大线能量焊接用钢CGHAZ冲击韧性内在机理分析

针状铁素体(AF)一直被认为是提升大线能量焊接用钢粗晶热影响区(CGHAZ)韧性最有效的组织之一,但在一些试验中,有时即使发现CGHAZ中有大量AF组织,韧性也并不好。为了研究大线能量焊接用钢CGHAZ中不同类型组织及夹杂物对其冲击韧性的影响作用,从CGHAZ冲击试验出发,借鉴前人研究经验,对影响CGHAZ韧性的主要因素进行深入分析。结果显示,CGHAZ中微米级夹杂物容易成为裂纹萌生点,而晶内位错效应、冲击触发的体积效应等可以抑制裂纹传播,CGHAZ中析出的少量纳米级碳氮化物可以提升AF形核能力,增强CGHAZ韧性和强度,但当析出粒子过多时,会降低CGHAZ韧性。     

含Mg夹杂物对低合金高强度钢CGHAZ韧性的影响

摘要：采用Ca、Mg处理工艺研究不同夹杂物粒子对200kJ/cm大线能量焊接低合金高强度钢CGHAZ冲击韧性的影响,对各个试样CGHAZ的显微组织,晶粒尺寸和冲击功进行观察和分析。试验结果表明,在低合金高强度钢CGHAZ中,Mg处理钢的冲击性能明显高于Ca处理钢,主要原因是含Mg夹杂物粒子析出能力比含Ca夹杂物粒子强,在焊接过程中,含Mg夹杂物粒子对CGHAZ组织的钉扎作用更加显著;同时提高针状铁素体的含量,延长裂纹扩展路径,提高断裂时吸收的能量,使样品韧性得到提升。     

镁处理对钢中夹杂物以及HAZ组织和性能的影响

 近年来镁处理的氧化物冶金技术研究非常活跃,为了总结镁处理氧化物冶金研究的最新成果,综述了镁处理对钢中夹杂物以及HAZ组织和性能的影响研究。通过镁处理形成的微米级含镁氧化物和硫化物复合夹杂物可以诱导晶内针状铁素体析出;镁处理过程中形成的纳米析出物,通过对奥氏体晶界的钉扎作用可以抑制原奥氏体晶粒长大,钉扎粒子多为300 nm以下的TiN、在MgO表面析出TiN形成的MgO+TiN复合夹杂和镁的氧化物或硫化物及其复合夹杂物。这两种氧化物冶金作用机理都有助于提高厚钢板的大线能量焊接热影响区的低温冲击韧性。镁处理可以同时对钢中氧化物和硫化物进行改性,改变了硫化物的组成和形态,生成以含镁夹杂物为核心,外围包裹MnS的复合夹杂物抑制了树枝状MnS的生成,促进钢中生成细小、球状分布的MnS夹杂物,进而改善钢的可加工性能;并且形成的含镁复合夹杂物之间的作用力约为Al₂O₃夹杂物之间作用力的1/10,作用距离约为Al₂O₃夹杂物最大作用距离的2/5,呈现弥散分布状态。     

镁处理船板钢中IAF的诱发行为研究

镁处理可有效细化钢中夹杂物,并通过诱发IAF的形式提高船板钢的大线能量焊接性,但焊接热循环中温度对IAF诱发的影响尚不明晰.本研究先后对镁处理船板钢中夹杂物的尺寸、数量、组成进行了统计和分析,对其铸坯和轧材分别进行了不同温度的高温处理和相应的金相组织分析,并对诱发IAF的夹杂物构成进行了大量的分析.结果表明:镁处理后船...     

镁对X120管线钢夹杂物的作用

 运用热力学计算了X120管线钢中氧化镁及其复合夹杂物在钢液中的析出条件,以X120管线钢酸溶铝目标质量分数0.025%为例,0.00046% 0.0033%,钢中将有MgO生成。在X120管线钢的成分下,w(［Ti］)=0.016%时,w(［Mg］)=00008%就可以生成2MgO·Ti2O3复合夹杂。微镁处理的X120管线钢中的夹杂物全部是细小的含镁复合氧化物或是含镁氧化物与硫化物的复合夹杂。镁处理钢中的夹杂物小于2 μm的占85%,2~5 μm的占14.5%,5~10 μm的夹杂物仅有0.5%,看不到大于10 μm的夹杂物,大大优于钙处理钢。     

