F500级超高强韧船板钢的低温韧性机理研究

利用金相、扫描、透射等手段研究了针状铁素体+粒状贝氏体复合组织的F500级船板钢的力学性能及低温韧性机理.结果表明,该钢板在-80℃的冲击功可达120 J以上,针状铁素体组织具有对裂纹扩展起到有效阻碍作用的大量被细小析出出所钉扎的高密度位错的亚晶界,是F500超高强船板钢具有良好的低温韧性的机制所在.     

冶炼工艺对大热输入海洋工程用钢E36N组织性能的影响研究

采用新工艺及传统工艺冶炼的两种海洋工程用正火态钢E36N进行热输入为200 kJ/cm的焊接热影响区热模拟实验,在-20℃的条件下检测焊接热模拟试样的冲击功值,在光学显微镜下观察其金相组织,在扫描电镜下观察冲击断口形貌以及夹杂物情况,研究在相同的大热输入条件下,两种冶炼工艺得到的E36N钢的熔合线附近的粗晶热影响区组织及其低温韧性。结果表明,传统工艺冶炼得到的E36N钢的焊接热模拟组织主要为贝氏体+少量铁素体,热影响区(HAZ)的低温韧性较差。新工艺冶炼得到的E36N钢的焊接热模拟组织为少量晶界铁素体、少量多边形铁素体及大量针状铁素体,HAZ具有良好的低温韧性。     

Q460钢焊接接头组织及动态断裂行为的研究

通过调整焊接热输入研究了Q460低合金高强钢CO2气体保护药芯焊接接头的组织及其对不同温度下动态断裂韧性(JId)的影响规律,探究了影响接头动态断裂行为的机理.结果表明,低热焊接输入的接头熔合区(FZ)柱状晶界面处存在仿晶界型铁素体;随热输入增加,FZ柱状晶形态特征逐渐减弱、仿晶界铁素体消失,FZ以针状铁素体组织为主,且随热输入的增加针状铁素体平均尺寸增大.在室温至-70℃范围内,中等热输入的焊接接头均表现出优异的动态断裂韧性,而低热输入的接头动态断裂韧性值最低.随温度由室温降低至-70℃,Q460钢焊接接头动态断裂机制发生了由延性断裂逐渐向解理脆性断裂的转变.低热输入焊接接头FZ柱状晶界面具有平面生长特征的仿晶界铁素体,易诱发低温下裂纹沿晶快速扩展.研究发现,在低温动态断裂过程中,细小针状铁素体组织由于可有效地阻碍裂纹扩展,成为其维持高动态断裂韧性的要因.     

X70管线钢仪器化冲击试验研究

通过对X70管线钢仪器化冲击曲线和冲击断口形貌的观察,对比分析了在不同温度条件下试件的冲击韧性。结果表明,随着试验温度的降低,裂纹形成功变化较小,裂纹扩展功和总冲击功呈下降趋势,裂纹扩展速度加快。以针状铁素体组织为主的X70管线钢在低温下具有较好的止裂能力,其韧脆转变温度在-80℃以下。     

Mn/Ni/Mo配比对K65管线钢焊缝金属组织与力学性能的影响

以Mn-Ni-Mo-Ti-B为主要合金系,研制出适用于低温服役环境下的高强高韧管线钢埋弧焊丝,并应用于30.8 mm厚K65管线钢现场焊接实验.结果表明,焊缝金属屈服强度达到583~689 MPa,抗拉强度达到714~768 MPa,-40℃冲击功均在90 J以上,焊缝具有优异的强韧性匹配.焊丝直径为4.0 mm,适用于四丝双面埋弧焊,效率高,且热影响区(HAZ)低温韧性优异(-40℃冲击功100 J).采用OM,TEM和Le Pera方法对焊缝金属组织的观察表明,焊缝组织主要为精细的针状铁素体、少量的先共析晶界铁素体、侧板条铁素体和弥散分布的细小马氏体/奥氏体(M/A)岛状颗粒.焊缝金属中0.2%Mo可以有效抑制先共析晶界铁素体及侧板条铁素体的生成,晶粒细化作用显著.Mn和Ni的适量增加会促进针状铁素体的形成,显著提高焊缝金属低温韧性.但Mn,Ni配比不当而超过某个范围时将会导致马氏体或其它低温相变产物形成,削弱低温韧性.当K65焊缝金属中含(1.5%~2.0%)Mn,(0.9%~1.2%)Ni,(0.2%~0.25%)Mo时,可以使其具有高强度的同时低温冲击韧性优异,且在Mn与Ni配比含量不越过马氏体形成线(Ms线)的前提下,可以采用加Mn减Ni的方法配比其合金含量.     

