關于強屈比在船舶焊接材料檢驗中的應用探討

江澤新，馬金軍，鄭文凱，陳慶城

（廣船國際有限公司，廣州511462）

1 前言

強屈比是材料在進行拉伸試驗時抗拉強度與屈服強度的比值，反過來則稱為屈強比。屈服強度是塑性變形的起點，抗拉強度是能承受的力的最大點，因此強屈比越大，則屈服到受力最大點的距離越大，同時從塑性變形到斷裂的形變容量也越大。

對于材料的強屈比要求主要應用在有抗震要求的高層建筑用鋼以及管線用鋼[1-4]，如GB50011《建筑抗震設計要求》中要求“對于一﹑二﹑三抗震等級的的框架，其縱向受力鋼筋采用普通鋼筋時，鋼筋的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值不應小于1.25”；GB/T 9711《石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管》要求“X42-80鋼強屈比不低于1.11等。

由于強屈比在部分規范中的要求，也讓此概念在船舶焊接材料檢驗方面得到應用。為此，筆者根據已有的研究成果以及焊材檢驗的大量數據，對此問題進行綜合分析和探討。

2 焊接材料的選擇

鋼材焊接在選擇焊接材料時，要求焊材至少要滿足母材的性能要求，如母材的強度﹑延伸率﹑沖擊韌性等；如果母材有防腐﹑耐磨要求，則焊接材料焊接后的焊縫也應滿足相關要求。因此，對于強屈比要求應用到焊材檢驗中的熔敷金屬試驗時，最主要的是看設計時對所用的母材是否有相關要求，如果對母材無此要求，則理論上焊材熔敷金屬也不需要強屈比值要求。

3 強屈比與焊材性能的關系

根據管線鋼的研究及試驗結果表明，強屈比越大則延伸率越大[5]；但焊接材料熔敷金屬試驗的結果則表明并無相關關系。筆者對比本公司2016年藥芯焊絲熔敷金屬試驗結果，同一塊試板的延伸率﹑低溫沖擊值與強屈比的關系，見圖1和圖2所示。可以看出延伸率增高﹑沖擊值增大時，強屈比并未隨著發生規律變化，且各數據點離散度較高，可以說明焊材熔敷金屬的強屈比與塑性﹑低溫韌性并無對應關系。

圖1 沖擊值與強屈比關系

圖2 延伸率與強屈比關系

焊材的抗裂性與化學成分﹑氫含量﹑焊接參數有關系，化學成分的影響可以通過裂紋敏感系數Pcm表示。通過對本公司2015年藥芯焊絲熔敷金屬試驗，對同一試板拉伸試驗及化學成分分析，得出如圖3所示裂紋敏感系數與強屈比的關系。由圖3可以看出，裂紋敏感系數增大，而強屈比反復出現增大﹑減小，且各數據點離散度較高，可以得出裂紋敏感性與強屈比并無對應關系，也無規律可循。

圖3 裂紋敏感性系數與強屈比關系

4 強屈比的影響因素

圖 4 熱輸入量與屈服強度的關系

圖 5 熱輸入量與抗拉強度的關系

圖 6 熱輸入量與屈強比的關系

5 強屈比應用探討

隨著微合金化技術﹑熱機控軋技術的開發及應用，強屈比的要求也逐漸弱化。東濤等人[6]認為結構設計的安全性應著眼于“總體屈服”，要求在裂紋產生之前具有一定的塑性變形能力，這是不發生突然斷裂的先決條件，所以只要認定鋼材有足夠的韌塑性變形容量，采用較高屈強比的材料是安全的；高惠臨[7]提出當強屈比超標或對強屈比的大小有疑慮時,應結合材料的應力-應變曲線及其均勻伸長率﹑形變硬化指數和靜力韌度等進行綜合評價。靜力韌度也稱強塑值,其大小等于材料應力-應變曲線所包圍的面積。

在應力-應變曲線中，抗拉點和屈服點僅是坐標平面內的兩個點，強屈比是這兩點數值的比值。以圖7所示材料A﹑B﹑C的應力應變曲線為例：對比材料B和C，材料B強屈比高﹑材料C低，但材料C塑性高于材料B。如果以靜力韌度評價，材料C高于材料B；對比材料A和B，抗拉強度兩種材料相同，材料A屈服強度較高，所以材料B強屈比高于材料A。但塑性方面材料A高于材料B，靜力韌度也同樣如此。隨著材料科技的發展，越來越多的工程材料與材料A類似，屈服﹑抗拉較高﹑強屈比較低，但塑性﹑韌性都越來越好，所以強屈比的應用逐漸弱化，而著重考慮材料其它綜合性能。

圖7 應力-應變曲線

6 總結

（1）焊材熔敷金屬的強屈比與延伸率﹑沖擊韌性﹑抗裂性無對應關系，不能認為強屈比高就塑性﹑韌性﹑抗裂性也高；

（2）焊材類型不同，強屈比的平均值也不同；同時，焊材熔敷金屬試驗的方法也對強屈比有影響，熱輸入量越大，則強屈比越高；

（3）強屈比在工程材料的應用中逐漸弱化，在焊接材料檢驗中也無實際價值，不能體現焊材的相關性能，因此不宜設置此要求作為材料驗收的條件。