焊接的主要對象是各種鋼材，因此鋼材的產量、表觀消費量、鋼材的品質及其發(fā)展態(tài)勢就直接決定了焊接行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展及焊接技術的發(fā)展方向。自1996年以來，我國鋼產量已突破1億t,而后幾年鋼產量連年增加。尤其是自2001年以來，我國的鋼產量出現了跳躍式發(fā)展，每年鋼產量均增加4000萬t左右，到2004年，我國鋼產量已突破2.97億t，鋼材表觀消費量達3.12億t。如此大的鋼材產量和鋼材消耗量大幅度的牽動著焊接行業(yè)的發(fā)展。焊接設備的需求增多，焊接用量增大，增加了焊接產業(yè)的就業(yè)機會，壯大了焊接產業(yè)隊伍，同時也促進了焊接技術向著優(yōu)質、高效、低成本和自動化方向發(fā)展。

隨著冶金技術及控軋控冷技術的提高，鋼材品質不斷提高，鋼材的裂紋積脆化傾向顯著減小，焊接性得到了明顯改善，但也出現了一些新的焊接性問題，推動著我們焊接工作者在焊接方法、工藝、材料等方面發(fā)展新技術，解決新問題，不斷推動焊接技術的向前發(fā)展。

二、鋼鐵工業(yè)的發(fā)展趨勢

1.我國鋼鐵工業(yè)與焊接行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展

    鋼產量是衡量一個*綜合經濟實力的重要指標之一，也是我國工業(yè)化進程中的支柱產業(yè)。由于自我國改革開放以來，經濟持續(xù)高速增長，拉動了鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，所以近幾年來使我國的鋼產量迅速增長。這不僅使我國成為世界上頭號鋼鐵生產大國，也成為頭號鋼鐵消費大國(見表1)。表1 我國鋼產量發(fā)展一覽表年代鋼產量/億t世界排名鋼材表觀消費量/億t鋼材凈進口量/億t 1949 0.00158 26——1957 0.0535 9——1965 0.1223 8——1978 0.3178 5——1996 1.0025 1 1.0515 0.1598 1997 0.9987 1 1.0847 0.1322 1998 1.0738 1 1.1623 0.1242 1999 1.2102 1 1.3220 0.1486 2000 1.276 1 1.4121 0.1596 2001 1.53 1 1.7020 0.1722 2002 1.9218 1 2.1122 0.2449 2003 2.30 1 2.666 0.3655 2004 2.97 1 3.12 0.138

    2004年我國鋼產量達到2.97億t，2005年*季度鋼產量比去年同期增長了23.7%，按照這種發(fā)展速度，今年的鋼產量有可能突破3.5億t。有表1可以看出，在2010年以前鋼鐵工業(yè)仍呈發(fā)展勢頭，即便是發(fā)展達到平衡之后，仍然會在峰值產量上維持相當長的時間。

    據統(tǒng)計我國焊接結構用鋼占鋼產量的50%左右，鋼鐵工業(yè)的發(fā)展給我國焊接行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了很大的發(fā)展空間。據此推斷在近10年內仍是焊接行業(yè)發(fā)展的黃金時段。

2.鋼鐵工業(yè)發(fā)展中存在的主要問題

    我國雖已成為世界上頭號鋼鐵大國，但并非屬于鋼鐵強國，我國生產的鋼種多屬于低層次普通鋼，高效優(yōu)質鋼材生產量較少或不能生產，我國鋼鐵工業(yè)主體上屬于高消耗、高能耗、高污染、低質量的狀態(tài)。盡管近年來各鋼廠都進行了大量的資金投入，但由于市場的驅動，許多鋼廠的眼睛依然盯在鋼鐵產量上，在高附加值鋼材的研發(fā)及生產上遠遠跟不上形勢的要求，如高強鋼、耐候鋼、耐熱鋼、耐蝕鋼、低溫鋼、微合金控軋控冷鋼等多種專業(yè)用鋼，以及各種板材及型鋼也不能滿足市場需求，因此許多優(yōu)質鋼還需要依賴于進口。

