微量元素对超大线能量EH36船板热影响区粗晶区组织和性能的影响

通过焊接热模拟研究了在超大线能量下焊接时Al元素、Mg元素和Ti元素含量对EH36高强船板钢热影响区粗晶区组织、性能的影响规律,采用Thermo-Calc热力学计算与SEM,EDS测试相结合的方法揭示了Al元素、Mg元素和Ti元素含量与母材中氧化物类型、尺寸、数量及粗晶区相变的关系.结果表明,Al_(2)O_(3)无法诱导针状铁素体相变,当Al元素质量分数低于0.005%时,钢中可形成Mg元素、Ti元素或其复合氧化物,可促进粗晶区针状铁素体相变.Mg元素和Ti元素联合添加时,当Mg元素质量分数由0.0042%降低为0.0013%,氧化物类型由MgO转变为Mg_(2)TiO_(4),经统计20个视场内的氧化物数量由408个提高到503个,平均直径由1.37μm减小到1.10μm,显著提高了非均匀形核的比表面积,抑制了晶界铁素体的形成,使t8/5=300 s时粗晶区热模拟试样-20℃冲击吸收能量由43 J提升到127 J.

焊接热循环峰值温度对1000 MPa级超高强钢热影响区组织性能的影响

为研究1 000 MPa级超高强钢焊接热影响区(HAZ)不同区域的组织性能,采用焊接热模拟技术制备了试验钢在不同热循环峰值温度下的试样,通过夏比冲击试验研究了HAZ不同区域的冲击韧性。结果表明:在亚临界区(SCHAZ)、临界区(ICHAZ)和细晶区(FGHAZ),样品冲击吸收能量、裂纹扩展能量和动态冲击韧度较大,断口上形成较大面积的脚跟形纤维区和剪切唇,微观可看到大小不一的韧窝,样品冲击韧性较好;在粗晶区(CGHAZ),样品各项冲击数据均急剧下降,断口呈宏观脆性断裂,几乎全为放射区,微观下显示准解理断裂特征,表明裂纹扩展时受到的阻力减小,裂纹萌生后稳定扩展的时间减少,失稳扩展较快,样品的冲击韧性恶化,CGHAZ为HAZ中的韧性谷区;组织分析表明,粗大的晶粒和粗大的马氏体板条是导致CGHAZ脆化的主要原因。该结论为探究1 000 MPa级超高强钢在水电工程中的优选研制及工程应用奠定了理论基础。

国产P91钢焊接接头热影响区各亚区域的热处理模拟

采用不同温度(800,850,950,1 300℃)×25 min的正火+755℃×60 min回火处理分别模拟P91钢接头热影响区不同亚区域,采用650℃×200 h高温加速时效热处理工艺模拟服役50 000 h工况,通过对比热模拟和实际接头试样研究了服役50 000 h后P91钢焊接接头热影响区不同亚区域的组织及性能。结果表明:粗晶区、细晶区服役态热模拟试样的马氏体板条形态以及MX相、M_(23)C_(6)碳化物和Laves相的数量、分布、颗粒尺寸与实际接头相应亚区域均十分接近;除粗晶区外,热影响区各亚区域服役态热模拟试样和实际服役接头相应区域的平均晶粒尺寸十分接近,相对误差不超过12.5%,显微硬度和微型杯突力学性能相近,强度、韧度和断裂挠度率相对误差均在5%以内,断口呈典型微孔聚集型韧性断裂特征;热影响区部分相变区显微硬度最小,为191 HV,在细晶区和粗晶区硬度大幅上升,在熔合线处达到最大,为314 HV;热影响区粗晶区的微型杯突强度最大,塑性最差,部分相变区的强度最低,塑性最好;相比粗晶区,部分相变区的颈缩程度更高,韧窝更大更深。

Ti_(2)AlNb合金热模拟焊接热影响区的组织与力学性能

Ti_(2)AlNb合金因其较高的比强度和高温抗氧化能力,是先进航空发动机热端部件的重要候选材料。但作为金属间化合物材料,其焊接性能是一重要挑战。为了解焊接热循环对合金组织性能的影响规律,使用Gleeble3500热模拟试验机模拟了Ti_(2)AlNb合金焊缝附近热影响区的热循环,研究了冷却速度对焊接热影响区组织与性能的影响;根据热膨胀-温度曲线,结合不同冷速下合金的显微组织,建立了Ti_(2)AlNb合金焊接热影响区连续冷却转变(SH-CCT)曲线。结果表明:在快速加热至B2单相区后的连续冷却过程中Ti_(2)AlNb合金中主要析出相为O相,α_(2)相的析出量很少。随着冷却速度的增加,析出相的数量逐渐减少、尺寸降低,且α_(2)相的析出率先被抑制,B2相向O相转变的温度区间缩小。冷却速度低,合金中析出相数量多,强度高,但塑性低。反之,随着冷速的增加,残留B2相增多,合金的塑性得到改善。