Mg处理对X65管线钢中夹杂物的影响

在实验室用真空感应炉冶炼3炉X65管线钢,其中2炉钢进行镁处理。分析非镁处理钢和镁处理钢中夹杂物的变化特征,研究镁处理对X65管线钢中夹杂物的影响。结果表明:1)非镁处理钢中的夹杂物主要是Al_2O_3系夹杂,镁处理钢中的夹杂物类型主要是MgO-Al_2O_3系夹杂;2)镁处理钢中粒径小(1~5μm)的夹杂物比例相对较高,大颗粒( 15μm)夹杂物明显减少;3)粒径较大的夹杂物主要是Al_2O_3夹杂和靠近低熔点区域的夹杂,靠近镁铝尖晶石成分的夹杂物粒径较小,说明镁处理可使钢中夹杂物变得细小而分散;4)镁处理钢中存在大量的尺寸细小的MgO·Al_2O_3系夹杂物,可以为硫化物的析出提供形核核心,从而减少硫化物在晶界的析出数量。     

含硫易切削钢夹杂物控制试验研究

通过高温试验研究了钙处理和镁处理对含硫易切削钢中夹杂物的控制效果。钙处理后钢中夹杂物为CaAl-O+(Ca,Mn)S复合夹杂物、(Ca,Mn)S以及Mn S夹杂物;镁处理后钢中夹杂物为Mg Al2O4+(Mg,Mn)S、Al2O3+Mn S复合夹杂物、(Mg,Mn)S以及Mn S夹杂物。钙处理和镁处理后钢中的复合夹杂物所占比例分别为0.67%和3.57%。镁处理后钢中Ⅱ类Mn S夹杂物明显减少,91.7%的夹杂物尺寸小于3μm,纺锤率达到72.5%,其对夹杂物的控制效果优于钙处理。     

Ti-Zr-Mg处理与Ti-Zr处理氧化物冶金效果对比研究

氧化物冶金在非调质钢和大线能量焊接用钢开发等领域得到越来越广泛的应用。通过中试的试制及模拟焊接、夏比冲击、扫描电镜等一系列分析手段系统对比了Ti-Zr-Mg处理与Ti-Zr处理氧化物冶金效果,包括非金属夹杂物、钢板组织及力学性能。结果表明:Ti-Zr-Mg处理相较于Ti-Zr脱氧,钢板强度、韧性及冲击性能改善不明显,焊接性能得到提高;轧板组织基本一致,焊后热影响区(HAZ)针状铁素体体积增加;Mg处理炉次钢中非金属夹杂物数量略有增多,尺寸更加细小。     

600 MPa级高能量输入焊接压力钢管用钢的研制

经过系列技术攻关,改进了武钢专用钢板冶炼及连铸过程中一些工艺,形成了一套自主操作技术模式,生产的微合金化低合金高强钢中杂质含量显著降低,钢板性能稳定性明显提高.利用武钢新改进的冶炼技术研制了一种600 MPa级低焊接裂纹敏感性高能量输入焊接水电站压力钢管用钢,研究了该钢的力学性能、微观组织结构以及焊接粗晶热影响区(CGHAZ)的组织特征及力学性能.结果表明,研制的新钢种集高强度、高韧性、优异的焊接性能于一体,且能承受大线能量焊接,焊前不预热,焊后不热处理.CGHAZ中弥散分布的复合氧化物夹杂促使针状铁素体的形成,提高了CGHAZ的力学性能.     

Mg含量对焊接热影响区夹杂物及组织的影响

通过焊接热模拟试验研究了钢中Mg含量对焊接热影响区夹杂物及组织的影响。研究结果表明,随着钢中Mg质量分数由0增加至27×10-6再到37×10-6,氧硫化物复合夹杂类型变化为Al_2O_3-Mn S→MgO+Al_2O_3+Ti2O3-Mn S→MgO-Mn S;氧硫化物复合夹杂数量增加、尺寸减小。焊接热影响区组织变化为晶界铁素体+魏氏组织+侧板条铁素体→晶界铁素体+晶内针状铁素体→块状铁素体。利用Mg脱氧工艺生产的钢板经过400 k J/cm大线能量焊接后热影响区的-20℃冲击功都在100 J以上。     

