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至 1012根/cm2以上[7]。随着合金中位错密度增大，继续变形时位错在滑移过程中相互交割的机会增多，相互间的阻力也增大，因而变形抗力就越大，合金达到强化。 2.3.3 固溶强化
溶质原子溶入基体金属中总是提高其变形抗力，这种作用称为固溶强化。所有可溶性合金化组元甚至杂质都能产生固溶强化。然而，单是这一种方法不能获得特别高的强度，不过它带来的塑性损失要比其他方法小。
固溶强化来源于溶质原子对位错的钉扎作用和增加位错运动的摩擦阻力，这种作用包括位错与溶质原子间的长程交互作用和短程交互作用。固溶强化作用大小取决于溶质原子浓度、原子相对尺寸、固溶体类型和电子因素。
固溶强化又分为间隙式固溶强化和置换式固溶强化。C、N等溶质原子嵌入α－Fe晶格的八面体间隙中，使晶格产生不对称畸变造成强化效应。间隙式固溶强化对铁素体基体强化效应最大，对韧性、塑性的削弱也很显著。置换式固溶原子在基体晶格中造成的畸变大都是球面对称的，因而强化效能要比间隙式原子小。当溶质和溶剂原子直径相差比较小，化学性质也较类似时，置换原子的溶解度极限可以很大，但强化效应却很小。随着元素类型的不同，强化效能相应发生变化。置换式固溶强化对铁素体的强化作用小，但是却不削弱基体的塑性、韧性。 2.3.4沉淀强化
凡是固溶度随温度而变化的合金，当从单相区进入两相区时，就会从饱和固溶体中析出沉淀相或者形成溶质原子高集的过渡相，这个过程称为沉淀或者脱溶。如果从高温淬火得到过饱和固溶体，则在适当温度经过一定时间后也会发生沉淀过程，即时效。在沉淀过程中常常伴随着强度的提
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高。强度提高的程度主要取决于沉淀物质点的结构、尺寸、间距、形状及分布，同时也取决于质点与基体的错配度或共格性，以及它们之间的相对位向。
2.3.5马氏体相变强化
马氏体硬度极高，是钢经过淬火的产物。并不是所有的马氏体都具有高强度，只有含碳和氮的铁合金经马氏体相变后才显示出最强烈的硬化效应。马氏体的强化并不限于一种机制，它是固溶强化、时效强化、晶界强化和相变强化的综合。
钢中的马氏体是碳和合金元素溶于α-Fe中的过饱和固溶体，其中对硬度和强度起决定作用的是碳原子而不是合金原子。当碳溶于马氏体的八面体间隙中，晶格发生膨胀和畸变，在晶格中造成一个十分强烈的应力场，阻止位错运动，从而使马氏体的硬度和强度显著提高。由于碳原子容易扩散，在室温下可以通过扩散发生偏聚从马氏体中析出，所以时效强化也对强化做出贡献。
2.4 韧化机理
韧性是指材料在断裂前单位体积所消耗的功，其数值等于真实应力－应变曲线下的面积。韧性既取决于塑性也取决于强度。但是对于绝大多数工程合金来说，强度的提高往往伴随者塑性、韧性的降低，即塑性、韧性常具有相同的变化趋势。因此习惯上常把强度和塑性、韧性看作是两组相互制约的性能指标。WELDOX960高强钢的实际生产中一般通过净化钢材，细化晶粒，优化显微组织等手段达到提高韧性的目的。
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2.4.1金属材料的净化
理论研究和生产实践都证明：金属材料中所含的气体和非金属夹杂物对金属材料的塑性和韧性有严重的影响。比如S是绝大多数钢种的有害元素，它使钢的加工性能和使用性能变坏；N溶于金属中后容易与Fe元素结合成Fe4N，使焊缝金属产生时效脆化；而H元素在近缝区是造成接头氢脆、白点和气孔，产生裂纹的主要根源。因此在钢材的冶炼、轧制中要严格控制杂质元素的含量，这对于改善钢材的焊接性是至关重要的。 2.4.2晶粒的细化