热输入量对890MPa臂架管焊接热影响区组织性能的影响

依据等强匹配原则,选用BHG-5焊丝对起重机臂架用890 MPa无缝钢管进行了斜Y型坡口焊接裂纹试验和不同热输入量的多层多道手动焊接试验,探究了材料的冷裂纹敏感性,以及不同热输入量对焊接接头组织和力学性能的影响。结果表明,预热温度为150℃时,可完全避免焊接冷裂纹的产生;随着热输入量的增加,焊缝金属接头强度变化不大,但焊接接头热影响区冲击韧性明显下降,选择小于20 kJ/cm热输入量焊接时可保证焊接接头具有较好的强韧性。

EH36厚壁海上风电用钢及其焊接热影响区的断裂韧性研究

目的开发大壁厚抗断裂、耐不同线能量焊接EH36海上风电用钢,满足深水海上风电平台的服役需求。方法试制了80 mm厚的EH36海上风电用钢,研究了不同温度下EH36的断裂韧性变化规律,并进行了7 kJ/cm和50 kJ/cm线能量的焊接试验。通过裂纹尖端张开位移(CTOD)试验,评估母材及焊接CGHAZ的断裂韧性。使用光学显微镜和电子显微镜对其微观组织及其CTOD试样断口形貌进行表征和分析。结果EH36的断裂韧性在−10~−30℃区间内保持较高的值,−40℃为该材料的韧脆转变温度,此时断裂模式从韧性断裂转变为脆性断裂,但其临界CTOD平均值仍高于标准要求。此外,7 kJ/cm热输入的CGHAZ临界CTOD平均值为0.658 mm,其微观组织主要由针状铁素体组成,50 kJ/cm热输入的CGHAZ临界CTOD平均值为0.468 mm,其微观组织主要由针状铁素体和粒状贝氏体组成。在电镜下观察到CGHAZ内含有大量由Ti的氧化物组成的高熔点夹杂物,大量针状铁素体在其周围形核并生长,可有效提升CGHAZ的断裂韧性。结论所开发的EH36厚壁海上风电用钢具有优越的抗断裂性能和焊接性能。

不同Nb含量X80钢管环焊热影响区的微观组织与韧性

为研究Nb含量对焊接热影响区微观组织和性能的影响,采用熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)和手工焊条电弧焊(shielded metal arc welding,SMAW)对0.055%Nb和0.075%Nb含量的X80钢管进行环焊.采用夏比冲击试验和金相分析方法,研究热影响区的微观组织差异和夏比冲击韧性.并借助扫描电镜和超高温激光共聚焦显微镜分析不同Nb含量X80管体的微观组织对热影响区性能的影响.结果表明,在0℃和-20℃时,0.075%Nb和0.055%Nb的X80钢管GMAW环焊接头热影响区均具有较高的冲击韧性,其平均冲击吸收能量均高于150 J.其中0.055%Nb略高于0.075%Nb的GMAW环焊接头热影响区夏比冲击吸收能量;焊接热输入较低时,0.055%Nb低于0.075%Nb的X80环焊接头粗晶区的韧脆转变温度,具有更好的低温韧性.焊接热输入较高时,0.075%Nb的X80环焊接头粗晶区具有更高的上平台冲击吸收能量,且上平台温度和韧脆转变温度也更低,其低温韧性也更优异;还发现了X80环焊接头热影响区的冲击韧性不仅与热输入量和热影响区马氏体-奥氏体组织(M-A)的形状、大小、分布有关,而且还受管体中Nb含量、原始的强度与韧性、微观组织状态的遗传影响.

峰值温度和降温速率对TC4钛合金焊接热影响区组织与性能的影响

目的通过Gleeble 540热模拟试验机模拟TC4钛合金的热影响区,探讨不同热循环条件下TC4钛合金组织性能的演变规律,为钛合金激光焊接工艺的优化提供指导。方法利用Gleeble 540热模拟试验机对TC4钛合金焊接热影响区进行模拟试验,采用金相显微镜和扫描电镜观察不同热模拟参数下TC4钛合金的显微组织,运用数字式显微硬度计和拉伸试验机对热模拟试样进行硬度和拉伸测试。结果当峰值温度低于相变温度时,热影响区组织呈块状α相,这种片层较厚且为块状组织的存在使硬度显著提高,拉伸强度大幅下降;当峰值温度升至完全相变温度以上时,热影响区组织逐渐转变为大量的针状α'马氏体,硬度和拉伸强度逐渐提高。当峰值温度为1100℃时,抗拉强度显著高于母材拉伸强度,达到1248 MPa。降温速率的增大导致针状α'马氏体增多,长针状马氏体破碎形成网篮状马氏体组织,虽然热影响区的硬度没有明显变化,但是拉伸强度略有降低。结论在TC4钛合金实际焊接中,确保峰值温度高于钛合金组织的完全相变温度,可提高钛合金激光焊接接头的力学性能。

