大线能量焊接船板钢的研究现状与发展

大线能量焊接过程中,焊接HAZ高温停留时间延长,相变冷却速度减慢,HAZ奥氏体晶粒急剧长大。采用TiN、Ti-B等技术抑制HAZ奥氏体晶粒长大以提高大线能量焊接性能难以满足更高线能量的要求。氧化物冶金技术的提出对大线能量焊接用钢HAZ韧性的改善具有重要的意义。文章主要叙述了大线能量焊接HAZ韧性改善的方法以及发展方向,并重点对稀土Y应用于大线能量焊接HAZ韧性改善的可能性进行分析预测。     

Ti脱氧钢含Ti复合夹杂物诱导晶内针状铁素体的原位观察

研究了夹杂物对Mg脱氧钢焊接热影响区（HAZ）组织及冲击韧性的影响。研究结果表明,MgO–MnS复合夹杂物形貌随着Al的添加发生显著变化。当Al质量分数为0.001%时,由中心单一MgO粒子与外围MnS相组成;当Al质量分数为0.020%时,其形貌为夹杂物中多个细小的MgO粒子嵌入MnS相中。前者可诱发晶内针状铁素体（IAF）形核,而后者不具备该能力,故HAZ中主要晶内组织分别为塑性IAF、脆性侧板条铁素体。因此,未添加Al钢的400 kJ·cm⁻¹大线能量焊接HAZ韧性优于添加Al钢。     

钙处理含硫20CrMo齿轮钢夹杂物析出研究

通过热力学计算控制钢中喂钙量,把钙处理20CrMo钢中Al2O3变性为低熔点的12CaO·7Al2O3上浮去除,从而使钢中夹杂物满足评级要求;并用Thermo-Calc软件模拟钢液凝固过程中CA6、CA、CA2钙铝酸盐及MnS夹杂物的析出情况.用SEM对轧材中纺锤状夹杂物进行分析,少量夹杂物内核颜色较深,为Al2O3、CaS等夹杂,外层包裹的夹杂颜色较浅,为MnS夹杂.说明凝固过程中钢液中先析出的Al2O3、CaS等复合夹杂可以被后析出的MnS捕获作为其核心.     

优质大线能量焊接用高强船板的开发

船舶制造为了提高效率采取了增加焊接线能量手段,针对提高大线能量焊接热影响区(HAZ)的韧性,开发了JFE EWEL新技术,其核心是采用最佳TiN形态控制HAZ区的晶内组织状态、微合金化技术控制HAZ区域的组织结构及超级OLAC和工艺参数优化组合。基于本技术开发生产的390MPa厚板、LPG船用低温钢、355MPa船板,其优良的母材特性满足了大线能量焊接等要求。     

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.     

管线钢铸坯中硫化物特征及形成机理

 对管线钢铸坯中的硫化物特征进行了分析,并对其形成机理进行了讨论。发现从中间包钢液到铸坯,管线钢中夹杂物由低熔点的CaO Al2O3向CaS Al2O3类型转变,且夹杂物尺寸越小,在冷却过程中的转变越充分。根据形貌特征,含硫化物夹杂可分为以下几类,即硫化物在氧化物表面部分析出、硫化物半包裹氧化物、硫化物完全包裹氧化物、纯硫化物和在TiN上析出的硫化物。采用FactSage软件对冷却过程管线钢中的夹杂物转变进行了计算,发现随着温度的降低,液态钙铝酸盐夹杂物逐渐经历CaO·Al2O3→CaO·2Al2O3→CaO·6Al2O3→Al2O3的转变过程,同时CaS和MnS相也在冷却过程中析出,且MnS的析出温度低于CaS,这解释了铸坯中硫化物的特征和形成。     

Mg-Al-Ti系氧化物冶金工艺夹杂物控制的热力学分析

开展低铝含量海工钢氧化物冶金研究,扩大海工钢成分调整范围,促进诱导针状铁素体形核的有效夹杂物生成,对改善大线能量焊接热影响区韧性具有重要应用潜力。以EH420钢为研究对象,利用FactSage热力学软件,进行钢液-夹杂物平衡热力学计算,系统分析了Mg-Al-Ti脱氧体系与氧含量耦合变化对钢中夹杂物析出类型、析出条件、析出量的影响,并设计试验进行验证,为实际大线能量焊接用EH420海工钢的目标夹杂物控制提供理论指导。结果表明,控制钢中Mg、Al、Ti含量分别在0.002 0%水平、0.008 0%～0.010%、0.010%～0.020%时,当T.O.含量在0.003 0%水平,析出Mg-Al-Ti-O复合夹杂物+MgO夹杂物;当T.O.含量在0.006 0%水平时,单独析出Mg-Al-Ti-O复合夹杂物。     

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。      

轧制工艺对12MnNiVR钢板焊接性能的影响

通过模拟不同轧后冷却速度,研究了新一代原油储罐用12MnNiVR钢板的组织和性能变化,分析了轧后冷却速度对钢板大线能量焊接的影响规律。提高轧后冷却速度可以细化HAZ区的晶粒,并使钢中析出的碳氮化物尺寸减小、数量增多,从而降低了焊接热循环后HAZ区的强度和韧性损失,满足了大线能量焊接的要求     

薄厚度板坯连铸机非稳态连铸坯中夹杂物分布

针对鞍钢股份有限公司薄厚度(200 mm)板坯连铸机生产的非稳态铸坯中夹杂物分布进行了研究.Factsage热力学计算结果表明,铸坯中的夹杂物类型主要为Al2 O3、TiN、Ti2 S3、MnS,及其复合夹杂物,该计算结果与夹杂物分析结果相符.在铸坯厚度方向上,内弧近表面侧的夹杂物类型主要为TiN,Ti2 S3和Al2...     