Effect of magnesium addition in low carbon steel part 2: toughness and microstructure of the simulated coarse-grained heat-affected zone

A critical investigation into the role of Mg on the toughness and microstructure of coarse grain heat-affected zone (CGHAZ) in low carbon steel has been investigated. In this research, the specimens (Mg-free and Mg-added) underwent weld thermal cycle with heat input of 54, 80, and 100?kJ?cm^?1 at 1350°C peak temperature using a thermal simulator. The typical inclusions characteristics were characterised by means of scanning electron microscopy and equilibrium calculations. The precipitates were characterised by transmission electron microscopy and energy-dispersive spectroscopy. It is revealed that the occurrence of Mg in steel mostly exists in the form of Mg-Al-O oxide inclusions, but a few in the form of solid solution state and (Nb,Ti)(C,N)+MgO precipitates when the concentration of Mg is 0.0026%. The improvement of CGHAZ toughness is obtained when the heat input is 80 and 100?kJ?cm^?1. The possible reasons about the effects of Mg on the toughness of CGHAZ, including Mg-Al-O inclusions, precipitates, and soluble Mg, are discussed in detail.     

Effect of inclusions on toughness and microstructures in simulated coarse-grain heat-affected zones of Al/Ti deoxidised and Nb/V microalloyed steels

To explore the effect of inclusions in the coarse-grain heat-affected zone (CGHAZ), four groups were designed using the ‘Al/Ti deoxidised?+?Nb/V microalloyed’ technical route. The toughness of the CGHAZ of Al–Ti–V–N steel was greatly promoted by the presence of polygonal ferrite (PF) after high heat input rather than the traditionally used acicular ferrite (AF). Furthermore, micron-sized inclusions in AF or PF were analysed, and the results indicated that the TiN and V (CN) particles attached on the Ti/Al oxide inclusions induced the nucleation of AF and PF. That can be concluded that the nucleation mechanism of PF is similar to that of AF. In addition, smaller micron- and nanoscale-size inclusions observed by transmission electron microscopy could not induce the nucleation of AF and PF because of the low heterogeneous nucleation energy. Nevertheless, these inclusions can have a drag effect on grain boundary migration.     

特厚EH47止裂钢板及焊接热影响区的组织性能

 为开发大型集装箱船用特厚EH47止裂钢板,提出了一种低碳微合金MnCrNiCu钢,研究了其变形奥氏体连续冷却相变规律,使用控轧控冷工艺(TMCP)试制出最大厚度为85 mm特厚EH47级钢板,使用埋弧焊(SMA)和药芯焊丝气保焊(FCAW)技术对最厚钢板进行焊接试验,研究钢板和焊接接头的显微组织和性能。通过系列V缺口Charpy(CVN)示波冲击试验研究钢板的韧脆转变行为,获得各部位的韧脆转变温度(DBTT)及其解理断裂强度σ_f;测试了钢板及热影响区粗晶区(CGHAZ)全厚度截面的组织和CVN韧性,测试了-10 ℃的裂纹张开位移(CTOD)及其启裂韧性(K_c);通过系列温度梯度宽板双重拉伸(DT)试验,获得了钢板的止裂韧性(K_ca)与温度之间的关系。结果表明,钢板的显微组织由铁素体(PF)、针状铁素体(AF)和弥散分布的马氏体奥氏体(MA)组成;随着精轧压下率和冷却速率逐渐提高,大角度晶界分数逐渐增大,DBTT随之降低;CVN试样和DT试样具有相同的解理断裂临界事件;FCAW CGHAZ由粒状贝氏体(GB)+MA组元为主,SMA CGHAZ由AF+准多边形铁素体(QPF)+MA组元为主,前者K_c低于后者,更容易萌生解理断裂;钢板-10 ℃的K_ca为7 140 N/mm3/2,具备止裂性能。     

