合金元素对高强管线钢埋弧焊缝组织性能的影响

通过对X80管线钢进行埋弧焊接试验,分析了合金元素Mn、Ni对高强度管线钢埋弧焊缝的显微组织和力学性能的影响.试验结果表明,当Mn元素含量过高时,焊缝金属的冷裂纹敏感指数提高,细化原奥氏体晶粒尺寸,对针状铁素体形核不利湘比较而言,Ni元素对焊缝的冷裂纹敏感指数影响较小,且使焊缝金属易于产生交滑移,更易保证焊缝针状铁素体含量,从而提高焊缝金属的韧性;另外,随着Mn、Ni元素含量的增加,焊缝金属中先共析铁素体受到抑制.     

铜对高强度低合金钢焊缝金属韧性的影响

采用埋弧焊方法,通过改变焊丝铜含量来改变焊缝金属中的铜含量,研究铜对高强度低合金钢焊缝金属韧性的影响.结果表明,随铜含量增加,焊缝金属上平台冲击功呈下降趋势;-40℃及更低温度条件下,焊缝金属铜含量为0.358%时,其低温韧性最好.组织分析结果显示,焊缝金属的组织主要由先共析铁素体、粒状贝氏体以及针状铁素体组成.随铜含量变化,针状铁素体的生成量明显不同,当焊缝金属中铜含量为0.358%时,最有利于形成针状铁素体.     

Mn、Ni、Mo含量对K65热煨弯管焊缝组织转变和低温韧性的影响

以Mn-Ni-Mo为主要合金体系,研制了K65热煨弯管用高强高韧埋弧焊丝。采用该焊丝制得的直缝管焊缝金属抗拉强度达741~768 MPa,显微硬度为231~250 HV10,-40℃冲击功为90~185 J;直缝管焊缝经热处理后,-40℃冲击功为65~124 J,比直缝管焊缝出现较大幅度下降。利用OM、Le Pera、SEM(EBSD)及TEM观察焊缝组织,研究焊缝中Mn、Ni、Mo含量对K65热煨弯管组织转变和低温韧性的影响。结果表明:直缝管焊缝中Mn、Ni含量的增加会促进针状铁素体的形成,适当增加Mo含量,降低Mn、Ni含量能使焊缝达到最佳强韧性能;经过热处理后,焊缝中针状铁素体含量降低,上贝氏体含量增加,大尺寸沿晶分布的渗碳体是焊缝金属低温韧性下降的原因,但Mo含量为0.2%时仍能保证大角度晶界比例达67.1%,使焊缝金属的-40℃低温韧性达124 J。     

高强高韧性管线钢埋弧用焊丝的研制

研制的高强高韧性管线钢用埋弧焊丝与SJ10 1和SJ10 2焊剂匹配后的熔敷金属不仅具有很高的强度 (σs≥ 5 4 0MPa) ,而且还具有优良的低温韧性 (AKv - 1 0℃ ≥ 12 0J)。该焊丝的研制满足了屈服强度超过 5 0 0MPa以上管线钢对焊缝熔敷金属性能的要求。研究结果表明 ,要保证熔敷金属具有较佳的强韧性匹配 ,熔敷金属中的合金元素总量必须满足Ceq≥ 0 .38,Pcm≥ 0 .17,才能保证熔敷金属的强度 ,以及具有以针状铁素体为主焊缝组织 ;在文中的合金系统下 ,随着熔敷金属中C、Mn元素含量的增加 ,熔敷金属的针状铁素体组织的含量增加 ,韧性得到提高。随着焊剂碱度值的增加 ,熔敷金属中的氧含量降低 ,C、Mn元素增加 ,使得熔敷金属中的合金元素更趋向于最佳的配比 ,从而提高了韧性。     

高强度低合金钢埋弧焊缝成分和显微组织分布特征

进行了X80管线钢埋弧焊接试验,分析了其焊缝的成分、显微组织不均匀性特征.焊缝区的Mn、Ni合金元素的成分不均匀程度较小,Ce、Ti、Al等针状铁素体形核元素在焊缝中心区偏析.熔合区至焊缝中心,焊缝组织变化为:柱状晶形态的先共析铁素体及其分布的粒状贝氏体-大块状的粒状贝氏体→小块状的粒状贝氏体和少量的针状铁素体→针状铁素体.试验分析表明,熔合区附近的焊缝金属难以获得针状铁素体,但可以通过调整合金元素,避免高温铁素体生成,而以粒状贝氏体来提高焊缝区的整体强韧性.     