低温压力容器用钢16MnDR焊接接头显微组织和冲击性能

采用等强匹配原则利用焊条电弧焊对30 mm厚低温压力容器用钢16MnDR进行多层多道焊,对焊接接头进行微观组织分析,并通过低温冲击试验对焊接接头的冲击性能进行了表征。结果表明,焊接接头各个微区低温冲击功均符合16MnDR钢的力学性能要求,焊接工艺合理。母材的低温冲击韧性最高,热影响区的最低。热影响区少量的针状铁素体提高了组织韧性,在-40℃时其低温冲击功为88 J。-40℃热影响区断口形貌呈现准解理断裂特征,能谱分析表明热影响区出现成分偏析,在-60℃时呈现解理断裂特征,低温韧性显著降低。     

针状铁素体管线钢组织及强韧化机理研究

采用TEM及原位TEM拉伸裂纹扩展观察等试验手段,研究了管线钢针状铁素体组织及各组织单元对位错运动及裂纹扩展的影响,分析讨论了针状铁素体的强韧化机理。结果表明,大角度晶界、M/A组元对位错的运动及裂纹扩展有显著影响,有效阻碍位错的运动和裂纹扩展,从而提高材料强韧性。小角度晶界对位错运动影响较小,对裂纹扩展几乎没有影响。针状铁素体组织中以块状转变机制形成的块状铁素体和非等轴铁素体使管线钢具有高的韧性,而低温转变的板条状贝氏体组织对强度贡献更大。     

X100管线钢焊接接头组织及力学性能分析

采用埋弧焊对X100管线钢板施焊,分析焊接接头组织及力学性能。结果表明:X100管线钢埋弧焊焊接接头焊缝区组织为针状铁素体(AF)、先共析铁素体(PF)、粒状贝氏体和部分镐牙状侧板板条铁素体(FSP);HAZ组织为粒状贝氏体和铁素体;焊接接头平均抗拉强度为796.3 MPa,与母材组织达到了等强匹配;冲击功平均为133 J,剪切面积百分比平均为72%。焊缝冲击断口为脆性断裂,河流状花样明显。Mg O、Al2O3夹杂物呈树枝状析出,引起了多个二次裂纹,降低了韧性。     

TMCP工艺下针状铁素体钢板的强韧性行为

利用热机械控制工艺(TMCP),获得了以针状铁素体组织为主,配合一定量的多边形铁素体组织的钢板。利用透射电镜(TEM)原位拉伸、扫描电镜(SEM)原位拉伸等手段,观察了样品变形与裂纹扩展的动态过程,分析了材料的常温及低温韧性。结果表明,由于针状铁素体内部包含高密度的位错,同时含有的第二相粒子对位错具有钉扎作用,因此该钢具有良好的强韧性;当裂纹遇到针状铁素体时,裂纹前端钝化较快,表明针状铁素体组织具有良好的阻止裂纹扩展的能力。     

30CrNi3MoV焊接性及接头组织性能

采用实际焊接与焊接热模拟相结合的方法,研究了30CrNi3MoV高强度钢焊接接头的显微组织和力学性能。分析表明,30CrNi3MoV钢在不预热的条件下焊接,裂纹率较高;预热温度高于100℃时,裂纹消失。冷速过高,靠近熔合区的HAZ区易产生淬硬组织。靠近熔合区的焊缝区有较多沿晶界分布的先共析铁素体,削弱了晶界强度,裂纹易滋生,而焊缝区产生的针状铁素体对阻止裂纹扩展是有利的。利用焊接热模拟技术模拟并分析HAZ不同区域的组织。     