    這種只追求數量而忽略質量的鋼鐵工業(yè)發(fā)展態(tài)勢急需扭轉。僅2001年我國進口優(yōu)質鋼材1720萬t，2002年凈進口2449萬t，2003年凈進口鋼為3655萬t，我國鋼材的進口量超過美國，居世界*位。而優(yōu)質鋼材的價格是普通鋼材價格的3倍，如不進口或少進口，將會引起效益的顯著增加。2004年凈進口約1383萬t，比2003年下降62.16%，即2004年增加的鋼產量中有45%是用于頂替進口和擴大出口的，這是具有重大意義的轉折。

    世界鋼鐵強國的經驗教訓值得借鑒，20世紀70年代日本、歐共體的鋼產量均達到1.2億t，80年代初轉向退至1億t。將以產量為主轉變?yōu)橐再|量為主組織生產，80年代初即完成轉變，以優(yōu)質鋼材沖擊美國和世界市場，表面上看產量降低了，但總的產值和利潤提高了。而且減少了投資，節(jié)省了能源和資源，降低了污染，社會效益和經濟效益均獲得了顯著的提高。

    *正處在現代化工業(yè)的建設過程中，鋼材需求量較大，矛盾尚不尖銳。但由于低層次鋼材盲目擴產，勢必造成供大于求，產品積壓，甚至導致虧損。而高品質鋼材供不應求，尚需進口。上述形勢如不及時扭轉，幾年之后，必將招致嚴重的后果。

    針對上述鋼鐵工業(yè)發(fā)展狀況，國務院于2005年4月20日審議并原則通過《鋼鐵產業(yè)發(fā)展政策》，適時提出了對我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展的宏觀調控政策。指出要按照國務院常務會議提出的指導思想，貫徹落實科學發(fā)展觀，堅持“三個重在”和“一個根本轉變”，即重在增加高附加值產品、提高質量，不能片面追求數量擴張；重在提高產業(yè)集中度，加強現有企業(yè)的改組改造，不能單純依靠鋪新攤子、上新項目；重在降低消耗，提高企業(yè)和產品競爭力，不能依賴消耗資源、污染環(huán)境。要堅持走新型工業(yè)化發(fā)展道路，實現我國鋼鐵工業(yè)從大到強的根本轉變，努力建成具有國際競爭力的鋼鐵強國，增強競爭力，實現可持續(xù)發(fā)展。

3.目前我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展勢態(tài)上述形勢已引起我國高層和部分大鋼廠的注意，并紛紛投入大量資金進行結構調整，加快技術改造和新品開發(fā)。(1)連鑄或連鑄連軋工藝的應用 目前各大鋼廠已全部采用連鑄或連鑄連軋工藝代替鋼錠澆鑄，并施加電磁攪拌技術，使得過去鋼板的偏析與夾層缺陷已經基本絕跡。連鑄連軋技術2001年已達到95%，已遠遠超過89%的世界平均水平，達到世界先進水平。(2)冶煉技術得到大幅度的提高 鐵液預處理、復合吹煉、爐外精煉等先進煉鋼技術的應用，使鋼液中的W(S、P、O、N、H)等雜質已大幅度降低?，F在不少低合金鋼Ws的實物水平都小于0.005%，其中用于油氣管道的X70鋼，以Ws<0.03%供貨。(3)控軋控冷(TMCP)技術的應用 控軋指在更低的溫度下停軋，擬制高溫奧氏體晶體長大；控冷即軋后立即加快冷卻速度，既避免晶體長大，又提高形核率，產生強韌性更高的細小貝氏體或針狀鐵素體，使碳、氮化物在更低的溫度下彌散析出，通過細化晶粒顯著改善鋼的強韌性。傳統(tǒng)的細晶粒鋼其晶粒直徑<100μm，而TMCP鋼的晶粒可達到10～50μm，超細晶粒鋼的晶?？蛇_0.1～10μm。(4)低合金和微合金高強鋼的發(fā)展 目前用于造船、橋梁、鋼結構建筑、壓力容器、低溫鋼、耐熱鋼、管線鋼等都在向“純凈化、低碳、超低碳、微合金化和控軋控冷”方向發(fā)展。低合金(合金含量<5%)和微合金(微合金元素總量<0.2%)高強鋼不僅是我國，也是世界鋼鐵工業(yè)的發(fā)展方向。其基本思想是：打破傳統(tǒng)的C、Mn、Si系鋼的設計思想，采用降碳、多種微量元素(如V、Nb、Ti、Cu、Re等)合金化，并通過控軋控冷工藝細化晶粒、提高強韌性，保證綜合的力學性能。該類鋼種具有如下特征：*，降碳：是為了改善塑性、韌性和焊接性。