气保护药芯焊丝熔敷金属组织的选择与控制

介绍了气保护药芯焊丝熔敷金属中组织及形态,分析了熔敷金属组织的影响因素及对焊缝韧性的影响,提出了焊丝熔敷金属组织控制机理。结果表明:该焊丝熔敷金属的组织为大量针状铁素体+少量晶界铁素体+极少量侧板条铁素体。焊缝组织的影响因素中,起决定作用的是熔敷金属化学成分和焊缝的冷却速度。夹杂物尺寸和Ti、B加入量的控制是形成针状铁素体的必要条件,而焊接热输入的控制则是充分条件,二者缺一不可。期待研发一种特殊添加剂,能有效获得所需针状铁素体,并使焊缝韧性对焊接热输入不再敏感。     

X80管线钢埋弧焊匹配焊丝试验

通过分析高强度低合金钢焊缝熔敷金属常见显微组织对其力学性能的影响,确定X80管线钢用埋弧焊丝熔敷金属组织应以大量针状铁素体(AF)和少量粒状贝氏体(GB)的复合组织.从相变动力学原理出发,结合针状铁素体(AF)非自发形核机制和微合金组织韧化理论,选择Mn-Ni-Mo-Ti-B合金系进行X80管线钢匹配焊丝的试制.结果表明,合理选择和控制合金元素,可以获得理想的焊缝熔敷金属组织和强韧性以及低温韧性要求,试制的1号焊丝能够满足X80管线钢的使用要求.     

B元素对药芯焊丝焊缝金属针状铁素体形成的影响

利用金相组织观察、冲击试验和热膨胀试验,研究了B元素含量变化对高强钢药芯焊丝焊缝金属中针状铁素体形成的影响,得到了不同试验温度下焊缝金属冲击吸收功. 结合透射电镜分析和分级淬火试验从热力学和动力学的角度对B元素影响机理进行了分析. 结果表明,焊缝金属组织晶界中含有自由状态的B元素具有抑制晶界铁素体形核利于针状铁素体生成的作用;N元素含量增加会降低晶界B元素含量,并提高奥氏体向铁素体转变的温度,减少针状铁素体含量;针状铁素体是在以Ti元素和Mn元素的氧化物为核心,以Cu元素和Mn元素的硫化物为外层,以BN为过渡层的复杂结构上形核并长大的;针状铁素体含量的增加有利于提高焊缝金属冲击吸收功,–60 ℃冲击吸收功最大为70 J.     

焊接材料对X70直缝埋弧焊管焊缝组织性能的影响

针对因钢板原料的化学成分发生较大变化,使得原焊材与母材出现焊接不匹配,造成X70钢级管线钢直缝埋弧焊管焊缝的低温冲击韧性不合格的现象,采取两种焊丝进行焊接试验,通过观察和检测焊缝显微组织、力学性能,研究焊接材料对X70钢级直缝埋弧焊管焊缝组织性能的影响。试验结果表明:在采用相同的焊接工艺参数焊接同批次同规格钢管时,选用Mn、Si、Cr、Ti含量较高的焊丝进行焊接,焊管焊缝中先共析铁素体和针状铁素体晶粒更为细小,低温冲击数值较高,韧性较好。     

高韧性TM13埋弧焊丝的研制

通过对合金成分的优化设计,得出了一种Ni3系TM13埋弧焊丝. 用TM13焊丝匹配高碱度烧结焊剂TMF105进行了熔敷试验、厚板对接试验、扩散氢和抗裂性试验. 结果表明,熔敷金属显微组织主要由针状铁素体、先共析铁素体和侧板条铁素体组成;TM13焊丝匹配TMF105焊剂可以获得具有良好CTOD断裂韧性的厚板焊接接头;并且所研制的TM13焊丝对热输入的适应性很好,热输入在22~36 kJ/cm之间变化时,熔敷金属都具有优良的低温韧性.     

