大线能量焊接用钢热影响区组织和性能的研究进展

工程结构向大型化、高参数化方向发展，促进了大线能量焊接技术的应用，因此使传统的低合金高强度钢焊接粗晶热影响区(CGHAZ)的性能恶化，相应地对钢板提出了抗大线能量焊接的要求。为提高CGHAZ的性能，国内外广泛研究奥氏体晶粒、二次组织和针状铁素体对CGHAZ性能的影响。Ti微合金化和针状铁素体组织有利于提高CGHAZ的综合性能。     

EH36大线能量用钢焊接接头组织与性能研究

为了研究EH36海洋平台用钢焊接工艺,对100 mm厚的EH36海洋平台大线能量用钢进行了大线能量埋弧焊焊接试验。焊后对焊接接头进行了综合性能测试和微观组织分析。结果表明,焊缝表面及中心部位组织由大量针状铁素体、少量先共析铁素体和少量M-A组元组成,焊缝接头具有良好的韧性。接头硬度测试表明,EH36大线能量用钢在100 k J/cm热输入条件下,焊缝及热影响区具备较好的硬度,满足热输入条件下焊接施工条件。     

焊接热循环参数对大线能量焊接用钢EH40热影响区组织和性能的影响

利用热模拟技术及光学显微镜、透射电镜研究了焊接热循环参数对大线能量焊接用船板钢热影响区组织和性能的影响.发现模拟焊接热影响区组织主要由粒状贝氏体、铁素体和珠光体组成,且随着峰值温度和冷却时间的变化,热影响区的组织发生较大的变化;热影响区的冲击韧性总体水平较高,均在200 J以上,冲击韧性并不随着峰值温度和冷却时间的增加而单调变化;热影响区M-A岛的数量、尺寸、分布和形态影响热影响区的韧性.     

大线能量焊接用钢的研究概况

介绍了单面埋弧焊、气电立焊以及电渣焊3种在钢制结构制造行业应用最为广泛的大线能量焊接技术。针对大线能量焊接技术的大线能量、高自动化、强迫成型的特点,指出大线能量焊接用钢开发的关键技术是降碳、增锰、加钛、精确控制Ti/N比的成分设计及微合金化,优化冶炼工艺,加强热影响区中细小针状铁素体形成的组织控制和控冷中的板形控制,配套焊接工艺优化及焊材的研究等。     

Ti对大线能量焊接焊缝组织和性能的影响

对不同Ti含量的气电立焊焊缝组织及力学性能进行了对比研究。结果表明,Ti的质量分数在0.028%~0.038%范围内时,焊缝中获得大量细小的针状铁素体,焊缝组织及低温韧性得以明显改善。当Ti过量时,焊缝中的针状铁素体减少,组织以贝氏体为主,低温韧性相应下降。焊缝组织中观察到块状和条状的M-A组元,随着焊缝Ti含量增加,其总量增加。焊缝夹杂物多为以氧化物为核心,外层包裹着MnS的复合夹杂物,并随夹杂物Ti含量的增加,由Mn-Si-Al-O型向Ti-Mn-Al-O型转变,有利于促进针状铁素体形成。而当焊缝中Ti过量时,主要夹杂物又转变为对针状铁素体形核无效的Ti-Al-O型,促进了贝氏体转变。     

大线能量低焊接裂纹敏感性钢性能及组织研究

设计并研究了一种60kg级大线能量低焊接裂纹敏感性钢，试验结果表明，对本研究钢种而言，Cr和B不是理想的合金化元素，钢中Ti/N比接近理想化学配比时组织细化，提高了钢材的强度和韧性，试验钢理论的使用组织为回火索氏体。     

氧化物冶金在大线能量焊接用钢中的应用

 为了分析氧化物冶金钢中不同类型夹杂物的形核能力及其对大线能量焊接性能的提升效果,对Ti Ca、Ti Mg试验钢进行了模拟焊接热循环并利用氧化物冶金技术实现了不同钢种的工业化生产。结果表明,在1 400 ℃峰值温度等温30 s后,Ti Mg复合夹杂物可有效钉扎奥氏体晶界移动,并在后续冷却过程中作为形核质点诱导针状铁素体形核。为了保持氧化物冶金技术所需的氧含量,建立了转炉Si Mn预脱氧加Ti Mg脱氧的优化工艺路线。采用新技术冶炼的钢种具有200 kJ/cm气电立焊性能。-40 ℃下HAZ冲击韧性达到200 J,焊接接头内观察到大量针状铁素体板条组织。     