固定平台桩腿焊缝热影响区裂纹缺陷的原因分析及改进建议

针对某固定平台在建造过程中被发现桩腿立柱对接焊缝热影响区在焊后出现的裂纹缺陷,通过对母材材料情况、焊接工艺和焊接材料、焊接过程的控制三个方面进行分析,提出解决方案,最后结合该事件的分析处理进一步提出合理化的改进建议。

冷轧薄板激光切割热影响区的深度及性能

为确定激光切割热影响区深度和激光切割热影响区对不同厚度、不同强度冷轧薄板产品力学性能的影响,通过改变激光切割速率的方法,对冷轧薄板产品进行激光切割试验,并对激光切割后热影响区的组织、深度和板材的拉伸性能进行研究。结果表明:热影响区可分为两部分,第一部分为激光切缝边缘的熔化区,第二部分为非熔化区,熔化区主要为马氏体,非熔化区主要为马氏体+贝氏体,激光切割速率越快,冷轧薄板的热影响区深度越小,冷轧薄板的强度越高或厚度越厚,热影响区深度越大;激光切割加工试样比加工中心加工试样的屈服强度和抗拉强度高,断后伸长率低,且随着钢种等级的提高,两者间的差异不断增大。

线能量对焊接热影响区HAZ韧性的影响研究

设计了一种新型大线能量焊接用钢,对其实施了不同线能量的焊接热模拟实验,结果表明,在大线能量焊接条件下,焊接热影响区(HAZ)中形成了相互交叉互锁的AF组织,该组织可以阻碍裂纹的扩展,提高HAZ的低温冲击韧性。

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。

低合金高强度钢焊接热影响区性能研究现状及改善措施

低合金高强度钢焊接热影响区各区域因经历了不同的焊接热循环过程,组织发生显著改变,从而引起性能恶化,导致焊接热影响区成为焊接接头最薄弱的区域。针对低合金高强钢焊接热影响区性能的硬化、脆化和软化以及冷裂纹敏感性差异较大等问题,分析总结了影响热影响区性能变化的关键因素,包括焊接热循环、焊接工艺条件、母材的化学成分和原始组织状态等,提出采用焊接热模拟技术、合理的母材成分设计、原始组织状态、焊接工艺参数优化等措施,以改善和提高焊接热影响区综合性能。

X100管线钢焊接热影响区不同区域的显微组织与冲击韧性

采用Gleeble-3500型热模拟试验机在不同峰值温度下对X100管线钢进行单道焊热模拟试验,研究了X100管线钢热影响区粗晶区(峰值温度1 300℃)、细晶区(峰值温度950℃)、临界区(峰值温度850℃)和亚临界区(峰值温度650℃)的组织和冲击韧性。结果表明:粗晶区的奥氏体晶粒严重长大,晶界处存在块状马氏体-奥氏体(M-A)组元,与母材相比,其冲击吸收功下降了42.6%;细晶区的晶粒发生完全再结晶,晶粒尺寸均匀,晶粒中弥散分布着点状M-A组元,冲击吸收功损失不大;临界区的晶粒发生部分再结晶,晶粒大小不一,冲击吸收功下降了16.4%;亚临界区经历了一次短时高温回火,冲击韧性与母材相比变化不大。

铁素体不锈钢焊接热影响区的组织与冲击韧性研究

分别采用SMAW和MIG焊方法焊接SUS444铁素体不锈钢,对比了焊接HAZ的金相组织、冲击韧性,并对断口进行了SEM形貌和能谱分析。结果表明,虽然使用小直径焊条和小焊接参数,但SMAW焊接HAZ的晶粒仍发生明显长大,其5 mm厚冲击试样的室温冲击功在10 J以下。MIG焊接采用了高速自动焊接,热输入更小,焊接HAZ晶粒未发生明显长大,其5 mm厚冲击试样的室温冲击功达到40 J以上,0℃冲击功达到10 J以上。