Zr微合金化HSLA钢粗晶热影响区的组织和性能

用焊接热模拟法研究了Zr处理对 (%):≤ 0.18C-1.2～1.6Mn低合金高强度(HSLA)钢焊接粗晶热影响区(CGHAZ)组织和性能的影响。试验结果表明,Zr含量在0.01%～0.03%时,经过30～100kJ/cm线能量焊接热模拟后,CGHAZ的强度、塑性和-50℃冲击韧性都高于没有经过Zr处理的试验钢;Zr钢显微硬度(HV10)177～251,具有优良的焊接性。焊接线能量相同时,没有经过Zr处理试验钢CGHAZ的晶粒比Zr处理钢粗大;焊接线能量为 30kJ/cm时 ,各试验钢CGHAZ的组织以贝氏体为主 ,随着焊接线能量提高 ,CGHAZ中出现针状铁素体和少量珠光体。     

Q690q耐候桥梁钢免预热焊接热影响区的组织性能

针对Q690q耐候桥梁钢,利用MMS-300热模拟试验机进行焊接热循环过程模拟试验,研究了10.5～114.9 kJ/cm热输入下粗晶热影响区(CGHAZ)、细晶热影响区(FGHAZ)和不完全相变热影响区(ICHAZ)的微观组织以及冲击韧性、硬度的变化情况,并观察了冲击断口形貌,然后采用优选的焊接热输入,进行了免预热的药芯焊丝熔化极气体保护焊(FCAW)和埋弧焊(SAW)的焊接工艺评定试验。结果表明,热输入较低时,CGHAZ和FGHAZ主要生成板条马氏体组织、ICHAZ出现岛状的M/A组元,其冲击韧性低、硬度高;热输入较高时,CGHAZ主要生成大尺寸的粒状贝氏体、准上贝氏体或上贝氏体组织,同时大尺寸的块状M/A组元数量不断增加、尺寸变大,其冲击韧性显著降低。FGHAZ生成较多多边形或准多边形铁素体、珠光体等高温转变组织,其硬度降低明显。ICHAZ除生成准多边形铁素体、无碳化物贝氏体和退化珠光体外,回火索氏体基体组织中的碳化物颗粒尺寸不断变大,其强韧性不断降低;热输入为18.2～25.7 kJ/cm时,CGHAZ以板条束细小且异向的板条贝氏体为主、FGHAZ形成细小均匀的板条贝氏体和粒状...     

锆对含钛F40级船板钢粗晶热影响区低温韧性的影响

在Gleeble3500热模拟试验机上,针对添加质量分数0.01%的锆与未添加锆的两种成分的F40级船板钢,分别进行了不同相变冷却时间T_8/5下的焊接热模拟试验.结果表明,微量锆的加入,使含钛F40钢耐大热输入焊接性能大幅提高,T_8/5提高至100s时,-60℃冲击功可达238J.利用热力学计算并结合扫描电镜观察含锆的F40钢板粗晶热影响区组织发现,随着T_8/5的增大,伴随着原有含锆复合夹杂物尺寸形态的变化,有利于诱导针状铁素体形核的尺寸为1~3μm的锆-钛复合夹杂物数量呈非单调减少趋势,导致粗晶热影响区冲击韧性随T_8/5增大呈现一定的规律性.      

钒微合金钢粗晶热影响区的组织和韧性

 利用Gleeble-3800模拟焊接粗晶热影响区（CGHAZ）经历的热循环过程。比较了热输入100 kJ/cm条件下,V钢、V-N钢、V-Ti钢和V-N-Ti钢CGHAZ的组织和韧性,并分析了析出相情况。结果表明,CGHAZ的韧性从高到低依次为V-N-Ti钢、V-Ti钢、V-N钢和V钢;在V钢成分基础上添加钛可以有效细化原始奥氏体晶粒尺寸;V-Ti钢成分基础上增氮,一方面促进了（Ti,V）（C,N）/TiN的析出,抑制了原始奥氏体晶粒的粗化;另一方面促进了V（C,N）的析出,其促进了多边形铁素体的形成;多边形铁素体数量的增加能够减弱自由氮对韧性的破坏,同时有效改善了CGHAZ韧性。     

焊接热输入对X90管线钢CGHAZ组织和冲击性能的影响

采用焊接热模拟技术、显微组织分析和冲击试验的方法,研究焊接线能量对X90管线钢粗晶热影响区组织和力学性能的影响规律。结果表明,不同线能量下试验钢的组织均为板条贝氏体(LBF)和粒状贝氏体(GBF),线能量为25 kJ/cm时,试验钢的组织主要为LBF,冲击功较高;随着焊接线能量的增加,GBF增加,晶粒粗化,韧性显著下降。