热输入对液压支架Q690钢焊接接头组织与性能的影响

研究了焊接热输入对液压支架Q690钢焊接接头组织与性能的影响,并优化了Q690钢的焊接工艺。结果表明,4种焊接工艺下Q690钢焊接接头横截面上都未出现气孔、微裂纹以及未熔合等焊接缺陷,焊缝成形性较好;焊接线能量为12.24和16.15 k J/cm时焊缝组织都为贝氏体+针状铁素体,增加焊接线能量至18.24 k J/cm时焊缝组织为针状铁素体+少量先共析铁素体,而继续增加焊接线能量至21.25 k J/cm时焊缝组织为针状铁素体+块状铁素体;随着第3道焊接线能量的提高,Q690钢焊接接头的屈服强度和抗拉强度逐渐减小,而断后伸长率逐渐升高,断裂位置都位于热影响区;强塑积和-20℃冲击功呈现先增加而后降低的趋势,在第3道焊接线能量为18.24 k J/cm时取得最大值,此时的强塑积为10.68 GPa·%、-20℃冲击功为72.1 J;焊接线能量为18.24 k J/cm时,Q690钢焊接接头具有最佳的综合力学性能。     

X65管线钢管闪光焊接接头组织及低温冲击韧性的研究

针对石油天然气输送常用的X65管线钢管进行闪光焊接工艺试验,测试了闪光焊接接头各区域的低温冲击韧性。采用光学金相显微镜、电子显微分析技术研究闪光焊接热循环对X65管线钢接头组织和韧性的影响。结果表明,X65管线钢管闪光焊接接头焊缝成形良好。焊态下,接头各区域的-40℃低温冲击功较低,焊缝区冲击功仅为11.6J,只有母材的27%。经过焊后热处理,接头的冲击韧性有所改善,焊缝冲击功可以达到母材的55%。接头焊缝组织为粗大块状铁素体、针状铁素体和层片状珠光体,热处理后晶粒细化。     

不同线能量下低碳贝氏体钢焊接接头的组织及韧性

研究不同线能量下低碳贝氏体钢焊接接头的组织及冲击性能。试验结果表明:低碳贝氏体钢对接直缝焊接后,焊缝组织为针状铁素体和粒状贝氏体,HAZ的组织为贝氏体铁素体和粒状贝氏体,焊缝区和HAZ的晶粒都随着焊接线能量的减小而减小;焊缝的断裂形式多为韧性断裂,冲击性能均较好,当焊接线能量从24.8kJ/cm向28.2 kJ/cm增加,焊接接头的焊缝区和HAZ的冲击功呈先减小后增大的趋势。     

高强韧FH460级船板钢组织性能研究

船板钢FH460具有高强韧性是未来船板及海洋平台用钢的重要组成部分。本项目组设计开发了低碳Mn-Nb-Cr-Mo系低合金高强韧FH460级船板钢,实验室研究了控轧控冷工艺有关参数对产品组织性能的影响。结果表明:通过合理的控轧控冷工艺得到针状铁素体和准多边形铁素体的复合组织,这种复合组织具有优良的综合力学性能,可满足F460级船板钢高强韧综合性能要求。分析认为:这归因于高密度位错的细小针状铁素体和准多边形铁素体的复合组织之间的界面为大角晶界,能有效抑制裂纹扩展的综合机制作用。     

大线能量焊接用钢模拟热影响区的组织与性能

研究了一种低碳低合金600MPa级耐大线能量焊接用钢模拟大线能量输入焊接粗晶热影响区（简称CGHAZ）的微观组织及力学性能。结果表明，大线能量模拟CGHAZ具有优良的强韧性配合（σs≥490MPa，σb≥610MPa，-20℃时AKV≥47J）。模拟热循环过程中CGHAZ中的高温稳定的复合夹杂物促使针状铁素体的形成，针状铁素体的数量与输入线能量有关。奥氏体和铁素体晶粒大小及针状铁素体数量显著影响焊接粗晶热影响区的力学性能。     

一种新型气保护药芯焊丝低温韧性的研究

YCJ590是一种自行研制的、熔敷金属抗拉强度≥540 MPa的CO2气保护药芯焊丝。本文通过系列低温冲击试验研究了在0~-60℃范围内该焊丝熔敷金属韧性的变化规律。试验结果显示,YCJ590是一种低温韧性非常好的高强度焊丝,在-60℃其熔敷金属的平均冲击功仍可达131 J,而且冲击功从0℃到-60℃变化平缓。金相分析表明,该焊丝熔敷金属的组织为针状铁素体+细珠光体,因而使其具有良好的强韧性。     

