3、含NbTMCP钢焊接性能
对于结构用钢来说，焊接性能是下游用户最为关注的应用性能。图7对比了钢中主要的固溶元素对焊接性能和强化作用的影响。其中，除Nb外，其他元素仅考虑了固溶强化作用，焊接性能用Pcm值代表。C和Nb的强化作用极其明显。从图中可以发现每一个替代元素都是以某种程度地损失焊接性能为代价来提高拉伸强度。C与Si具有相同的作用趋势，但是最显著的元素是Nb，它具有显著的强化作用而不损害焊接性能。这正是Nb成为TMCP工艺不可或缺元素的重要原因之一。
对于应用高强度钢生产大型结构的企业来说，如何防止焊接时产生氢致裂纹是非常重要的。虽然诸如预热以及焊后热处理等措施可以应对氢致裂纹对钢板的危害，但这需要耗费大量时间和资金，同时也难于在生产中进行控制。
用TMCP钢板取代正火钢板后，预热温度大大降低，甚至可以达到不预热的状态。由此可见，当焊接技术发展到不预热的阶段时，可以大大降低氢的输入，同时也就意味着焊接成本的降低以及焊接质量的提高。
图8对比分析了S355J2+N正火钢和高强度Dillimax500MLTMCP钢的焊接工作范围。热输入的下限是为了避免氢致裂纹，热输入和道间温度的上限则是为了得到足够的强度和韧性。从图中可以明显看到，正火钢的焊接工作范围很小，而TMCP钢的范围很大，可以对其使用更高效的焊接工艺。图9则显示了Dillimax500ML钢板HAZ的冲击转变曲线。由于TMCP钢具有较低的碳含量和微合金含量，焊后可得到良好韧性，在大范围的焊接热输入下韧性都不会恶化。在很多情况下，应用TMCP钢的焊接结构都不需要进行焊后热处理，这是因为这类钢在焊后已经具有很高的韧性以及适度的HAZ硬度。
虽然Nb在TMCP工艺中对于改善基体的性能不可或缺，但是有时候Nb本身会对焊接有害，尤其是在特定应用领域的结构钢中添加了不恰当含量铌的时候。有研究报道了Nb对焊接金属和热影响区（HAZ）韧性的影响。认为Nb的不利作用通常可能产生在较高热输入量条件下的高碳钢上，也有可能在焊后热处理上。
Nb对焊接性能的负面作用源于其本身的固有属性，其中影响最大的是Nb对γ-α转变的延迟作用。对于抗拉强度500MPa强度级别的钢材，在焊接冷却过程中，固溶Nb会增加HAZ区贝氏体转变的倾向。但是，Nb可以降低碳含量的作用通常会抵消或减弱这些不利影响。另外，在较高热输入量焊接速度下，如果采取充分的手段避免MA结构的生成，Nb对焊接产生的不利作用就可以被减弱。例如，降低Ｃ或MA相的其他友好元素比如Si，是最有效并被广泛应用的措施之一。其结果是，在低碳情况下，贝氏体转变中保留的奥氏体将分解成渗碳体和铁素体。
4、含Nb建筑桥梁TMCP钢的发展与应用
随着建筑桥梁领域结构制造中日益广泛地采用焊接技术，对于钢种的焊接性及冲击韧性开始提出要求，降低碳含量和碳当量是大势所趋，钢种向低碳微合金化方向发展。Nb微合金化TMCP钢在其中扮演着重要角色。下面通过国内外典型工程举例说明含Nb建筑桥梁TMCP钢的发展与应用情况。
4.1、S460ML级钢板在德国Ilverich大桥中的应用
由于大桥在杜塞尔多夫机场的飞行航线附近，故该桥被要求设计成高度较低的塔形建筑。塔顶由于受力较大，需要应用厚度达100mm的S460ML（EN10025）级钢板。钢板1/4厚度-80℃下的冲击韧性要求达到27J。选用CEIIW为0.39%的CuNiMoNb钢来设计生产S460ML级钢板，钢板韧性完全满足要求（如图10所示）。该大桥钢板的提供商是德国迪林根公司，目前该公司生产的所有级别的TMCP钢板都采用了Nb微合金化，其Nb含量在0.015%-0.040%。
高强度低合金钢另一个应用实例就是上海高层建筑“世贸中心”。上海世贸中心有101层492m高，是世界上最高的建筑之一。该建筑的特殊位置需要钢材具有加工方便的特点，最小屈服强度要求达到450MPa。共有超过7700t，最大厚度达100mm的TMCP工艺生产的S460M级钢板交货。这一建筑在2008年８月竣工。
4.3、S460M/ML级钢板在法国米洛大桥中的应用
高达343m，长度为2640m，车道高度270m，横跨塔恩河（Tarn）河谷的米洛大桥刷新了桥梁建筑领域的世界纪录。起初该桥是按钢筋混凝土桥设计建造，后来改为由钢铁桥面和塔桥组成的多孔斜拉桥方案建造，不仅建筑工期被大大缩短，而且相对于混凝土桥来说，该方案具有更轻、更薄的桥面（钢结构36000t/混凝土120000t），混凝土箱臂高度降低到4.2m（较低的风抗），斜拉索的使用量减少，基础工程寿命延长到120年。所有这些优点都极大降低了项目花费。几乎一半的工程结构应用了S460ML级高强度细晶结构钢（18000t，厚度在10-120mm之间）。采用特定的TMCP工艺使得这种钢在达到高强度的同时，还具有良好的焊接性。
4.4、日本JFE钢铁公司开发的一系列高性能建筑用钢
不断增长的大型、大跨度高层建筑的设计需求，推动了建筑高强钢的应用。为满足这些需求，日本JFE钢铁公司开发了一系列高性能建筑用钢。
结论
JFE钢铁公司开发了550MPa（屈服强度为385MPa）级钢板，尽管该钢板的屈服强度和抗拉强度高出520MPa级钢30MPa，但碳当量与520MPa级钢板相同。这可以通过带有“SuperOLAC”（一种先进的快冷系统）的TMCP工艺，并且添加Nb，而不实施任何的后续处理来完成。因此，550MPa级钢的可焊性与520MPa级钢相同，并且与590MPa级钢相比，可降低钢结构制造中的焊接成本。对比传统的520MPa级和590MPa级钢，钢结构的总制造成本通过减重、缩短焊接时间、降低运输成本及简化焊接工艺得到最大程度的降低。图11为不同级别钢制造的钢结构成本与钢重量比的示意图。为特别适合需要高强钢的结构，JFE还开发了780MPa级钢板。（注：图示参见原创）
（来源：钢铁产业）
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