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.     

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.     

Si元素对800 MPa级HSLA钢焊材熔敷金属组织及韧性的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)等试验,分析了不同Si元素含量(质量分数,%)对800 MPa级低合金高强(HSLA)钢焊材熔敷金属组织特征及韧性的影响.结果表明,当Si元素含量从0.45%增加到0.66%时,熔敷金属(0.035C-0.45Si-1.47Mn-2.56Ni-0.68Cr-0.62Mo)的屈服强度从850 MPa增大到895 MPa,抗拉强度从917 MPa增大到954 MPa,-50℃冲击吸收能量从115 J降低到73 J;当Si元素含量为0.45%时,熔敷金属显微组织主要由板条贝氏体及部分粒状贝氏体和板条马氏体组成,各组织间呈相互交织状分布;而当Si元素含量增大到0.66%时,组织主要由细长条状的板条马氏体及部分板条贝氏体组成;随着Si元素含量增大,组织长宽比明显增大,且组织之间趋于平行分布.熔敷金属由γ(奥氏体)→贝氏体/马氏体混合组织转变时的相变温度随着Si元素含量增加而降低,随着Si含量增大,熔敷金属板条和板条块亚结构由交织的短条状向平行的细长条状转变,板条束亚结构尺寸明显变大,板条束亚结构...     

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。     

高强焊丝熔敷金属力学性能及组织分析

利用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)及附带能谱仪(EDS)并通过常温拉伸和低温冲击等试验研究了不同保护气体下高强焊丝熔敷金属组织和强韧性变化.结果表明,针对此高强度气体保护焊焊丝,采用Ar+5%CO₂保护气体,熔敷金属强韧性最佳;焊缝金相组织为粒状贝氏体+板条贝氏体,细小板条束可有效提高焊缝韧性;M-A组元存在明显C元素富集的现象,大量块状M-A组元的出现造成M-A组元基体间位错塞积,引起应力集中,在裂纹形核阶段易萌生微裂纹,对韧性不利;采用Ar+2%O₂和Ar+20%CO₂保护气体,焊缝中较大尺寸夹杂物数量增多,是诱发准解理断裂引起冲击吸收功降低的主要原因.     

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。     

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。     

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．     

超级马氏体不锈钢焊丝MAG焊熔敷金属冲击性能优化

白鹤滩百万千瓦水电机组全部采用国产HS13/5L焊丝进行焊接，成功实现了中国高端装备制造的重大突破. HS13/5L焊丝为水轮机转轮同材质焊接材料，属于13Cr型超级马氏体不锈钢，然而其MAG焊熔敷金属的韧性低于母材，针对此问题，将现有的MAG平焊焊接工艺调整为立向上焊焊接工艺，以提高熔敷金属的冲击韧性.对比分析了平焊、立向上焊熔敷金属的微观组织和冲击性能. 结果表明，立向上焊位置回火热处理态熔敷金属的室温冲击吸收能量达到120 J以上，比平焊位置提高了约40%. 两种焊接位置下的熔敷金属微观组织的相组成无明显差异，焊态组织为淬火马氏体 + 残余奥氏体 + δ-Fe，回火热处理态组织为回火板条马氏体 + 逆变奥氏体 + δ-Fe.立向上焊熔敷金属中的氧化夹杂物密度比平焊位置降低了约22%.平焊和立向上焊熔敷金属冲击断口整体呈现出韧性断裂的特征，立向上焊位置熔敷金属的韧性优于平焊位置.     

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。     

具有TRIP效应低屈强比贝氏体基超高强钢研究

对C-Si-Mn系TRIP钢采用等温退火工艺,得到具有TRIP效应贝氏体基高强钢。结果表明,TBF钢的组织主要由无碳化物贝氏体板条束、块状残余奥氏体、板条束间的薄膜状残余奥氏体及少量的回火马氏体组成。在连退过程中,贝氏体等温温度对TBF钢的组织和性能影响显著,当贝氏体等温温度为300℃时,TBF钢具有低屈服强度(789 MPa)、高抗拉强度(1241 MPa)以及良好的伸长率(16.6%)。等温300℃时,屈服强度的降低主要是因为80~190 nm的无碳化物贝氏体板条的生成。经过XRD测定,其残余奥氏体含量为12.04%,残奥含碳量经过测算为1.4%。稳定的块状残余奥氏体和无碳化物贝氏体板条有利于韧性的提高,相反,马氏体应该减少或避免。     

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。     

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。     

国产核级ERNiCrFe-7A镍基合金焊丝熔敷金属的组织与性能

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验、弯曲试验、冲击试验和晶间腐蚀试验研究了国产核级ERNiCrFe-7A镍基合金焊丝熔敷金属的组织与性能。结果表明：焊丝具有良好的焊接工艺性,流动性和焊缝成形质量与进口同类产品的相当。熔敷金属微观组织为奥氏体和碳化物,晶界上主要是M₂₃C₆型碳化物,晶内主要是富含Nb的MC型碳化物。熔敷金属的宏观质量、力学性能、微观组织、耐晶间腐蚀性能等均符合第三代先进压水堆核电站的要求,裕量足,强韧性兼具,综合性能良好,与进口同类产品的相当,可替代进口同类产品。     

