1 000 MPa级高强钢熔敷金属强韧化机理分析

自主设计4种不同镍含量(ω_Ni)的Ni-Cr-Mo系焊丝，采用TIG焊制备1 000 MPa级高强钢熔敷金属.利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪等对不同镍含量的熔敷金属微观组织进行表征，通过拉伸、冲击、硬度试验对熔敷金属力学性能进行测试，探求镍含量对1 000 MPa级高强钢熔敷金属强韧性机理的影响规律.结果表明，不同镍含量熔敷金属组织均由板条马氏体、板条贝氏体、联合贝氏体和残余奥氏体组成；镍含量不同，微观组织不同；随着镍含量增加，柱状晶宽度增大，板条马氏体、联合贝氏体和残余奥氏体增多，板条贝氏体减少，熔敷金属强度提高，塑性降低；当ω_Ni为5.44%时，强韧匹配最佳，屈服强度为1 005 MPa，-50℃下冲击吸收能量为95 J.     

保护气对1000MPa级熔敷金属组织及力学性能的影响

研究了不同保护气(Ar+5%CO2,Ar+10%CO2,Ar+20%CO2和Ar+30%CO2)对1000 MPa级高强熔敷金属组织及强韧性的影响.结果表明,当CO2含量为20%时,熔敷金属力学强韧性最佳,屈服强度为980 MPa,室温冲击功为72.6 J,-40℃冲击功为52 J.组织观察和分析结果表明,随着保护气中CO2含量增加,熔敷金属组织中贝氏体板条含量增多,且贝氏体板条分布形态由平行状向交织状转变,交织状贝氏体板条分割细化原奥氏体晶粒,从而细化马氏体板条.贝氏体含量和马氏体/贝氏体板条的分布形态是决定熔敷金属力学性能的根本原因.贝氏体含量并非越多越好,存在最佳含量比例;随着保护气CO2含量的进一步增加,熔敷金属夹杂物数量增加,尺寸增大,且主要成分含量发生变化.当保护气中CO2含量为30%时,出现较大尺寸的夹杂物,导致熔敷金属韧性降低.     

Al和Mg元素对吉帕级熔敷金属组织和力学性能的影响

针对吉帕级熔敷金属韧性不足的现状,设计了4组焊丝,研究了Al,Mg元素对金属粉芯焊丝熔敷金属组织和力学性能的影响. 采用扫描电子显微镜对熔敷金属的显微组织进行了表征,通过力学性能测试表征了熔敷金属的力学性能. 结果表明,熔敷金属主要由马氏体、贝氏体构成. 随着熔敷金属中Al,Mg元素的添加量由0Al-0Mg增加至0.3Al-0.9Mg,其氧含量由0.0308%降为0.0143%,聚合贝氏体含量减少,板条马氏体含量增加. 夹杂物由传统的以Fe,Al,Si,Mn等元素的氧化物转变为以Al,Mg氧化物为主的球形细小夹杂物(MgO·Al₂O₃). 0.3Al-0.9Mg组与0Al-0Mg组相比较,夹杂物的平均尺寸降低了0.13 μm,抗拉强度增加了152 MPa,冲击吸收能量增加了11 J (?20 ℃).     

Cu对气体保护焊丝熔敷金属组织与性能的影响

采用未添加Cu元素的焊丝和分别添加了0.2%和0.5%的Cu元素的气体保护焊丝对20钢进行焊接,对不同Cu含量熔敷金属的组织和性能进行了研究,分析了Cu元素对熔敷金属组织和性能影响规律。研究结果表明:Cu含量的增加对熔敷金属抗拉强度影响不大,但可使其-50℃冲击吸收功呈现出显著上升的趋势。且随Cu含量增加,熔敷金属中粒状贝氏体和板条马氏体数量减少,板条贝氏体数量增多,M-A组元数量减少,形态由条状、小块状向颗粒状转变。     

