【摘 要】
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吉帕级（1 GPa=1000 MPa）超高强钢在大吨位工程机械、舰船甲板及军用装备等高载荷设施上具有广阔的应用前景。传统超高强钢高的碳含量导致焊接性恶化,并且随着强度的提升焊接热影响区（HAZ）愈发成为焊接接头性能的薄弱点。因此,如何改善超高强钢焊接性、提升HAZ性能已成为超高强钢开发及应用亟需解决的重大问题,具有重要的工程价值。为了改善超高强的焊接性,本文对吉帕级超高强钢进行低碳设计,同时引入纳
【基金项目】
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国家自然科学基金（51804217）； 天津市自然科学基金（19JCQNJC02100）；
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吉帕级（1 GPa=1000 MPa）超高强钢在大吨位工程机械、舰船甲板及军用装备等高载荷设施上具有广阔的应用前景。传统超高强钢高的碳含量导致焊接性恶化,并且随着强度的提升焊接热影响区（HAZ）愈发成为焊接接头性能的薄弱点。因此,如何改善超高强钢焊接性、提升HAZ性能已成为超高强钢开发及应用亟需解决的重大问题,具有重要的工程价值。为了改善超高强的焊接性,本文对吉帕级超高强钢进行低碳设计,同时引入纳米富Cu析出相来补偿低碳设计导致的强度损失,并通过优化合金成分及制备工艺调控超高强钢的强韧性,并详细研究HAZ组织性能的演变规律,获得了以下主要研究结论:在设计的低碳纳米析出强化超高强钢中添加Cr和Mo元素,可使超高强钢的铁素体基体组织优化为晶粒细小的粒状贝氏体,同时抑制了富Cu析出相的扩散,形成大量B2+9R过渡态纳米富Cu复合结构析出相。该粒状贝氏体超高强钢的屈服强度为1155 MPa,析出强化贡献估算为596 MPa。细小的晶粒尺寸有效弥补了析出相对韧性的恶化,-40°C的冲击功为55.3 J。在此基础上加快热轧后的冷却速率获得了强韧性能匹配更佳的板条贝氏体钢,其屈服强度为1334 MPa,-40°C冲击功为63.3 J。该板条贝氏体超高强钢纳米强化相为单结构B2富Cu析出相,强化效果显著,其对屈服强度的贡献估算可达约700 MPa。贝氏体的板条束亚结构对裂纹扩展起到阻碍作用,在强度提高时仍具有良好的冲击韧性。对板条贝氏体钢进行焊接热模拟实验,观察发现CGHAZ由板条马氏体及板条贝氏体构成,FGHAZ由细小的贝氏体和马氏体构成,ICHAZ由尺寸差异明显的贝氏体及马氏体构成。随峰值温度的降低,模拟HAZ的平均晶粒尺寸逐渐细化。同时,峰值温度的降低导致HAZ在冷却阶段的相变速率减慢,富Cu析出相的晶体结构由B2结构开始向FCC结构转变。CGHAZ、FGHAZ、ICHAZ依次含有B2、B2+9R、B2+FCC结构纳米富Cu析出相。由于焊接热循环工艺下纳米富Cu相回溶后不能充分析出（CGHAZ,FGHAZ）或纳米富Cu析出相发生粗化（ICHAZ）,导致HAZ强度下降,韧性显著提升。
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