低温管线K65热煨弯管用埋弧焊丝研制

设计了NiMoTiB体系实芯焊丝用于低温管线K65热煨弯管的埋弧焊接,并采用φ4.0 mm焊丝、双面四丝埋弧焊开展了壁厚30.8 mm直缝管试制,然后利用热煨弯制工艺制成弯管,并分别测试了直缝管和弯管的焊缝金属微观组织及力学性能.结果表明,焊态直缝管焊缝组织以针状铁素体为主,以及少量贝氏体及马氏体-奥氏体岛（M-A）;焊缝金属抗拉强度670 MPa,-40℃冲击吸收功为162 J.经过淬火+回火处理的热煨弯管焊缝主要由块状铁素体和尺寸1~5 μm的退化珠光体组成;焊缝金属抗拉强度665 MPa,-40℃冲击吸收功84 J,能够满足低温管线钢K65的标准要求.     

热输入对电力结构用Q460钢焊缝金属组织及冲击性能的影响

采用熔化极气体保护焊对电力结构用Q460钢进行不同热输入的对接焊试验。利用金相显微镜、透射电镜和电子背散射衍射技术研究热输入对焊缝组织及冲击性能的影响。结果表明:3种热输入焊缝金属组织均为先共析铁素体、侧板条铁素体和针状铁素体及M-A组元。随着热输入的增加,焊缝组织中板条粗化,而先共析铁素体和侧板条铁素体增多,针状铁素体减少,M-A组元尺寸增大;焊缝金属中大角度晶界含量逐渐减少分别为0.54、0.40和0.37。尺寸较大的M-A组元及大角度晶界密度的降低是导致焊缝金属冲击吸收能量逐渐降低的主要原因。     

Q550高强钢焊接接头强韧性匹配

在不预热条件下采用不同合金成分焊丝焊接Q550高强钢,试验研究焊丝中合金对焊缝组织、接头抗拉强度及冲击韧性的影响.结果表明,使用MK.G60-1焊丝可获得以针状铁素体为主的焊缝组织.焊缝中沿晶界分布的先共析铁素体在承受拉应力时易萌生裂纹,提高焊缝中针状铁素体含量可以提高接头抗拉强度和韧性.采用MK.G60-1焊丝接头抗拉强度接近母材的抗拉强度,断裂发生在熔合区.接头热影响区的冲击吸收功最高,而熔合区的抗拉强度和韧性最低.焊缝冲击断口纤维区均以穿晶断裂为主,断口韧窝产生的机理是微孔聚集型,针状铁素体区对应的韧窝较大,先共析铁素体对应的韧窝较小.     

X80管线钢埋弧焊用烧结焊剂的研制

从高强度低合金钢(HSLA)焊缝熔敷金属中的针状铁素体形核机理出发,确定以CaF2-MgO-Al2O3-MnO-TiO2-B2O3氟碱性渣系进行高强韧性埋弧焊烧结焊剂设计.结果表明,焊剂中添加MnO有利于焊缝中Mn元素的过渡,降低?→?温度,从而抑制高温铁素体的生成而对焊缝中针状铁素体的形成有利.由于焊缝金属裂纹敏感指数(Pcm)较高,焊后空冷奥氏体晶粒较细,过量添加MnO,将会导致焊缝中Mn元素过高而细化奥氏体晶粒,使得奥氏体晶界增加.进一步冷却,贝氏体形核质点增加,因而对晶内形核的针状铁素体不利.稀土元素对提高焊缝金属中针状铁素体含量有一定的促进作用.     

