對(duì)于要求卓越強(qiáng)度和抗沖擊性的應(yīng)用領(lǐng)域，所使用的中厚板和管材通常都經(jīng)過淬火和回火處理。例如：起重臂和支撐結(jié)構(gòu)、機(jī)器設(shè)備及機(jī)械裝置、耐磨板和裝甲板、壓力容器和儲(chǔ)罐。
熱處理中厚鋼板的應(yīng)用：采礦液壓盾構(gòu)設(shè)備、運(yùn)輸高磨蝕性巖石的非公路卡車、大型水力發(fā)電設(shè)備的壓力管道
這類應(yīng)用領(lǐng)域采用高強(qiáng)度鋼的目的是為了減小鋼板的規(guī)格厚度，從而減輕重量。當(dāng)要求屈服強(qiáng)度超過約500MPa時(shí)，鉬成為中厚板所用鋼種的重要合金元素(是否需要鉬作為合金化元素，還取決于鋼板的規(guī)格和鋼廠的生產(chǎn)設(shè)備)。減輕結(jié)構(gòu)的重量帶來許多好處，包括減少材料消耗(圖1)，減少焊接(圖2)以及降低運(yùn)輸和起重成本。這些優(yōu)勢(shì)較好地彌補(bǔ)了鉬合金鋼材料成本的增加。
圖1 隨著鋼板屈服強(qiáng)度的增加，鋼板厚度(和重量)減少的潛力
經(jīng)水淬和回火處理的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼可滿足嚴(yán)格的強(qiáng)度和韌性要求，例如移動(dòng)式起重機(jī)所要求的性能。這些鋼種的最低屈服強(qiáng)度約為550MPa-1100 MPa。實(shí)際上，1100MPa的最低屈服強(qiáng)度代表了高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼發(fā)展的頂點(diǎn)。最低屈服強(qiáng)度為500MPa的結(jié)構(gòu)用低碳調(diào)質(zhì)鋼已用于海洋工程。生產(chǎn)商通過在高達(dá)700°C的溫度下對(duì)淬火鋼板進(jìn)行受控回火處理來調(diào)整這些鋼的機(jī)械性能組合，這些鋼兼具高強(qiáng)度和良好的韌性。當(dāng)用于重載車輛和與安全相關(guān)的結(jié)構(gòu)時(shí)，要求它們?cè)诘陀?°C的工作溫度下，具有抗脆性斷裂的能力。
這些鋼種的化學(xué)成分必須經(jīng)過仔細(xì)設(shè)計(jì)，從而獲得每種特定應(yīng)用所需的機(jī)械性能。高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用調(diào)質(zhì)鋼通常含有低于0.2％的碳和最大2％的錳。它們可能還含有合金元素如鉬、鉻和鎳，這些合金元素可延緩擴(kuò)散控制的相變過程，從而提高鋼的淬透性。
圖3顯示了焊接后從800°C到500°C的冷卻時(shí)間（ΔT8/5）對(duì)焊縫熱影響區(qū)（HAZ）性能的強(qiáng)烈影響。盡管在非常短的冷卻時(shí)間內(nèi)碳含量控制著了馬氏體的硬度，但碳當(dāng)量（CE）決定了冷卻過程中何時(shí)形成馬氏體。隨著CE的增加，臨界ΔT8/5會(huì)變長(zhǎng)，并處于板材現(xiàn)場(chǎng)焊接所用的SMAW和MAG焊接工藝典型的工作條件范圍內(nèi)。CE較高的鋼種需要特殊的焊接預(yù)防措施，包括對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱。隨著CE的增加，工藝處理窗口變窄（圖4）。焊接熱輸入過多會(huì)降低強(qiáng)度和韌性，而熱輸入過少會(huì)導(dǎo)致硬度過高，并增加熱影響區(qū)的冷裂風(fēng)險(xiǎn)。
圖3 焊接后，不同牌號(hào)的高強(qiáng)度鋼板HAZ硬化與冷卻時(shí)間ΔT8/5的關(guān)系
圖4 三種高強(qiáng)度鋼板所用鋼種的焊接工藝窗口
低合金鉻鉬鋼（Cr含量為1％-3％，Mo含量為0.5％-1％）通常用于制造熱交換器和工藝反應(yīng)裝置。
加氫處理裝置、加氫脫硫裝置和加氫裂化裝置等要求高溫和高壓下抗氫腐蝕的容器需要使用規(guī)格復(fù)雜的鋼板。石化工藝反應(yīng)裝置必須盡可能長(zhǎng)時(shí)間地在高溫高壓等條件下安全運(yùn)行。在這些應(yīng)用中，室溫和高溫下的屈服強(qiáng)度、抗蠕變性能和抗沖擊性能都是重要的機(jī)械性能。化學(xué)成分和鋼板厚度不是影響材料性能的唯一因素。板材生產(chǎn)過程中的熱處理?xiàng)l件（正火，回火，淬火，回火和應(yīng)力消除退火）都會(huì)影響性能。容器制造過程（熱成型、焊接）也對(duì)材料的最終性能起決定性的作用。此外，在壓力容器的長(zhǎng)期使用過程中，材料性能也會(huì)因熱效應(yīng)而改變。
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