大线能量焊接DH36钢焊接热影响区组织与性能研究

利用双丝埋弧焊接试验,对比分析了传统DH36钢和大线能量焊接DH36船板钢焊接热影响区的组织与性能。结果表明,利用新型的Ti处理技术生产的大线能量DH36钢母材具有良好的强韧性和大线能量焊接性。经大线能量(100 kJ/cm)焊接后,传统DH36钢焊接热影响区低温韧性显著降低,不能满足指标要求(34 J)。大线能量DH36船板钢在50 kJ/cm和100 kJ/cm热输入焊接时均表现出良好的低温韧性,-20℃冲击功大于100 J。同传统的DH36钢相比,大线能量DH36钢焊接接头出现了软化区,但接头强度并未显著下降。总体上大线能量焊接DH36钢优越性在于:大线能量焊接时,焊接热影响区主要得到大量交错排列的晶内针状铁素体组织,热影响区硬度降低,低温韧性显著提高。     

大热输入焊接用EH40船板钢焊接热影响区组织转变与力学性能

河钢集团采用氧化物冶金技术开发出了大热输入焊接用EH40船板钢，利用DIL805L淬火相变膨胀仪结合焊接热模拟技术，研究了EH40船板钢焊接热影响区(HAZ)连续冷却转变行为和不同冷却速度下HAZ的组织转变。同时，采用Gleeble-3800热模拟试验机对EH40船板钢进行焊接热模拟试验，并对其焊接HAZ力学性能进行了测定。焊接HAZ连续转变曲线(SHCCT)表明，当冷却速率≤1 ℃/s时，主要发生铁素体/珠光体转变；随着冷却速率增大至2 ℃/s时，贝氏体开始析出;当冷却速率在2～3 ℃/s时，发生铁素体/珠光体和粒状贝氏体转变；当冷却速率在5～10 ℃/s时，发生铁素体/粒状贝氏体转变；而且随着冷却速率增大，粒状贝氏体所占比例逐渐升高；当冷却速率增大至15 ℃/s时，开始出现板条状贝氏体；当冷却速率在30～100 ℃/s时，开始出现马氏体，并且马氏体所占比例逐渐升高。另外，焊接热模拟和冲击试验结果表明，经过200 kJ/cm热输入焊接热模拟后，EH40船板钢HAZ在-40 ℃下的平均冲击吸收能量为205 J，远大于国标要求的41 J。采用扫描电镜及配套的能谱仪对EH40船板钢焊接HAZ析出粒子进行了分析，结果表明(Ti,Mn,Si,Mg)Ox-MnS粒子可以作为形核质点促进焊接HAZ针状铁素体的形成，有效地提高了焊接HAZ的低温韧性。     

大热输入焊接用钢的焊接粗晶热影响区韧性提升方法研究

通过研究焊接热影响区(HAZ)冲击功分布图,提出大热输入焊接用钢焊接粗晶热影响区(CGHAZ)韧性提升的新方法,即在峰值温度不变的条件下,将焊接CGHAZ中晶界铁素体(GBF)和大量针状铁素体(AF)组织改变成细晶热影响区(FGHAZ)多边形铁素体(PF)组织,并消除CGHAZ中破坏韧性的侧板条铁素体(FSP)组织。以对比Ti-V-N与Al-Ti-V-N微合金焊接用钢焊接CGHAZ组织和韧性为基础,探讨了Al-Ti-V-N钢焊接CGHAZ中PF转变条件、形核机制,认为微米级氧化夹杂物是诱导焊接CGHAZ中大量PF形核的关键,纳米级碳氮化物是拖曳、钉扎奥氏体与铁素体晶界的关键,两者的有效配合保证了焊接CGHAZ中大量PF组织生成,从而大幅提升焊接CGHAZ的低温冲击韧性。     

多相组织X80管线钢的低温断裂行为研究

采用落锤撕裂实验研究了X80管线钢断裂行为与多相组织之间的关系。结果表明:X80管线钢的微观组织包括针状铁素体、粒状贝氏体、多边形铁素体、准多边形铁素体和马氏体-奥氏体岛,其中针状铁素体、多边形铁素体、准多边形铁素体和马氏体-奥氏体岛对管线钢低温断裂行为影响较大。低温撕裂断口主要包括裂纹起裂解理面、韧性断裂面、逆向解理面三大部分,随着微观组织中针状铁素体的增加和多边形铁素体、准多边形铁素体、马氏体-奥氏体岛的减少,断口中韧性断裂面积增加以及起裂解理面积、逆向解理面积减少。