电磁搅拌对管线钢埋弧焊熔敷金属低温韧性的影响

研究了电磁搅拌对管线钢埋弧焊熔敷金属低温韧性的影响。结果表明：电磁搅拌使０．２－０．６μｍ的夹杂物数量增加,促进了奥氏体晶粒内针状铁素体的生成和细化。使晶内铁素体含量由８５．１％提高到９１．７％,抑制了晶界铁素体和侧板条铁素体的形成,使熔敷金属的低温冲击性明显提高。     

外场处理细化管线钢埋弧焊缝的显微组织

研究了电磁搅拌和氩弧表层快速加热等外场对管线钢埋弧焊缝显微组织的影响。结果表明,电磁搅拌改变了焊缝中非金属杂夹物的大小和尺寸分布,使尺寸位于0.2～0.6μm之间的夹杂物数量增加,促进了奥氏体晶粒内针状铁素体的生成和细化,针状铁素体的含量由85.1%提高到了91.7%,提高了熔敷金属的韧性。而氩弧加热处理使焊缝表层的柱状晶消失,针状铁素体晶粒明显细化,并消除了对性能有害的组织-晶界铁素体和侧板条铁素体。     

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。     

热输入对800 MPa级钢接头组织及性能的影响

系统研究了焊接热输入对新一代800MPa级高强度结构钢(RPC钢)焊接接头组织及力学性能的影响。研究结果表明，采用最新研制的超低碳贝氏体焊丝焊接800MPa级RPC钢获得了强韧性匹配良好的焊接接头；焊缝一次柱状品的宽度随热输入的增加而增大，焊缝金属二次组织中基本上消除了先共析铁素体和侧板条铁素体，组成焊缝的基本类型为板条贝氏体、针状铁素体和粒状贝氏体；随着热输入的增大，焊接接头的抗拉强度逐渐降低，而低温冲击韧度则先升高，然后又下降；在热输入为20kJ／cm时焊缝金属低温韧性出现峰值与焊缝获得细小密集的针状铁素体组织有关。     

焊接方法对9Ni钢焊缝金属低温韧性的影响

用手工电弧焊、埋弧焊两种焊接方法分别对9Ni钢板进行对接焊,通过冲击试验对焊缝金属的低温冲击韧性进行了研究,利用金相显的影响微镜、扫描电镜、透射电镜、EBSD等科研仪器分析和对比了两种焊接方法对焊缝金属的组织、晶粒尺寸及晶界角度特征。试验结果表明:采用手工电弧焊、埋弧焊施焊的焊缝金属在-196℃的平均冲击吸收功分别为86.7和116 J,埋弧焊焊缝金属的冲击吸收功较高。手工电弧焊、埋弧焊焊缝金属的组织均为奥氏体和析出相组成,手工电弧焊的焊缝金属的结晶形态呈树枝状,埋弧焊焊缝金属的结晶形态为胞状树枝晶,偏析分散。手工电弧焊、埋弧焊焊缝金属中奥氏体平均晶粒尺寸分别为132.16和104.97μm。埋弧焊焊缝金属组织偏析分散、奥氏体晶粒尺寸较小是其低温冲击吸收功升高的主要原因,同时埋弧焊焊缝金属中大角度晶界数量的增加也是导致其韧性增加的原因。     

X80管线钢气体保护焊用焊丝熔敷金属组织与性能研究

介绍了Mn-Ni-Mo-Ti-B和Mn-Ni-Mo系气体保护焊焊丝的成分设计原则.对所研制的焊丝进行了熔敷金属的气体保护焊试验,测定了熔敷金属的化学成分、冲击韧度、硬度、强度和显微组织.用扫描电镜分析了断口形貌和夹杂物组成.结果表明,通过焊丝向熔敷金属中加入微量的Ti和B,可以有效地抑制先共析铁素体的析出,使熔敷金属获得细小的针状铁素体组织.研制的X80管线钢用气体保护焊丝的熔敷金属不仅具有很高的强度(ReL≥550 MPa,Rm≥620 MPa),而且还具有优良的低温韧性(-20℃,Akv≥70 J).