低合金钢焊接粗晶区连续冷却铁素体相变规律

 利用焊接粗晶区连续冷却淬火方法,对比分析了钛处理钢和普通C Mn钢焊接粗晶区连续冷却不同阶段的相变组织,研究了铁素体相变规律。结果表明,C Mn钢焊接粗晶区主要为晶界铁素体+魏氏组织铁素体;钛处理钢焊接粗晶区主要为晶界铁素体+魏氏组织铁素体+晶内铁素体组织。在钛处理钢中,晶界铁素体、魏氏组织铁素体和晶内铁素体的相变开始温度相同,但各自长大的动力学条件不同。当晶内铁素体和魏氏组织铁素体竞争发生相变时,晶内铁素体在晶内弥散分布氧化物夹杂上的非均质形核抑制了魏氏组织铁素体向晶内的长大。     

晶内铁素体及其组织控制技术研究概况

介绍了晶内铁素体的组织特点以及晶内铁素体组织对钢材力学性能的影响,得出晶内铁素体能显著提高钢的冲击韧性。详细阐述了晶内铁素体的形核机理,分析表明目前晶内铁素体形核机理仍不够完善,尚未形成统一的机制。同时介绍了钛氧化物、MnS、稀土氧化物等促进晶内铁素体形核的夹杂物,指出含Ti复合夹杂物是理想的晶内铁素体形核核心。最后分析了夹杂物尺寸、冷却速度对晶内铁素体形核的影响,并简述了一些晶内铁素体组织控制技术,结果表明Ti-B 处理、Ti-Mg处理效果优于单独的Ti处理。     

Al、Ti处理对低合金钢焊接粗晶区组织的影响

研究了Al、Ti处理对低合金钢焊接粗晶区组织的影响.研究发现:用Al处理时,钢中形成的夹杂物为Al的氧化物和细小的TiN.Al的氧化物和TiN不能促进晶内铁素体的形成,焊接粗晶区主要由粗大的晶界铁素体和平行排列的侧板条铁素体组成.用Ti处理时,钢中形成大量的Al、Ti、Mg、Ca复合氧化物夹杂,其颗粒大小为0.5～3.0 μm,同时还有一定量细小的Ti的氮化物.复合Ti的氧化物具有促进晶内针状铁素体形核的能力,焊接粗晶区主要由晶界铁素体、少量的侧板条铁素体和大量的晶内针状铁素体组成.随焊接热循环高温保温时间增长,晶界铁素体粗大,侧板条铁素体数量减少.相变区的冷却速度减慢,晶界铁素体数量增多,针状铁素体的尺寸显著增大.     

钛稀土复合处理对C--Mn钢粗晶热影响区组织及韧性的影响

利用Gleeble-1500D热模拟机进行焊接热影响区热循环模拟实验,研究了在焊接热输入为65 kJ·cm-1时稀土单独处理和钛稀土复合处理对C-Mn钢粗晶热影响区组织及冲击韧性的影响,并利用扫描电镜观察和分析了实验钢中的夹杂物和冲击断口形貌,利用光镜观察了热循环模拟后实验钢中的微观组织.实验结果表明:稀土单独处理和钛稀土复合处理的试样微观组织分别主要是晶界铁素体+块状铁素体+针状铁素体和晶界铁素体+晶内针状铁素体.经稀土单独处理的试样中夹杂物为La₂O₂S+锰铝硅酸盐+MnS复合夹杂;钛稀土复合处理的试样中的夹杂主要是La₂O₂S+TiO_x+锰铝硅酸盐+MnS复合夹杂.钛稀土复合处理钢中的复合夹杂更细小,有利于形成细小的晶内针状铁素体.钛稀土复合处理极大地改善了实验钢的焊接热影响区低温冲击韧性,比稀土单独处理对试样的冲击性能提升效果更好.      

应用氧化物冶金技术开发非调质钢的研究

从氧化物冶金机理分析入手,结合合金元素对钢组织的影响,对氧化物冶金型非调质钢进行了实验研究.结果表明:冶炼过程中添加合金元素(V、N)后,可形成细小、弥散分布的、高熔点的碳、氮化物小颗粒,并以此作为晶内铁素体的形核核心,析出了大量的以细小的夹杂物为核心的晶内铁素体,明显细化了组织,提高了钢的力学性能.     

X65管线钢带状组织对焊接性能的影响

研究了X65管线钢不同级别带状组织对焊接接头的显微组织和力学性能的影响.试验结果表明,焊接接头焊缝处有典型的焊缝组织贝氏体,热影响区含有少量的魏氏体、珠光体、晶内成核铁素体和多边形铁素体组织,焊接接头的拉伸断裂部位在焊缝处;带状组织越严重,焊接后的钢板强度和韧性均变差,因此在X65管线钢生产中要严格控制带状组织的形成.     

