臺灣博碩士論文加值系統

一般鋼結構建築系統，柱受到高入熱量銲接之影響下，會使得熱影響區晶粒粗大、產生脆性的組織與大範圍的熱影響區，這些因素均會嚴重的影響大型結構體銲接後之機械性質。現今國內較少研究柱板厚度方向之相關研究資料。本論文係探討符合美國ASTM A992-02建築結構用鋼規範之32mm、40mm及50mm板厚之鋼板，以電渣銲接(Electro slag welding, ESW)後，以微硬度、金相、電子背向散射繞射（Electron backscattered diffraction, EBSD）等實驗方法，觀察鋼板銲前與銲後柱板厚度方向機械性質和顯微組織之變化、及銲件快速凝固後之織構的演化，以作為往後設計規範及材料規範之參考。
隨著冷卻速度的變化，銲道之顯微組織呈現不同之晶粒型態，可概分為下列幾項：(a)晶界肥粒鐵；(b)費德曼肥粒鐵；(c)針狀肥粒鐵；及(d)少量之波來鐵等。微硬度量測結果顯示，經由高入熱量電渣銲接可提高所有板厚之整體硬度提高。銲件之硬度隨遠離銲道中心距離的增加而有下降之趨勢，但以粗晶粒熱影響區的硬度為最高，銲道區次之。EBSD分析顯示，不同板厚之銲道中心區皆具有特定晶粒取向，證明晶粒的＜001＞方向會沿著熱流方向快速成長，抑制其他方位的晶粒成長，形成擇優取向之高斯織構｛110｝＜001＞及立方織構｛100｝＜001＞。
綜合以上結果，應用電熱熔渣銲接時，受高入熱量之影響使得部分柱板之熔融線達1/2板厚，產生大範圍之熱影響區，且銲後柱板板厚中央仍然存在非均向性的帶狀波來鐵組織，再加上粗晶區冷卻時，易形成硬度高的相，此皆對材料之韌性有不利的影響。故電熱熔渣銲接應用於A992建築結構用鋼之銲接時，不建議使用低於32mm之薄板。

The objective of this study is to investigate the evolutions of microstructures, mechanical properties and texture of ASTM A992 construction steels after Electro Slag Welding (ESW).
Experimental results show that after Electro Slag Welding (ESW), the primary microstructure in the steel plate can be categorized into four morphologies, allotriomorphic ferrite, Widmanstatten ferrite, acicular ferrite, and pearlite. The coarse grained heat affected zone (CGHAZ) has the highest hardness value. The results of EBSD analysis indicates that preffered orientation is presented not only in coarse grained heat affected zone(CGHAZ), but also in the center of welding metal. {123}＜63-4＞ is the prefferd orientation in CGHAZ and cubic texture｛100｝＜001＞and Goss texture ｛110｝＜001> are the texture presented in the center of welding metal, showing the competitive grains growth in ＜001＞ direction in the welding metal.
Base on the experimental findings, it can be concluded that the high heat input generated by ESW will produce large area of coarse grain in heat affect zone and will penetrate deep into the steel plate. Both of them are adverse to toughness. It is suggested that ESW should not applied to A992 steel plate under 32mm thick.

中文摘要 I
英文摘要 I
誌 謝 I
目 錄 II
表 索 引 I
圖 索 引 I
第一章 前言 1
1.1 問題描述 1
1.2 研究目的與本文架構 3
1.3 論文架構 4
第二章 文獻回顧 7
2.1 鋼結構規範 7
2.2 銲接與熱影響區 11
2.2.1 梁柱接頭處複合銲道對柱板材質之影響 11
2.2.2 銲接所產生之熱影響區 12
2.2.3 銲後所產生之顯微組織 14
2.2.4 熱影響區韌性的控制因素 17
2.3 電子背向散射繞射(EBSD)分析技術簡介 18
2.4 織構分析 20
2.4.1 EBSD在銲件織構之分析 22
第三章 實驗步驟與方法 33
3.1 實驗流程 33
3.2 實驗方法 33
3.2.1 微硬度試片製作與測試 33
3.2.2 金相試片製作與觀察 34
3.2.3 EBSD 試片製作與觀察 34
3.3 分析儀器及試驗設備 35
第四章 結果與討論 41
4.1 金相觀察 41
4.1.1 母材顯微組織觀察 41
4.1.2 銲接後之顯微組織觀察 42
4.2 微硬度試驗結果 45
4.2.1 母材之微硬度試驗結果 45
4.2.2 銲後之微硬度試驗結果 45
4.3 電子背向散射繞射(EBSD)織構分析 47
4.3.1 銲後柱板厚度50mm之結晶取向分析 47
4.3.2 銲後柱板厚度32mm之結晶取向分析 50
4.3.3 不同入熱量對結晶取向之織構影響 51
4.3.4 晶界性質分析 52
第五章 結論 67
未來研究方向 69
參考文獻 70
附錄一 73
附錄二 97
作者簡介 98

