨度，重载钢桥的关键受力部件构件需要采用Q420q或更高级别的高性能结构钢才能满足结构受力需要。但是与桥梁设计制造相比，我国桥梁用钢发展比较缓慢，相当于发达国家，我国钢桥技术发展极不平衡，一方面是特大桥的高水准的应用，另一方面是中小型钢桥的低水准应用且总量很少[15-19]。我国桥梁总数超过百万座，而钢桥总数量不足万座，还不到桥梁总数的1%。所以需要适时发展桥梁钢结构[20]。
1.2 本课题研究的主要内容
本课题研究的材料是雁荡山特大桥的不同部件焊接试样母材14MnNbq，14MnNbq由于添加微量合金元素铌，起到了弥散强化、细化晶粒的作用，提高了冲击韧性，同时也提高了屈服强度[21]。为了确定加入少量的Nb对钢的组织和力学性能的影响，金属学家Porter曾对此作过深入的研究，结果发现，分别加入0.01%的铌可使屈服强度增加80Mpa[22]。而采用控轧控冷工艺时，铌的细化晶粒的作用明显。为了充分发挥铌对晶粒细化的作用，必须严格控制较低的终轧温度，提高冷却速度，以得到细小的铁素体晶粒[23]。