低成本高焊接性能船板钢EH36的开发

工业化试制了3种厚度规格(20,26和36mm)的新型低成本高焊接性能船板钢EH36。试制钢板的显微组织由多边形铁素体和针状铁素体构成,其力学性能满足EH36级别船板要求并具有优异的低温韧性。采用焊接热模拟评价了钢板的焊接性能,当热输入由30kJ/cm升高至160kJ/cm时,粗晶区原奥氏体晶粒尺寸逐渐增大,其组织也逐渐由粒状贝氏体向晶界铁素体+晶内针状铁素体+晶内多边形铁素体转变,维氏硬度逐渐下降,低温韧性优异。得益于TiN粒子对奥氏体晶粒长大的抑制作用,微量B元素对先共析铁素体转变的抑制作用以及BN粒子对晶内铁素体形核的促进作用,焊接粗晶区获得了有利于韧性的细化组织,保证了粗晶区具有优异的低温韧性。双丝埋弧焊试验也验证了钢板具有优异的焊接性能。     

稀土和Ca、Mg元素对高强度钢焊接热影响区组织和韧性的影响

研究了低合金高强度非调质中厚板钢中添加稀土(REM)和Ca、Mg微量元素对大线高能焊接热影响区(HAZ)显微组织微细化和晶内针状铁素体(IAF)形成的影响.结果表明,添加REM和Ca、Mg元素可在钢的HAZ中形成弥散稳定的氧硫化物(CeCa)2O2S和(CeMg)2O2,热轧奥氏体化(1450℃)和焊接热输入10 kJ/mm时都十分稳定,比传统采用TiN强化的钢具有更优良的低温韧性.有效地控制细小弥散的氧硫化合物,能获得适中的奥氏体有效晶粒尺寸和提供HAZ中形成晶内针状铁素体及稳定活性的形核位置.促进晶内铁素体协同形核生长,有效地使得HAZ组织微细化.     

大热输入条件下氮含量对低碳Mo-V-Ti-B微合金钢粗晶热影响区组织与冲击韧性的影响

采用Gleeble研究了大热输入条件下,氮含量对低碳Mo-V-Ti-B微合金钢焊接粗晶热影响区组织和冲击韧性的影响。结果表明,在100 kJ/cm热输入条件下,85 N、110 N和144 N试验钢粗晶热影响区-20℃冲击功分别为186 J、97 J和57 J。随着试验钢中氮含量的增加,试验钢粗晶热影响区冲击功逐渐降低。当氮含量从85 ppm增加至110 ppm时,低碳Mo-V-Ti-B微合金钢焊接粗晶热影响区组织由块状铁素体+大量针状铁素体转变为块状铁素体+少量的针状铁素体,组织发生粗化,故粗晶热影响区冲击功降低。当氮含量从110 ppm进一步增加至144 ppm时,粗晶热影响区组织由块状铁素体+少量的针状铁素体转变为块状铁素体+珠光体,虽然块状铁素体晶粒发生细化,但是粗晶热影响区组织中的“硬相”珠光体的含量增加,并且珠光体尺寸较大,在冲击试样变形过程中“硬相”珠光体与基体形变不协调,从而导致裂纹的萌生,造成冲击功进一步下降。     

低焊接裂纹敏感性钢焊接接头组织及微观力学性能

采用埋弧自动焊接方法焊接高强度低焊接裂纹敏感性钢板,并对其焊接接头进行显微组织观察、维氏显微硬度和纳米压痕检测.结果表明:粗晶热影响区的显微组织以粗大粒状贝氏体为主,由于该区的精细结构中含有大量纳米级析出相,且位错密度较高,使得该区具有较高的维氏显微硬度和纳米硬度值;焊缝区和细晶热影响区的主要显微组织分别为针状铁素体+先共析铁素体和准多边形铁素体,二者的纳米硬度和弹性模量值均小于粗晶热影响区的纳米硬度和弹性模量,表明粗晶热影响区的微观强度最高;粗大贝氏体组织可能会恶化粗晶热影响区的冲击韧性而导致焊接接头出现局部脆性断裂.     