保护气成分对1000MPa级高强熔敷金属组织特征的影响

通过附带EDS的FEGSEM、EBSD、TEM等实验方法,研究了保护气成分(Ar+5%CO_2、Ar+10%CO_2、Ar+20%CO_2、Ar+30%CO_2,体积分数)对1000 MPa级高强熔敷金属组织特征的影响,阐明了保护气成分对组织转变的影响机制。结果表明,随着保护气中CO_2含量增加,1000 MPa级熔敷金属强度略有下降,而冲击韧性先升高后降低。不同保护气熔敷金属均由马氏体/贝氏体混合组织及板条间残余奥氏体组成。随着保护气中CO_2含量增加,熔敷金属中贝氏体相变体积分数为50%时的温度(B_(50))与马氏体相变开始温度(M_s)相变温度区间增大,适宜贝氏体形核的夹杂物数量增多,随贝氏体含量(体积分数)由8%增加到29.6%,其形核位置从原始奥氏体晶界向原始奥氏体晶界及晶内夹杂物处共同形核转变,熔敷金属组织形貌由"平行状"向"交织状"转变,分割细化组织,有利于高强熔敷金属强韧性的改善。     

960MPa级熔敷金属组织及冲击韧性分析

研制开发了960 MPa级高强韧性气体保护焊丝,利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM),并通过低温示波冲击等试验研究了熔敷金属微观组织和冲击韧性. 结果表明,熔敷金属金相组织为粒状贝氏体(GB)+低碳马氏体(M),马氏体的出现可能和合金元素的成分偏析有关. 贝氏体铁素体(BF)板条晶界形核并向晶内生长,BF片条间有呈薄膜状分布的残余奥氏体(γ'),对韧性有利. 该贝氏体-马氏体型混合组织冲击韧性较好,热输入为13.7 kJ/cm时,熔敷金属裂纹扩展功和冲击吸收总功分别为63和75 J.     

Q960高强钢焊丝熔敷金属组织及性能研究

采用真空冶炼技术研制开发了Q960高强钢气体保护焊丝,利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)并通过常温拉伸和低温冲击等试验研究了焊丝及熔敷金属化学成分、组织及力学性能之间的关系。结果表明,采用Mn-Ni-Cr-Mo-Ti合金体系,研制的最佳强韧性焊丝焊态熔敷金属抗拉强度为920 MPa,-60℃冲击吸收能量为66.7 J;合金元素含量提高,组织由贝氏体相向贝氏体+马氏体混合相转变,但合金元素含量过高,会导致马氏体相增多,对韧性不利;熔敷金属中存在一定量的残余奥氏体,可提高韧性。     

镍、铬对高强钢金属粉型药芯焊丝熔敷金属组织与性能的影响

向金属粉型药芯焊丝配方中添加不同含量的Ni、Cr,研究其对高强钢熔敷金属组织与性能的影响。结果表明:Ni、Cr对熔敷金属的强度、塑性与低温冲击韧性影响程度不同。Cr含量不变时,随着熔敷金属中Ni含量从2.78%增加到3.38%,针状铁素体、马氏体增多,贝氏体、侧板条铁素体含量减少,熔敷金属的强度和韧性变化不大,但塑性下降;Ni在提高抗拉强度方面作用有限,添加Cr可以进一步提高强度,但过量的Cr会造成韧性下降。在w(Ni)2.90%、w(Cr)0.45%时,以条状贝氏体为主的熔敷金属强度高、塑韧性好,综合力学性能最佳。     

Cu对低合金高强钢熔敷金属有效晶粒尺寸的影响

通过透射电镜和电子背散射衍射技术，研究了Cu对低合金高强钢熔敷金属有效晶粒尺寸的影响。研究结果表明，熔敷金属的组织主要由板条状贝氏体和板条马氏体组成，随Cu含量由0.052%增加到0.53%,板条结构变得细小致密；当Cu含量为0.052%时，有效晶粒的平均尺寸为2.39μm,当Cu含量增加到0.24%时，有效晶粒的平均尺寸减小到2.18μm,当Cu含量继续增加到0.53%时，有效晶粒的平均尺寸最终减小到1.99μm,随Cu含量的增加，有效晶粒得到细化。     

层间温度对690MPa级HSLA钢气体保护焊丝熔敷金属组织和冲击韧性的影响

采用新研制的气体保护焊焊丝,通过改变层间温度对690MPa级HSLA钢进行焊接,采用光学金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和EBSD等分析手段,研究了熔敷金属组织转变规律。研究结果表明:当层间温度(T)为80℃时,显微组织主要为板条状贝氏体和极少量的粒状贝氏体,M-A组元主要以颗粒状存在,无方向性;T=200℃时,粒状贝氏体和M-A组元的数量增多,M-A组元形状由颗粒状向条状和块状转变。随层间温度的增加,熔敷金属的冲击值下降43%,大角度晶界比例从87%下降到77.3%,有效晶粒尺寸变大。     