Nb含量对X80管线钢环焊接头热影响区韧性的影响

采用热膨胀仪、光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等研究了不同Nb含量对X80管线钢环焊接头热影响区中不同位置的显微组织、大角度晶界分布及韧性的影响。结果表明:高Nb钢(0.055%Nb)中较多固溶的Nb降低了γ→α的转变温度,促进了粒状贝氏体形成。0.055%Nb钢中的临界粗晶热影响区(ICCGHAZ)及亚临界粗晶热影响区(SCGHAZ)韧性显著恶化。ICCGHAZ韧性降低的原因是原奥氏体晶界上形成尺寸较大的链状M/A组元所致,而SCGHAZ则是由于有效晶粒尺寸变大、显微组织中大角度晶界数量降低,以及贝氏体板条束边界上尺寸较大的M/A组元所致。较高的合金含量引起的亚稳奥氏体中碳含量升高是导致0.055%Nb试验钢韧性降低的主要原因。

冷却速率对高强钢焊接粗晶热影响区组织和性能的影响

利用热模拟机、金相显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射仪,以及维氏硬度测试与夏比V型冲击试验分析了冷却速率对高强钢粗晶热影响区组织和性能的影响。结果说明:当冷却速率处于0.5~4℃/s时,粗晶区组织主要为粒状贝氏体;当冷却速率处于6~20℃/s时,粗晶区组织主要为板条贝氏体;当冷却速率处于30~60℃/s时,粗晶区组织为马氏体,马氏体转变起始温度Ms的测定值为437℃。当冷却速率为1℃/s时,对应粗晶区的室温冲击功为4.9 J,大角度晶界的占比为28.6%,断裂类型为准解理断裂;当冷却速率为10、60℃/s时,对应粗晶区的室温冲击功分别为20.2、18.9 J,大角度晶界的占比分别为41.4%、31.4%,断裂类型均为韧性断裂。总之,粗晶区组织为粒状贝氏体时韧性最差,粗晶区组织为板条贝氏体时韧性最佳。

1400 MPa级超高强钢SH-CCT曲线及其热影响区组织和性能

采用Formastor-FⅡ全自动相变仪,结合光学显微镜(OM)和维氏硬度测试,研究不同冷却速率对1400 MPa级超高强钢焊接热影响区(HAZ)粗晶区组织转变和性能的影响规律,绘制焊接连续冷却转变曲线(SH-CCT),结合焊接工艺试验,采用公式法确定最佳焊接工艺参数.结果表明,1400 MPa级超高强钢马氏体临界转变冷却速率约为5℃/s,当冷却速率大于5℃/s时,热影响区粗晶区组织为单一板条马氏体,硬度值为487~509 HV5,冷却速率小于5℃/s时,粗晶区组织中出现中高温相变产物,即板条贝氏体、粒状贝氏体和铁素体等组织,硬度值下降为487~260 HV5,同时组织中还出现M-A组元,其含量随冷却速率降低先增加后减少,形态也由弥散颗粒状变为断续长条状或块状分布;厚度8 mm的1400 MPa级超高强钢焊接时,热输入控制在20 kJ/cm以内,粗晶区组织为板条马氏体,硬度维持在500 HV5左右,粗晶区不发生软化现象,满足工程使用要求.

基于焊接热模拟的高锰TWIP钢热影响区组织与性能

针对锻态高锰孪生诱导塑性钢利用Gleeble3500型热模拟试验机,通过设置不同峰值温度(850,950,1050,1150,1250℃)对焊接接头热影响区的各个区间进行了焊接热模拟,采用电子背散射衍射系统、扫描电子显微镜和X射线衍射仪等手段分析了锻态母材经过焊接热作用后组织和性能的变化.结果表明,热作用前后孪生诱导塑性钢组织均为等轴晶粒的全奥氏体组织,晶粒尺寸随峰值温度的上升先减小后增加,但都低于母材;热影响区的拉伸性能均优于母材,主要原因是发生了细晶强化;冲击韧性随峰值温度的变化与晶粒尺寸变化趋势一致,说明晶粒尺寸对采用的孪生诱导塑性钢冲击韧性有关,晶粒尺寸越细,冲击韧性越差.冲击断口的韧窝底部发现有AlN颗粒.

预热对27SiMn钢激光熔覆热影响区显微组织和力学性能的影响

采用激光熔覆技术在27SiMn钢表面制备了铁基熔覆层,考察了预热对27SiMn钢热影响区显微组织及力学性能的影响。结果表明,激光熔覆27SiMn钢热影响区出现大量马氏体组织;拉伸断裂断口由河流状解理面、撕裂棱及韧窝组成,表现为准解理断裂;预热处理有效减少了马氏体含量,且出现珠光体组织。预热温度100℃时,淬火层硬度下降25.4%、延伸率提升11.5%、抗拉强度下降14.3%。预热温度升高至300℃时,拉伸断裂方式转变为韧性断裂。适当的预热可有效减少27SiMn钢热影响区的马氏体组织,缓解淬冷导致27SiMn钢的韧性下降问题,提升激光熔覆27SiMn钢液压油缸的服役安全性。