晶内铁素体的形核机理

系统地研究了MnS、CuS及其复合物附近的微区在晶内铁素体形核过程中的成分变化,未发现诱导晶内铁素体形核的MnS、CuS及其复合物附近的微区锰含量有明显的变化。夹杂物诱导晶内铁素体形核的机理是：夹杂物作为一种惰性介质具有较高的惰性界面能,它对诱导晶内铁素体形核起主要作用。夹杂物造成其附近有较高的应力-应变能,夹杂物与铁素体的错配度较小均促进晶内铁素体的形核、长大。     

Intragranular ferrite nucleation in medium-carbon vanadium steels

In this study, the mechanism of intragranular ferrite nucleation is investigated. It is found that “intragranular ferrite idiomorphs” nucleate at vanadium nitrides which precipitate at manganese sulfide particles during cooling in the austenite region. It is observed that intragranular ferrite has the Baker-Nutting orientation relationship with vanadium nitride which precipitated at manganese sulfide. According to classical nucleation theory, the proeutectoid ferrite nucleation rate depends on the following factors: (1) the driving free energy for ferrite nucleation, (2) the diffusivity of carbon atoms in austenite, and (3) the increase in the interfacial energy associated with ferrite nucleation. In the Baker-Nutting orientation relationship, the lattice mismatch across the habit planes is likely to be very small. Depleted zones of solute atoms such as vanadium are assumed to be formed in the austenite matrix around precipitates. The effect of the depleted zones on factors (1) and (2) is estimated thermodynamically and it is proved that those effects are negligibly small. Thus, we conclude that the most important factor in nucleation kinetics of intragranular ferrite is the formation of precipitates which can develop coherent, low energy interfaces with ferrite.     

X120管线钢中含镁夹杂物对形变奥氏体及γ-α相变的影响

 对微镁处理X120管线钢轧制工艺进行热模拟,发现含镁夹杂物可以在形变奥氏体细化与再结晶时起到形核核心的作用,同时晶界夹杂物还有晶内铁素体诱导的双重作用。含镁夹杂物还可以在小于20µm甚至10µm的形变奥氏体内直接诱导晶内铁素体形核,部分夹杂物也有在形变奥氏体内间接诱导晶内铁素体形核的作用。     

Effect of SiMg alloy on inclusions and microstructures of 16Mn steel

Abstract

The effects of cooling methods and Mg content on the inclusions and microstructures of 16Mn steel were observed, and the mechanism of intragranular ferrite nucleation induced by Mg containing inclusions is discussed. The results show that trace amounts of Mg in steel can induce intragranular ferrite nucleation. With increasing Mg content, the percentage of intragranular ferrite increases, while the optimum Mg content is ～0·0048 wt-%. The appropriate cooling methods are furnace cooling to 1473 plus water cooling and water cooling. The lattice disregistry among MgAl₂O₄, MgO and ferrite–Fe phase is very small, and there is a Si enriched zone on the inclusions, which both contribute to the nucleation of intragranular ferrite.     

Al对稀土处理C-Mn钢连续冷却组织转变的影响

研究Al预脱氧对Ce处理钢夹杂物和显微组织的影响,利用热力学计算、带能谱的扫描电镜和DIL805A热膨胀仪检测进行了对比研究。得到如下结论:Ce处理后钢中的主要夹杂物从MnS转变为Ce2O2S+MnS,Al脱氧能使Ce处理钢中夹杂物转变为CeAlO3+Ce2S3+MnS。Ce处理C-Mn钢连续冷却过程有利于获得晶内铁素体的冷速为2~8℃/s。Al脱氧能改变诱导晶内铁素体形核的核心夹杂物种类,诱导铁素体形核的能力降低,且Al能够使Ce处理钢连续冷却组织转变(CCT)曲线向左上方移动,促进铁素体在晶界形核,不利于Ce处理后晶内铁素体的形成。Al脱氧Ce处理C-Mn钢在冷速为2~5℃/s时,由于夹杂物核心成分的改变与Al合金化作用导致晶内铁素体含量较未用Al脱氧Ce处理钢少。     

Tailoring the Microstructure of Coarse-Grained HAZ in Steel for Large Heat Input Welding: Effect of Ti–Mg–Ce–V Inclusion/Precipitation Particles

In this study, a novel Ti–Mg–Ce–V-treated steel was designed for large heat input welding. The addition of Ce in Ti → Mg deoxidation process ensured sufficient Ti–Mg–Ce oxide inclusions in steel. The complex precipitation of V further improved the nucleation ability of ferrite. At simulated heat input of 500 kJ/cm, significant austenite pinning effect and intragranular ferrite nucleation were realized concurrently. A fine-grained microstructure with high impact toughness was obtained.

     

<Emphasis Type="Italic">In Situ</Emphasis> Observation of Phase Transformation in Low-Carbon,Boron-Treated Steels

It is known that adding the appropriate amount of boron to steels dramatically increases their hardness and toughness as a result of the transition of the microstructure from grain boundary nucleation to intragranular nucleation. In this study, precipitation and phase transformation kinetics in heat-affected zones of low-carbon, boron-treated steels are observed directly by high-temperature laser scanning confocal microscopy. The effects of boron content and austenite grain size on the phase transformation process are investigated systematically by quantifying the transformation product, the transformation start temperature, the average length of the ferrite plates, and the average number of potent nucleation sites. Finally, detailed methods for controlling and optimizing the microstructure in the heat-affected zones of low-carbon, boron-treated steels are discussed.