晶粒是位错和塞积群的障碍，晶界又是晶格位错的源头和尾闾，因此晶粒大小对于金属的力学性能有重大的影响。晶界既然能阻止位错的运动，故细化晶粒能促进多滑移，使变形均匀化，从而提高金属材料的塑性。从理论上讲，晶界可以把塑性变形限制在一定的范围内，故细化晶粒能促进多滑移，使变形均匀化，从而提高金属材料的塑性。同时晶界又能阻止裂纹的扩展，故细化晶粒还能提高金属材料的韧性。目前关于细化晶粒对塑性韧性的贡献还缺少定量的解释。细晶粒不仅在室温下具有较高的塑性，而且在较低的温度下仍能保持良好的塑性。工业上常用以下方法达到细化晶粒、提高强度、塑性和韧性的目的：将钢在相变点附近反复加热冷却，在液态金属中添加变质剂或孕育剂。 2.4.3显微组织的优化
金属材料的韧性对显微组织十分敏感。通过热处理实现显微组织的优化，可以在保持材料高强度的同时提高材料的韧性。
马氏体是钢中最常见的不平衡组织，对于低碳低合金钢的马氏体，其晶体外形呈板条状，晶体内部大都是密度很高的位错线（位错密度1011～
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1012cm-2）,习惯上叫做板条马氏体或位错马氏体。该种马氏体含碳量比较低，晶体接近于体心立方，因而对韧性损害较小。马氏体中的位错亚结构具有一定的可动性，可以通过位错缓和局部区域的应力集中，延缓裂纹成核；在有裂纹的情况下，也可以削减裂纹尖端的应力峰；而且马氏体晶体呈板条状，条束之间有残留奥氏体薄膜，能提高韧性。另外这类马氏体的Ms点比较高，在一般的淬火条件下会发生自回火。
2.5本章小节
通过对WELDOX960高强钢的生产工艺和合金元素含量的分析，得出如下结论：
1. WELDOX960高强钢含碳量低，合金元素含量低，主要通过细化晶粒和添加多元微量合金元素达到钢材强韧化的目的，精确控制化学成分，并严格控制钢中残留元素的含量和夹杂物的数量、形态、尺寸和分布。
2. WELDOX960在生产中采用连续轧制淬火工艺保证钢材在极短的时间内迅速从900℃降至室温，使晶粒细化，钢材的机械性能大大改善，从而可以降低钢种合金元素的含量，实现以水进行钢板的合金化。
3. 精确控制各道工艺工序。从钢材冶炼到最后齐尺全部采用自动化控制，轧制过程在全封闭的环境下进行恒温均温操作，严格控制气氛，保证钢板的性能和质量稳定。
4. 独特的生产工艺和轧制技术以及对合金元素的精确控制，WELDOX960钢板调质处理后组织为细小的低碳马氏体，平均晶粒尺寸为5μm，强韧性好，综合性能优异，并且具有良好的焊接性能。
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第三章 WELDOX960高强钢焊接性研究
金属焊接性是金属材料对焊接加工的适应性。主要是指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。金属焊接性分为工艺焊接性和使用焊接性。工艺焊接性是指特定的材料在指定工艺条件下形成优质焊接接头的能力；使用焊接性是指形成的接头适应使用要求的程度，两者都是材料在焊接过程中力学和冶金行为发展变化的结果[11]。随着新的焊接方法的不断涌现，材料制造工艺的不断完善和新材料的出现，以及生产应用对结构越来越高的性能要求，金属焊接性问题不断得到解决又不断涌现，因此，金属焊接性仍是生产和研究中极为重要的课题之一。
钢材的焊接性主要取决于它的化学成分。随钢材强度级别的提高其焊接性变差。焊接性变差一般表现在两个方面：一是焊接过程中焊缝熔敷金属的各种冶金缺陷；二是焊接过程中材料性能的变化。
3.1 WELDOX960高强钢焊接性理论分析
一般情况下，对钢材焊接性理论分析并不能对材料的焊接性进行十分准确可靠的评价，但是可以作为很好的补充辅助材料，有助于在短期内迅速把握复杂的冶金因素和焊接因素在焊接中所起的作用，从而可以降低试验成本。
WELDOX960高强钢属于热处理强化钢，调质处理后组织为细小的低碳马氏体，具有高强度和良好的塑韧性，可以直接在调质状态下进行焊接，焊后不需要热处理。由于焊接热循环的作用，在热影响区存在着由于峰值温度超过原回火温度而引起强度和硬度下降的“软化区”，所以该钢种在一定程度上存在过热区脆化及软化区强度下降的问题。
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