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。     

大线能量钢焊接技术研究现状

大线能量用钢是一种微合金化钢,供货态多为正火或控轧控冷。目前390 MPa级别大线能量钢已在造船以及海洋工程中广泛应用。归纳了大线能量用钢在典型焊接热循环下的粗晶区分布特征,并对当前已有的应用于大线能量钢的焊接技术进行了总结。考察了常见的埋弧焊、气电立焊及窄间隙MAG焊条件下,大线能量钢焊接接头的力学性能。     

大线能量焊接用海工钢的夹杂物与组织

 海洋工程领域对可大线能量焊接且低温韧性优良的厚钢板需求迫切。宝钢通过微合金化技术及调质工艺,开发出了满足大线能量焊接的E550级海洋工程用钢。通过冶炼、轧制、调质试验、焊接热模拟试验、电镜观察统计及金相观察,研究了大线能量焊接用海工钢H1夹杂物、显微组织及力学性能,并与宝钢现有海工钢E550进行了对比。研究结果表明,H1中夹杂物为Al2O3、MnS、Al2O3 Ti3O5、Al2O3 MnS、TiN MnS、Al2O3 Ti3O5 MnS;E550中夹杂物为Al2O3、CaO·xAl2O3(CAx)、CaO CaS、CAx CaS、CAx CaS TiN。H1力学性能满足E550级海工钢要求,且满足50和100 kJ/cm线能量焊接要求。其HAZ韧性改善的机理为,低硅低铝质量分数有利于减少局部脆性区;钛质量分数的降低,有利于抑制TiC脆化,提高HAZ韧性。     

氧化物冶金技术在大线能量焊接用钢的应用

随着大线能量焊接技术的发展,对相应的钢板也提出了抗大线能量焊接的要求。通过合理调整成分和采用氧化物冶金技术开发大线能量焊接用钢已经被广泛使用。总结了在大线能量焊接用钢开发中合金元素的作用、脱氧剂的选择及各钢铁厂对氧化物冶金技术在生产中的应用,为大线能量焊接用钢的开发提供借鉴。     

大线能量焊接用厚钢板的发展

1　前言厚钢板的重要特性是焊接性能 ,而焊接效率则尤其重要 ,因此从降低结构钢板的建设成本来看 ,最大的课题就是大线能量焊接钢板的应用。当钢板使用大线能量焊接时 ,由于焊接部 ,尤其是焊接热影响区 ( HAZ)的韧性会随焊接线能量的增大而变差 ,因此为确保结构钢板的安全性 ,重要的课题就是要确保结构钢板的韧性。造船行业为适应大量物流时代的到来 ,需要建造大型船舶 ;城市发展 ,需要建超高层大楼和大型桥梁等 ,为适应这些建设对厚钢板的强度和韧性要求不断提高的需要 ,已相继开发了新型大线能量焊接用钢板。大线能量焊接技术是以造船行…     

大线能量焊接用EH420海工钢生产工艺及焊接性能

河钢集团有限公司开发了利用钢液中形成TiO_x?MgO?CaO细小粒子改善焊接粗晶热影响区韧性的ITFFP技术（Improve the toughness of HAZ by forming TiO_x?MgO?CaO fine particles in steel）,成功试制生产出大线能量焊接用30 mm厚度规格（H30）和60 mm厚度规格（H60）EH420海洋工程用钢。母材力学性能试验结果表明,H30和H60试制钢屈服强度分别达到461 MPa和534 MPa,抗拉强度分别达到570 MPa和628 MPa,延伸率分别为26%和24.5%,满足EH420海洋工程用钢国家标准要求。采用Gleeble-3800型热模拟试验机对试制钢进行了200 kJ·cm?1条件下热模拟试验,并对焊接热影响区中的显微组织和?40 ℃冲击韧性进行了分析和测试。结果表明,试制钢中形成的CaO(?MgO)?Al₂O₃?TiO_x?MnS夹杂物可以有效地诱导针状铁素体析出,显著提高钢材的冲击韧性。另外,利用气电立焊设备对H30和H60试制钢分别进行了焊接线能量为247 kJ·cm?1和224 kJ·cm?1的实焊试验,结果显示,H30试制钢焊接接头表面和根部焊缝处?40 ℃冲击吸收功值≥74 J,焊接热影响区≥115 J,H60试制钢焊接接头表面和根部焊缝处?40 ℃冲击吸收功值≥91 J,焊接热影响区≥75 J,焊接接头的冲击性能远高于国家标准值42 J。      