Mo对690 MPa低合金高强钢熔敷金属力学性能的影响

焊接效率是海洋平台及船体建造的关键,不预热焊接能够显著提高焊接施工效率、降低建造成本。文中采用焊条电弧焊在不预热条件下制备了2种Mo含量不同690 MPa低合金高强钢熔敷金属,对其组织和性能之间的关系进行了分析。研究发现,Mo元素对熔敷金属微观组织、相变过程、塑性及强韧性具有显著影响。在成分体系0.02%～0.03%C,4.4%～4.5%(Mn+Cr+Ni),0.23%～0.61%Mo条件下,通过Mo元素调控获得细化、良好塑性、高强韧性熔敷金属组织。细小、良好塑性组织在冲击过程中能够抑制裂纹萌生和扩展,显著提高了熔敷金属的低温冲击韧性。然而,组织细化与塑性提高对于韧性改善机制存在显著差异,组织细化提高了晶界密度进而阻碍裂纹扩展,塑性良好的组织抑制了裂纹萌生并阻碍其扩展。在0.03%C,4.4%(Mn+Cr+Ni),0.23%Mo成分体系及不预热焊接条件下,获得了抗拉强度742 MPa,-50℃冲击吸收能量82～114 J(平均值103 J)的熔敷金属。     

预相变马氏体对超级贝氏体钢组织热稳定性的影响

为明确超级贝氏体组织失稳机制以及探索提高超级贝氏体钢中残余奥氏体热稳定性的方法,通过预相变马氏体工艺,即在等温贝氏体相变前引入预相变马氏体,制备了中碳超级贝氏体钢。对比分析了回火前后中碳超级贝氏体钢显微组织和力学性能的变化,研究了预相变马氏体对中碳超级贝氏体钢中贝氏体组织及残余奥氏体热稳定性的影响。结果表明：预相变马氏体的存在能够细化贝氏体铁素体板条,提高残余奥氏体含量和热稳定性。预相变马氏体的引入及其对超级贝氏体组织的细化作用使得试验钢的屈服强度超过1 000 MPa,伸长率大于20%;300～600℃回火1 h后,高碳薄膜状残余奥氏体首先发生分解,形成细小的碳化物,然后贝氏体铁素体板条发生回复和再结晶,形成沿原板条方向的铁素体晶粒;600℃回火后试验钢的屈服强度仍与回火前相当,主要是预相变马氏体周围的薄膜状残余奥氏体未发生明显分解,能够抑制相邻贝氏体铁素体板条的回复。     

ULCB熔敷金属组织与碳、氧含量对力学性能的影响

不同保护气氛下焊接得到的超低碳贝氏体（ULCB）熔敷金属的组织由贝氏体板条和少量针状铁素体组成，贝氏体主要在原始奥氏体晶界及先形成的贝氏体条侧面形核，形成相互交叉的分布形态．Ar＋1．5％O2保护熔敷金属性能最好；Ar＋4％CO2保护时由于焊缝增碳，组织中生成了碳化物，熔敷金属强度升高，韧性降低；Ar＋4％O2保护时由于组织中生成大量氧化物夹杂，韧性急剧降低．     

新型耐热钢P92焊缝金属微观组织研究

采用金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪和X-射线衍射分析等方法,研究了新型耐热钢P92钢焊缝金属的微观组织特征。结果表明:P92钢焊缝金属组织由马氏体、残余奥氏体和析出相组成,其马氏体板条束和马氏体板条尺寸都比较大,残余奥氏体含量远低于正火态P92钢组织中的含量,而析出相主要为V/Nb(C,N)、Fe3C和M23C6,其中M23C6含有多量W、Mo合金元素。     

热输入对800MPa级超厚板窄间隙焊缝金属组织和性能的影响

采用三种热输入进行超厚板窄间隙熔化极气体保护焊,借助金相显微镜、扫描电子显微镜及附带EDS系统和透射电子显微镜研究了热输入对焊缝金属组织和性能的影响.结果表明,三种热输入焊缝金属组织主要由板条马氏体、无碳化物贝氏体、M-A组元和残余奥氏体组成.随着焊接热输入的增加,焊缝组织中马氏体含量减少;也使无碳化物贝氏体形核率降低,造成无碳化物贝氏体粗化.并且当贝氏体相变时热输入的增加使碳原子扩散距离变远,促使残余奥氏体形状由膜状向块状转变.另外随着热输入的增加,焊缝金属强度下降,而冲击韧性对热输入不敏感.