Cu对690 MPa级HSLA钢熔敷金属组织形成和细化的作用

通过OM,TEM和EBSD等分析手段,并结合热膨胀测试法,研究了Cu对690 MPa级HSLA钢焊丝熔敷金属组织转变及组织细化的作用,并对细化机理进行了探讨.研究结果表明,熔敷金属的组织主要由板条状贝氏体(LB)、粒状贝氏体(GB)和残余奥氏体(AR)组成,Cu含量从0.24%增加到0.53%时,马氏体/奥氏体(M/A)组元数量由0.62%减少到0.31%,并且形状也由小块状、条状向颗粒状转变;残余奥氏体数量增多;同时,组织的亚结构得到明显细化,贝氏体板条块尺寸和板条平均宽度分别从2.18和0.39μm减少到1.99和0.36μm,可阻碍裂纹扩展的大角度晶界的比例也由68.5%增加到71.0%.通过对晶粒细化原因进行分析发现,Cu能降低奥氏体转变温度,增加奥氏体的稳定性,使相变时铁素体自由能(G_α)和奥氏体自由能(G_γ)差值增大,减小临界晶胚尺寸;同时,相变温度的降低也降低了C的扩散速率,使已形核的晶胚长大速率减慢,最终细化了亚晶粒结构.     

铬含量对耐候钢熔敷金属韧性的影响

通过拉伸、冲击试验,利用金相显微镜、透射电镜、扫描电镜和电子背散射衍射技术分析了铬含量对耐候钢熔敷金属组织和韧性的影响.结果表明,两种熔敷金属的组织均为粒状贝氏体、针状铁素体和少量板条贝氏体.两种熔敷金属冲击韧性良好.与含1.0% Cr(质量分数)熔敷金属相比,含1.41% Cr熔敷金属中粒状贝氏体含量升高,针状铁素体含量降低,屈服强度增加6%,抗拉强度增加9%,冲击吸收功降低56%.此外,含1.41%Cr熔敷金属中M-A组元含量升高、大角度晶界比例下降、平均有效晶粒尺寸增加,显微裂纹的形核几率增加,裂纹扩展阻力降低,导致其韧性降低.     

镍含量对高强钢熔敷金属性能和组织的影响

通过改变高强钢药芯焊丝中Ni的含量,研究其对熔敷金属性能以及组织的影响。结果发现,当Ni含量为4%时,熔敷金属冲击韧性和拉伸强度达到最大;当Ni含量为6%时,熔敷金属出现裂纹。随着Ni含量增多,针状铁素体逐渐增多,断口起裂源处由解理断裂转变为韧窝断裂,到Ni含量为6%时,组织转变为板条贝氏体,同时由韧窝断裂转变为准解理断裂。     

管状焊丝对EX30钢焊缝组织和力学性能的影响

利用光学金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和力学检测手段对EX30钢用两种管状焊丝熔敷金属的组织和力学性能进行了研究。结果表明:Mn、Si、Ni含量较高的熔敷金属综合力学性能更优,其粒状贝氏体更多,拉伸断口韧窝更深且夹杂较少,冲击断口韧窝区域比例更大。     

焊接热输入对核级B508-Ⅲ低合金钢焊丝熔敷金属低温韧性的影响

采用自动脉冲热丝TIG焊接技术,对自主研发的B508-Ⅲ低合金钢焊材进行性能验证,选定4种热输入进行熔敷金属试验,使用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及电子背散射衍射技术(EBSD)等分析手段研究熔敷金属显微组织以及力学性能在不同热输入下的变化规律。结果发现,焊缝组织为均匀细小的针状铁素体和板条贝氏体,组织晶粒细小且分布均匀;随着热输入增大,大尺寸夹杂物增多,夹杂物面积比有所升高。熔敷金属强度随热输入增大呈下降趋势,塑性随之升高,低温冲击吸收能量最高为310 J,低温冲击断口微观形貌主要是韧窝+准解理。焊缝金属中AF的含量以及大角度晶界的比例随热输入的增大均呈先升高后降低的趋势,与熔敷金属低温韧性随热输入的变化规律基本吻合。     