锆处理对低合金钢大线能量焊接粗晶区组织与性能的影响

采用焊接热模拟和热力学计算相结合的方法,研究了锆处理对低合金高强船体钢大线能量焊接粗晶区组织与性能的影响.结果表明:锆处理钢对钢中形成的氧化物类型、粒度及分布存在显著影响.当钢中锆的质量分数低于85×10-6时,钢中形成复合的Zr-Ti-O氧化物颗粒.其中锆的质量分数为45×10-6时,钢中形成等量的钛、锆氧化物,此时...     

420MPa级海洋工程用钢大线能量焊接接头显微组织及力学性能研究

采用厚度规格为50 mm的EH420海洋工程用钢板为母材,以200 kJ/cm的焊接线能量进行双丝埋弧焊焊接试验.通过光学显微镜,扫描电镜,电子探针等先进的表征设备分析焊接接头附近不同区域的力学性能及显微组织变化及对焊接热影响区力学性能的影响.研究发现:焊缝金属的化学成分对冲击韧性影响较大,可适当降低熔覆金属的含碳量及...     

大线能量焊接用船体结构钢的研究进展

介绍了大线能量焊接在船舶建造中的应用,对比了船体结构钢与其它钢种对大线能量焊接适应性的不同要求。针对大线能量焊接热影响区韧性下降问题,提出了目前提高热影响区韧性的主要措施。指出降低碳当量、细化热影响区奥氏体晶粒尺寸、利用有益氧化物诱导晶内铁素体析出是提高船体结构钢大线能量焊接适应性的有效途径。介绍了鞍钢在热影响区组织调控技术和氧化物诱导机理研究等方面取得的成果。     

大线能量焊接船板钢Mg处理效果分析

为研究 Mg 元素对船板钢的作用效果,对比了 Mg 处理前后船板钢焊接后的冲击性能; 利用 Aspex扫描电镜能谱仪统计了实验钢中的非金属夹杂物的尺寸和种类,并对夹杂物的金相组织进行了分析。结果表明,Mg 处理后船板钢中夹杂物种类增多,夹杂物尺寸变小且分布更加弥散,尺寸主要集中在 2 ～4 μm 之间,块状铁素体消失,组织以针状铁素体为主。热处理后诱发针状铁素体的夹杂物基本由Al₂O₃、Mn S、CaS 和 MgO 复合而成,诱发的针状铁素体呈交叉互锁状,分割晶粒,改善了焊接 HAZ 冲击性能。     

Ti-Ca复合脱氧大线能量焊接用钢中夹杂物的演变

 为了更好地掌握氧化物冶金生产工艺,通过工业试验和热力学计算研究了Ti-Ca复合脱氧工艺生产大线能量焊接用钢全流程夹杂物成分、尺寸、数量的演变规律。LF进站时钢中夹杂物主要类型为硅锰氧化物类夹杂,Ti-Ca复合脱氧后转变为CaO-Al2O3-TiOx-MgO-SiO2,精炼过程夹杂物中铝质量分数降低,而钙和钛质量分数升高,最终轧板中典型夹杂物为CaO-Al2O3-SiO2、CaO- TiOx、Ca（Mn）S、TiN的复合多相夹杂物。LF-RH整个精炼过程中,钢中夹杂物体积比整体在不断下降,连铸过程又有所升高,最终轧材中夹杂物的体积比约为2.6×10－5。Ti-Ca复合脱氧与RH精炼对夹杂物的细化作用明显,轧材中尺寸为0～1 μm夹杂物占到了约73%,尺寸大于3 μm的仅约占5%。100和200 kJ/cm线能量下模焊后热影响区－40 ℃的冲击功平均值分别为275和209 J,腐蚀后发现了以夹杂物为核心形核长大的针状铁素体。     

大线能量焊接耐火耐候建筑用钢的性能试验及应用研究

对武钢研制的大线能量焊接耐火耐候建筑用钢的力学性能、焊接性能与其典型应用进行了研究。试验结果表明：该钢具有优良的综合力学性能，在600℃温度下的屈服强度均高于其室温下屈服强度的2／3，完全满足建筑结构用钢耐火安全性的强度许用指标；该钢具有低的焊接冷裂纹敏感性，能承受大线能量(50～100kJ／cm)焊接；该钢在大型建筑应用中的实际效果良好。