Development of oxide metallurgy technology at Baosteel

Oxide metallurgy technology has been developed at Baosteel for improving the heat affected zone toughness of steel plates for high heat input welding. After deoxidation with strong deoxidizers of Mg alloy,the complex inclusions containing parts of compounds of MgO,Ti2O3,MnO,Al2O3,MnS,CaS and TiN are formed.These kinds of inclusions are beneficial for promoting the formation of intragranular ferrite.After two-electrode vibratory electrogas arc welding with the V-type groove and a high heat input of 395 kJ/cm in a single pass,the former austenite grain is very fine in size,with an average grain size of only 85 μm.Excellent heat affected zone toughness is obtained for the developed steel plates with a thickness up to 68 mm.     

镁处理对钢中夹杂物以及HAZ组织和性能的影响

近年来镁处理的氧化物冶金技术研究非常活跃,为了总结镁处理氧化物冶金研究的最新成果,综述了镁处理对钢中夹杂物以及HAZ组织和性能的影响研究.通过镁处理形成的微米级含镁氧化物和硫化物复合夹杂物可以诱导晶内针状铁素体析出;镁处理过程中形成的纳米析出物,通过对奥氏体晶界的钉扎作用可以抑制原奥氏体晶粒长大,钉扎粒子多为300 n...     

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。     

Ti-Mg复合脱氧对钢热影响区组织和冲击性能的影响

利用Gleeble-1500热模拟试验机进行焊接热模拟实验,研究16Mn钢经微Ti和Ti-Mg处理后焊接热影响区组织及冲击性能的变化,并利用扫描电镜和能谱分析法观察和分析实验钢的夹杂与冲击断口形貌.Ti和Ti-Mg复合处理试样的热影响区显微组织分别主要是晶界块状铁素体+晶界侧板条铁素体和晶内针状铁素体+晶界块状铁素体.经Ti处理后钢中夹杂物主要为5μm左右的TiO_x+MnS复合夹杂,经Ti-Mg复合脱氧后钢中夹杂物主要为2μm左右Ti-Mg-O+MnS组成的复合夹杂,且后者明显细化了钢中夹杂物尺寸.Ti-Mg复合脱氧试样中存在大量细小夹杂颗粒,一方面可钉扎裂纹,另一方面诱导形成了使大量针状铁素体,大焊接热输入条件下Ti-Mg复合脱氧试样热影响区冲击韧性明显强于单独Ti处理的试样.     

The significant impact of Ti content on microstructure–toughness relationship in the simulated coarse-grained heated-affected zone of high-strength low-alloy steels

This study aims to investigate the influence of Ti addition on microstructure and toughness in the simulated coarse-grained heated-affected zone (CGHAZ) of high-strength low-alloy steels. The steels with low and high Ti content respectively were subjected to 100?kJ/cm heat input welding thermal cycle. The results indicated that the second-phase particles were mainly oxide covered with MnS and fine (Ti,Nb)N precipitate in low-Ti steel, which were modified to the oxide surrounded by TiN and coarse (Ti,Nb)N precipitate in high-Ti steel. Compared with low-Ti steels, the coarser precipitates induced larger austenite grain in CGHAZ of high-Ti steel. Moreover, the wrapping of TiN decreases the ability of inclusion to promote the nucleation of acicular ferrite, resulting in lower fraction of acicular ferrite in CGHAZ of high-Ti steel. Content of martensite-austenite constituent increased in CGHAZ of high-Ti steel. They were all responsible for the degeneration in toughness in CGHAZ of high-Ti steel.     

含钛夹杂物对大热输入焊接用钢HAZ韧性的影响

 通过调整冶炼工艺,研究钢中氧化钛和氮化钛的数量、尺寸及分布规律,并利用热力模拟试验机对试验钢的大热输入焊接热影响区韧性进行分析。试验结果表明：实施新的冶炼工艺能够使钢中形成大量细小的氧化钛和氮化钛类夹杂物;在熔合线部位温度为1400℃时,钢中的TiN因溶解而失去钉扎作用。尺寸小于5μm的含Ti2O3和MnS的复合夹杂物,其形成IAF的能力强;尺寸为5～6μm的这类夹杂物具有IPF的形核能力。新的冶炼工艺能够大幅度提高大热输入焊接热影响区韧性。     

钙处理对稀土在大线能量焊接HAZ中作用的影响

 为了探明钙处理对稀土改善C-Mn钢焊接HAZ韧性作用的影响,利用Gleeble模拟了热输入为339 kJ/cm的焊接热循环过程,对比研究了稀土处理钢和Ca-稀土处理钢焊接HAZ中夹杂物、显微组织和低温冲击韧性差异,分析了钙对稀土在HAZ中作用的影响规律,发现钙处理能促进稀土改善HAZ低温冲击韧性。钙能使稀土处理钢HAZ中的夹杂物从稀土氧化物复合夹杂转变为稀土-Ca的复合夹杂,平均尺寸从1.5增大到2.2 μm,长宽比从1.5减小到1.4,夹杂物总量降低。虽然钙对稀土处理钢HAZ中晶内针状铁素体的含量影响不大,但钙能增强稀土对HAZ原奥氏体晶粒粗化的抑制作用,Ca-稀土处理钢HAZ原奥氏体晶粒尺寸比稀土处理钢小。热输入为339 kJ/cm时,钙处理能使稀土处理钢HAZ低温冲击韧性明显提高。