     碳是最主要的強化元素，但會強烈的惡化塑韌性和焊接性。因此，新鋼種中都嚴格控制碳含量，如X70、X80鋼中的Wc僅為0.03%～0.04%，有的甚至達到超低碳水平。第二，微合金化技術：通過向鋼中加入少量合金元素如Ti、V、Nb、Al、Re等提高強度、改變組織、細化晶粒、凈化基體，使鋼實現強韌化。第三，高潔凈化：通過精煉，清除雜質，凈化基體，控制W(S、P、O、N、H)的質量分數，這是90年代的研究熱點。鋼中雜質S、P、O、N、H的總質量分數從普通鋼的W(S+P+O+N+H)<0.025%降到經濟潔凈鋼的W(S+P+O+N+H)<0.012%，并開始研究W(S+P+O+N+H)<0.005%的超潔凈鋼。采用上述基本思想已經開發(fā)出了多種新鋼種，如管線鋼X60、X70、X80，國外已開發(fā)出X100、X120。目前的西氣東輸采用了X70鋼，總長近4000km。(5)新一代鋼鐵材料的發(fā)展 我國于1998年在重大基礎研究發(fā)展規(guī)劃(973)中啟動了“新一代鋼鐵材料重大基礎研究”項目，其目的是將占我國鋼產量60%的碳素鋼、低合金鋼、合金結構鋼的強度和壽命提高一倍。日本和韓國在1997年也開始了一個歷時10年的21世紀結構鋼項目。新一代鋼鐵材料的特色是：超潔凈度、超均勻性、超細晶粒，在不增加甚至在降低碳及合金元素的條件下，強度和壽命提高一倍。超潔凈度是指鋼中W(S+P+O+N+H)<0.008%；超細晶粒是指晶粒直徑在0.1～10μm之間；超均勻性是指成分、組織、性能的均勻一致，并強調組織均勻的主導地位。通過上述技術的綜合應用，可使鋼的強韌性獲得大幅度提高。2000年，我國400MPa級和800MPa級超細晶粒鋼的研究已取得實質性進展，其中400MPa級超細晶粒鋼已開始在生產中推廣應用。可以預料，該類鋼材的研發(fā)成功，將會使我國的鋼材生產發(fā)生革命性的變革。三、鋼鐵技術的發(fā)展引起的焊接性轉變1.鋼的焊接性發(fā)展合金結構鋼的發(fā)展，滿足了焊接結構多方面的要求，如高強度、耐高溫、耐低溫及耐腐蝕等，并在艦船、工程機械、石油管線、鍋爐及壓力容器、橋梁、汽車、火車及發(fā)電設備等領域得到了廣泛的應用。上述合金結構鋼的優(yōu)越性能是靠調整鋼中碳及合金元素的含量或配以適當的熱處理來實現的，碳及合金元素的增加往往會給鋼的焊接性帶來不利的影響。不同鋼種所出現的焊接性問題不同，在合金結構鋼中，隨著碳及合金元素含量增多，勢必會引起接頭的脆化、軟化及裂紋傾向增大。這些焊接性問題的出現，往往會降低焊接結構安全運行的可靠性，造成焊接結構的早期破壞。為了不斷改善合金結構鋼的焊接性，國外從20世紀60年代末，國內從80年代就從冶煉入手開始研制并生產焊接性良好的微合金控軋鋼，并開始研究下一代超細晶粒鋼。新鋼種的出現給鋼的焊接性帶來了重大的變革。2.微合金化鋼的焊接性微合金控軋控冷鋼的主要特點是高強、高韌及易焊。該鋼種由于含碳量低、潔凈度高、晶粒細化，因此具有較高的強韌性。所謂易焊是指不預熱或僅采用低溫預熱焊接不產生裂紋；采用大或較大熱輸入量焊接熱影響區(qū)不產生脆化。寶鋼和武鋼生產的微合金控軋鋼主要有管線鋼、壓力容器用鋼、橋梁鋼等，并在工程上得到了成功的應用。其中管線鋼是最早進行微合金化并應用最為成功的范例。對管線鋼而言，主要的焊接性問題也是從焊接裂紋和HAZ的脆化問題進行分析。(1)焊接裂紋 微合金控軋控冷鋼碳及雜質含量低，如寶鋼和武鋼生產的X70鋼碳含量Wc≤0.05%,而且C、S、P等元素得到有效控制，因此焊接時液化裂紋和結晶裂紋傾向很小。但由于在鋼管成形焊接和安裝過程中存在較大的成形應力或附加應力，特別是在采用多絲大熱輸入量埋弧焊制管時，由于焊縫晶粒過分長大，出現C、S、P局部偏析也容易引起結晶裂紋。