[1]黃志榮，「硫含量對A992、SN490B及SN490C結構用鋼之機械性質影響」，台灣科技大學機械工程學系碩士論文，民國九十五年。
[2]林英志，「高入熱量電渣銲接TMCP結構鋼板機械性質與顯微組織之影響」，材料科學，第三十卷，第四期，第1頁~21頁，民國八十八年。
[3]Robert J. Dexter, Paul M. Bergson, Sara D. Ojard and Mark D. Graeser, “Ductility and Strength Requirements for Base Metal in Welded T-Joint”, Journal Materials in Civil Engineering, pp. 35~43(2002).
[4]Federal Emergency Management Agency, State of Art Report on
Welding and Inspection, Program to Reduce the Earthquake Hazards
of Steel Moment-Frame Structures, FEMA-355B(2000).
[5]陳正誠、蔡顯榮、梁宇宸、黃志榮、林俊穎、陳正偉，「建築結構
用鋼在銲接及結構韌性之性能研究」，台灣科技大學成果報告，民
國九十七年。
[6]「鋼構造建築物鋼結構設計技術規範（一）鋼結構容許應力設計法
規範及解說」，內政部營建署，民國九十六年。
[7]「鋼構造建築物鋼結構設計技術規範（二）鋼結構極限應力設計法
規範及解說」，內政部營建署，民國九十六年。
[8] K. Tsukada, T. Ohkita, C. Ouchi and T. Nagamine, NKK Tech. Rep.
Overseas, pp. 24-34(1982).
[9]王錫欽，「鋼板之線上加速冷卻處理及其產品-TMCP鋼板介紹」，
機械月刊，第十八卷，第三期，第254~第261頁，民國八十一年。
[10]D. Francois, F.M. Burdekin, “State of the Art Resume on Significance
of Local Brittle Zones”, Welding in the World 41, pp. 138-143 (1998).
[11]Shuji Aihara, “Steel Plate for Ships and ther Welded Structures having
High Toughness of HAZ and Base Metal: Fundamental Studies and
Developments”, Nippon Steel Corporation, Japan (2006).
[12]林駿翔，「SN490B結構用鋼GMAW銲件顯微組織與織構之研究」，
台灣科技大學機械工程學系碩士論文，民國九十六年。
[13]林品伸，「A572 Gr.65高強度低合金鋼銲接熱模擬顯微組織與機械
性質之研究」，台灣大學材料工程學系碩士論文，民國九十五年。
[14]R.W.K Honeycombe, H.K.D.H Bhadeshia, Steels：Microstructure and
Properties, E. Arnold, London(1981).
[15]黃宏勝、林麗娟，「FE-SEM/CL/EBSD 分析技術簡介」，工業材
料雜誌，第201期，第99~108頁，民國九十二年。
[16]許樹恩、吳泰伯，X 光繞射原理與材料結構分析，新竹，中國
材料科學學會發行，第429~432頁，民國八十二年。
[17]吳信輝，「電子束或電弧銲接鎂合金之微織構與機性分析」，中
山大學材料科學系碩士論文，民國九十二年。
[18]Sigrid Guldberg and Nils Ryum, “Microstructure and Crystallographic
Orientation Relationship in directionally solidified Mg–Mg17Al12-eutectic”,
Materials Science and Engineering, A289, pp. 143-150(2000).
[19]白志華，「雙相不�袗�銲接與熱模擬試驗後顯微織構變化之研
究」，中山大學材料科學系碩士論文，民國九十一年。

[20]V. Randle, Microtexture Determination and its Applications, The
Institute of Materials: London.pp 1-5 (1992).
[21] F. Mehl,Atlas of Microstructures of Industrial Alloys, Metals
Handbook, Vol.7, American Society for Metals, Ohio(1980).
[22]Ricks, R.A., Howell, P.R., Barritte, G.S. ”The Nature of Acicular
Ferrite in HSLA Steel Weld Metals”, Journal of Materials Science,
pp. 732-740(1982).
[23]林政德，「TMCP 鋼高熱輸入量銲接熱影響區韌性及熱裂性研
究」，中正大學機械工程學系碩士論文，民國八十四年。
[24]楊平，電子背向散射繞射技術及應用，北京市，冶金工業出版社，
第67頁，民國九十六年。
[25]Kokawa H, Shimada M, Michiuchi M, Z.J. Wang, Y.S. Sato,”Arrest
of Weld in 304 Austenitic Stainless Steel by Twin Induced Grain
Boundary Engineering”, Acta Materialia, Vol.55, pp 5401-5407(2007).