900 MPa级超高强气保焊丝的研制

确定了焊丝合适的化学成分,主要合金元素为Ni、Mo、Cr,碳当量CE=0.70%~0.90%。试制了900 MPa级气体保护焊丝,其冶炼及拉拔工艺可行。以φ(Ar)80%+φ(CO2)20%作保护气体,焊接熔敷金属抗拉强度典型值960 MPa,-20℃冲击韧性67 J,马氏体+贝氏体组织。降低C、Cr及Mo含量、增加Ni含量,焊缝韧性增加。焊丝适用于900 MPa及以上级别超高强钢的焊接。     

时效温度对15-5PH沉淀硬化不锈钢熔敷金属组织和性能的影响

时效温度是15—5PH沉淀硬化不锈钢熔敷金属时效处理的重要参数,对组织和性能具有重要的影响．采用钨极氩弧焊将研制的焊丝进行熔敷金属焊接试验,并将熔敷金属固溶处理后进行不同温度的时效处理,研究时效温度对熔敷金属组织和性能的影响．结果表明,时效处理后熔敷金属组织主要为马氏体、残余奥氏体和ε—cu析出相．随着时效温度的增高,组织中奥氏体含量增多,尤其在621℃时含量急剧增加;马氏体板条析出ε-cu尺寸逐渐增大,而数量先增多后减少;另外随着时效温度的增高,熔敷金属强度下降,而冲击韧性升高,这主要是由于残余奥氏体含量增多引起的．     

核Ⅰ级E2209-15双相不锈钢焊条熔敷金属组织及性能

介绍了一种核Ⅰ级E2209-15双相不锈钢焊条。对所研制的焊条进行熔敷金属的焊条电弧焊试验,测定熔敷金属的化学成分、冲击韧度、硬度、强度和显微组织。结果表明,熔敷金属不仅具有很高的强度,而且具有优良的低温韧性。熔敷金属的化学成分测试表明,S,P杂质元素含量控制得比较好。铁素体测试仪测得铁素体含量为(体积分数)46.38%。熔敷金属组织呈典型的树枝状、条状生长,组织较致密,晶粒细小,呈细条状均匀分布,从而导致其抗冲击能力较优异。     

1 000 MPa级高强钢埋弧焊熔敷金属组织及性能

针对水电用1 000 MPa级高强钢设计了一种埋弧焊用焊丝、焊剂。借助JMat Pro软件对熔敷金属的组织和力学性能进行模拟,并通过拉伸试验、冲击试验、OM,SEM,EDS等手段对其进行评价。研究了熔敷金属成分和焊接热输入对熔敷金属组织及力学性能的影响。试验结果表明,研制的焊材焊接工艺性优良,通过控制合金元素含量使熔敷金属力学性能远高于标准值;重点分析了Cr含量对熔敷金属组织和力学性能的影响,熔敷金属中少量的Cr元素会提高针状铁素体含量,Cr元素含量较高时,会增加贝氏体含量,使熔敷金属强度不断提高,冲击韧性先提高后降低;随着焊接热输入的升高,熔敷金属中针状铁素体含量不断减少,先共析铁素体含量提高,组织粗化,熔敷金属强韧性不断降低。     

Si和Mn含量对超高强度热成形钢组织和性能的影响

采用OM、SEM、EBSD和TEM等技术,研究了Si、Mn含量对超高强度热成形钢在相同的轧制和模拟热冲压成形工艺处理后的组织和性能的影响。结果表明,Si、Mn含量对热成形前轧制态钢的组织和性能有较大影响,在其它成分相同的情况下,随着Mn含量(质量分数)由0.57%增加到1.21%,实验用钢的屈服强度由552 MPa提高到751 MPa,抗拉强度由757 MPa提高到1124 MPa,组织由贝氏体+铁素体+珠光体转变为马氏体+贝氏体。随着Si含量由0.25%增加到0.38%,实验用钢的抗拉强度逐渐升高,屈服强度和伸长率呈波动趋势。在950℃保温5 min相同的工艺条件下模拟热冲压淬火实验后,4种钢的组织均为马氏体,但马氏体的精细结构各不相同,平均亚晶粒尺寸大小不一;含0.34%Si和1.21%Mn的钢B的综合力学性能最优,其屈服强度为1161 MPa,抗拉强度为1758 MPa,伸长率为6.5%,且热冲压成形后的组织为细小的板条马氏体,马氏体板条上有大量的位错,且只有少量的碳化物析出。基于本研究成分设计的超高强度热成形钢,其热冲压成形前的组织和性能与热成形后的力学性能无明显相关性,只是最终的马氏体精细结构略有差别,有利于工业化批量试制零件的性能稳定性控制。