    正是由于管線鋼的含碳量低，合金元素少，淬硬傾向小(如X70鋼屬于針狀鐵素體鋼)，因而冷裂紋傾向小。但隨著強度級別的提高，板厚的增大，仍然具有一定的冷裂紋傾向。特別是在管線鋼現場敷設安裝進行環(huán)縫焊接時，由于常采用含氫量高的纖維素焊條打底，熱輸入量小，冷卻速度較快，熔敷金屬含氫量高，因而會增加冷裂紋的敏感性。強度越高，冷列問題將越突出(如X80、X100及X120等管線鋼)。(2)熱影響區(qū)的脆化 熱影響區(qū)的脆化是細晶鋼焊接時常發(fā)生的問題，一般所用的熱輸入量越大，脆化傾向越嚴重。HAZ的脆化問題主要有粗晶區(qū)(CGHAZ)脆化、臨界熱影響區(qū)(ICHAZ)脆化、多層焊時臨界粗晶熱影響區(qū)(IRCGHAZ)脆化、過臨界粗晶熱影響區(qū)脆化(SRCGHAZ)、亞臨界粗晶熱影響區(qū)(SCGHAZ)脆化等。其中，CGHAZ、IRCGHAZ、和SCGHAZ的脆化是微合金鋼焊接時最應引起重視的脆化區(qū)域。為防止熱影響區(qū)的脆化，常采用如下措施：一是在成分上降碳，控制雜質含量，加入少量Ni韌化基體。二是要抑制熱影響區(qū)的晶粒長大，向鋼中加入Ti、V、Nb等細化晶粒的元素，通過形成TiN、TiO、NbN、VN等氮氧化物抑制HAZ晶粒長大。三是改善熱影響區(qū)的組織。通過向鋼中加入變質劑，提高相變形核率，細化組織。如向鋼中加入細小、均勻彌散分布的TiO微粒，可避免形成晶界鐵素體+側板條鐵素體等韌性低的組織，而在奧氏體晶內形成細小的針狀鐵素體可顯著提高韌性。即便采用大或較大熱輸入量焊接亦不產生脆化。四是采用合適的焊接工藝參數。對一般過熱敏感的鋼種，焊接時通過調整焊接工藝參數，減小高溫停留時間，避免奧氏體晶粒長大；采用合適的t8/5,使HAZ獲得韌化組織。3.新一代鋼鐵材料的焊接性由于新一代鋼鐵材料晶粒極度細化，焊接時面臨的嚴重問題是焊縫的強韌化、熱影響區(qū)晶粒長大等問題。(1)焊縫金屬的強韌化 焊縫金屬主要是通過合金化控制焊縫的組織實現強韌化。對400MPa級細晶鋼，只要通過調整焊縫組織使其獲得針狀鐵素體即可獲得理想的強韌性。而對于800MPa級以上超細晶鋼，要實現焊縫金屬與母材的等匹配較為困難。目前，我國及韓國擬開發(fā)的與800MPa級以上的超細晶粒鋼匹配的焊接材料是無預熱超低碳貝氏體焊接材料。(2)熱影響區(qū)的晶粒長大傾向 對于超細晶粒鋼，焊接時均會出現嚴重的晶粒長大傾向。這不僅會造成HAZ的脆化，而且還會導致HAZ的軟化。為解決這一問題，應采用激光焊、超窄間隙GMA焊、脈沖MAG焊等低熱輸入的焊接方法。四、鋼鐵工業(yè)的發(fā)展促進焊接材料產業(yè)的發(fā)展隨著我國工業(yè)化進程的加快和鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，近年來我國焊接材料產量每年均以幾十萬噸的速度激增，并與鋼材表觀消費量的增加幾乎成正比的增加。目前我國焊接材料產量約占世界焊材總量的40%左右，真正成為世界首位的焊材消費大國，但并不屬于焊材強國。

   近年來鋼材表觀消費量統(tǒng)計今后的焊材發(fā)展態(tài)勢應注意以下幾點：1.焊材產量的進一步增長，焊材結構將進一步調整由于近年來鋼材的強勁增勢，我國焊接材料消費量仍將持續(xù)增長。2003年，我國鋼材消費量為2.66億t，比2000年增長88%。焊材消費量約205萬t，比2000年增長86%。2004年，我國鋼材及焊材消費量均比去年同期增長17%。預計近兩年內我國鋼材消耗量將達到3.5億t，并且隨著我國鋼結構用鋼量的增加，焊接材料消耗量將更大。預計近5年內，我國焊接材料表觀消耗量將達到300萬t左右。隨著焊接技術向高效化、自動化和高質量方向發(fā)展，焊材結構將會發(fā)生變化。其中焊條比例將下降，焊絲比例將提高。

    近年來這種比例關系已經發(fā)生了明顯的變化 2003～2004年焊接材料分項統(tǒng)計表焊材品種2003年/萬t 2004年/萬t相對增長(%)占焊材比例(%)2003年2004年電焊條150 165 10 73 68.7 氣保護實芯焊絲30 45 50 14.6 18.8 藥芯焊絲4 6 50 2 2.5 埋弧焊絲+焊劑20 24 20 10 10 共計205 240 17 其中焊絲共計54 75 39 26.34 31.25

    1970年國外各發(fā)達*，仍以焊條電弧焊為主。當時焊條占焊材總產量的比例，美國和西歐約70%，日本達87%。至1980年，美國和西歐焊條比例已下降到40%，現已下降到20%～30%之間。1982年日本焊條占焊材總量的50%，1990年下降到24%，2002年僅為17.4%。這表明日本的焊條電弧焊一下降到20%一下，80%以上均為自動焊和高效焊接。20世紀80年代，我國焊條比例占焊材總量的90%，1999年焊條占85.5%。進入21世紀后，我國焊條所占比例逐漸減少，由表2可以看出，2003年焊條占73%，到2004年焊條占68.7%，焊絲所占比例已達31.25%。上述數據說明，近年來我國焊材正逐步向結構合理的方向發(fā)展。預計2005年鋼材表觀消費量達到3.5億t，焊材總量將增加到260萬t。其中焊條比例將占65%左右，為165～170萬t。各種焊絲所占比例將增加到90萬t以上。2.現有焊材品質的提升我國不僅是鋼材產量大國與鋼材消費大國，而且也是世界上頭號焊材產量與焊材消費大國。但現有焊材品種，普通焊材較多，高品質焊材較少，大部分高品質焊材還需依賴進口。因此，我國的焊材行業(yè)要根據市場發(fā)展的需求，不僅要進行產品結構的調整，而且要不斷提升焊材的品質及規(guī)格，以適應市場的要求，并提高在國際市場競爭的能力。比如：氣保護實芯焊絲應向低飛濺、高性能、多品種方向發(fā)展；藥芯焊絲應向寬電流、低塵、低飛濺、快速焊方向發(fā)展；埋弧焊用焊絲和焊劑應向高效率、多品種、高韌性方向發(fā)展；焊條、焊絲均應隨著新型鋼種的發(fā)展進行配套發(fā)展。3.微合金控軋鋼焊接材料的開發(fā)鋼鐵冶金技術的發(fā)展使低合金高強鋼實現了潔凈化、細晶化和力學性能上的強韌化，這就要求與之匹配的焊接材料也必須實現潔凈化、細晶化和強韌化。但由于焊縫金屬不能采用控軋控冷措施實現“細晶化”和“超細晶?！?，也不能出現鋼材軋制時的形變強化，難以在相近化學成分下實現焊縫與母材的強韌性匹配。因此目前常用的焊接工藝與焊接材料將不適用于低碳微合金化控軋鋼，更不適用于21世紀新一代鋼鐵材料，這就需要對常用焊接材料及工藝實現重大變革。根據國內外的研究，適用于微合金化細晶鋼和新一代鋼種的新型焊接材料應該是高純潔度的針狀鐵素體或低碳貝氏體(ULCB)焊接材料。這種焊接材料具有較高的強韌性，尤其是ULCB焊接材料為獲得高強、高韌及高質量焊縫金屬提供了潛在的可能性。ULCB的特點是其強韌性對冷卻速度不敏感，只是化學成分的函數，因此，焊縫能夠在較寬的熱輸入范圍內保持高的強韌性，可以提高熔敷效率。另外，由于ULCB采用了超低碳，抗氫致裂紋的能力很強，所以可不預熱焊接而不產生裂紋。顯然，由于焊接冶金的不平衡性，要想使焊縫金屬的潔凈度達到潔凈鋼的水平相當困難。但可在以下幾方面進行工作：(1)焊接原輔材料的潔凈化 焊接原輔材料中的主體是盤條或鋼帶，可以通過上述冶煉技術實現凈化。目前武鋼生產的盤條鋼其潔凈度達到：Ws≤0.005%，Wp≤0.01%,鋼中的脆性夾雜物<1級，達到了國際先進水平，可以用于潔凈鋼的焊接。同時，還應嚴格控制其它原輔材料中的雜質含量。

(2)焊接冶金反應中的潔凈化 焊接過程中進行著激烈的化學冶金反應，利用焊接冶金反應進行脫氧、脫硫、脫磷、脫氮及除氫是目前焊接材料中普遍采用的潔凈化技術。因此，在焊接材料的研究中，應優(yōu)化配方及工藝參數，盡可能使凈化反應進行的比較完善。4.高科技新型焊接材料的發(fā)展趨勢隨著我國工業(yè)化步伐的加快和新鋼種的不斷開發(fā)應用，對焊接材料的要求越來越高，應該不斷提高現有焊材品質的同時，開發(fā)多種新型焊材品種，以滿足現代化建設的需求。(1)開發(fā)高鋼級管線鋼(如X70、X80、X100、X120等)用新型焊接材料，包括氣保護和埋弧用實芯焊絲、自保護藥芯焊絲。(2)開發(fā)適于大型儲油罐(*一期工程162個10～15萬立方米的大型石油儲罐)用的高強度(屈服強度≥490MPa)、厚板(20～45mm)大熱輸入量用焊條、實芯焊絲和藥芯焊絲。(3)新一代微合金化耐熱鋼(如T91/P91、T92/P92、T23/P23等)用焊接材料。(4)與21世紀新一代鋼鐵材料超細晶粒鋼配套的新型焊接材料。(5)超低碳貝氏高強鋼(600～1500MPa)用焊接材料。超低碳貝氏高強鋼具有高強、高韌、焊接裂縫敏感性小等優(yōu)點，在一定材料工藝下，焊前可不預熱，但焊縫在該強度級別下容易開裂。(6)對現有不銹鋼焊接材料進行品質提高。對于質量要求高的重要場合用不銹鋼焊條仍需進口。除國內焊接材料廠家需要提高技術水平以外，原材料廠家(包括焊絲及原輔材料)還應提供高質量的原輔材料。同時應開發(fā)雙相不銹鋼配套的焊接材料和“節(jié)鎳”、“含氮”的不銹鋼焊接材料，以緩解我國鎳資源的嚴重不足。五、結語由上述可知，鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，對焊接技術和焊接材料的發(fā)展提出了新的機遇和挑戰(zhàn)?？梢灶A測，21世紀焊接方法和焊接材料都將發(fā)生重大的變革。尤其近10年內，各大型企業(yè)應“順勢而為”，集中人力、物力和技術力量，加大科研開發(fā)力度，開展產學研結合，為21世紀新型焊接技術和焊接材料的變革奠定良好的基礎。