超细晶粒钢及其焊接性

介绍了超细晶粒钢的特点,针对这些特点,讨论了超细晶粒钢的焊接性,其中包括HAZ性能、焊缝性能、HAZ和焊缝的裂纹倾向等。

400MPa级超细晶粒钢的焊接

对超细晶粒钢在焊接热循环作用下晶粒长大和组织、性能变化的规律进行了研究。 40 0MPa级钢由于不存在第II相粒子对晶粒长大的钉扎作用 ,晶粒长大趋势明显 ,焊接热输入越大 ,长大程度越严重。无论是焊接热模拟试件还是焊接接头硬度测试均表明HAZ不存在软化问题 ,接头拉伸试验断在远离热影响区的母材上。HAZ粗晶区有较多的侧板条铁素体 ,但缺口冲击功未显示热影响区的冲机韧性低于母材 。

两种规格超细晶粒钢的激光焊接

超细晶粒钢依靠生成微米级或亚微米级的铁素体 ,使钢的强度和韧性大大提高。本文分析了超细晶粒钢的焊接性及激光焊接的特点 ,进行了超细晶粒钢的激光焊接试验 ,并与等离子弧焊接、MAG焊接进行了比较。超细晶粒钢激光焊接接头粗晶区有较好的韧性。采用较小的激光功率并配合较慢的焊接速度 ,可减小粗晶区硬化倾向。终轧温度较高的SS40 0钢激光焊接接头强度高于母材。深度轧制钢激光焊接接头出现再结晶软化区 ,当软化区宽度较窄时 ,不影响整体接头强度。SS40

超细晶粒钢HAZ晶粒长大的规律

研究了低碳钢、普通市售Ｘ６５钢和高洁净度Ｘ６５钢三种超细晶粒钢焊接ＨＡＺ的晶粒长大倾向。试验结果表明，这些超细晶粒钢都具有严重的晶粒长大倾向；低碳超细晶粒钢比Ｘ６５＄细晶粒钢有更为严重的晶粒长大，这是因为前者不含有能阻碍晶粒长大的稳定碳、氮化物形成元素Ｎｂ和Ｔｉ，而后者中含有这些元素；高洁净度Ｘ６５超细晶粒钢的ＨＡＺ晶粒长大倾向小于普通市售Ｘ６５超细晶粒钢。这是因为钢中杂质元素含量越多，α→γ转变温度越低，即Ａｃ３点越低，在同样的焊接热循环条件下，普通市售Ｘ６５超细晶粒钢中的γ晶粒在高温停留时间就越长，晶粒长大的程度也就越大。

400MPa级超细晶粒钢板焊接热影响区的组织和力学性能

超细晶粒钢的强度和韧性比普通晶粒钢有大幅度的提高,其焊接性是该钢能否获得广泛应用的关键。通过采用实际焊接和焊接热模拟方法,研究了焊接热输入对超细晶粒钢组织和力学性能的影响。研究结果表明,超细晶粒钢的奥氏体晶粒长大倾向与普通晶粒钢相近,在热影响区和母材之间存在一再结晶软化区,板厚小于3mm时,粗晶热影响区的裂纹扩展吸收能大于母材,板厚大于5mm时,粗晶热影响区韧性比母材有较大幅度降低。对影响粗晶热影响区韧性的机理进行了探讨。

超声捶击提高超细晶粒钢焊接接头的疲劳性能

焊接接头疲劳强度是其最重要的服役性能,由于焊接残余应力的作用和焊接接头处的几何不连续性,焊接接头的疲劳强度一般大大低于母材.采用超声捶击方法提高超细晶粒钢焊接接头的疲劳强度,通过对对接接头焊趾处进行超声波冲击处理,对比超声波冲击处理前后焊接接头的疲劳强度.实验结果表明:超声捶击使得S-N曲线右移,FAT(循环寿命为106时的疲劳强度)提高幅度达到66%,在应力范围为200MPa时的疲劳寿命提高58倍.研究表明,经超声捶击处理,焊趾处的应力集中系数相应减小,焊接残余应力由拉应力转换为压应力,这是超声捶击提高焊接接头疲劳强度的主要机制.

焊后多次正火对超细晶粒钢热影响区组织与硬度的影响

为研究400 MPa级超细晶粒钢焊接接头热影响区粗晶区的晶粒细化行为,对其空冷与水冷接头均进行了3次焊后正火热处理.组织观察表明:第1次正火后粗晶区晶粒明显细化,但细晶区和母材区的晶粒均比正火前的稍微粗大,第2次与第3次正火并不能进一步细化晶粒;冷却条件对热影响区组织的影响并不十分显著.显微硬度测试表明:第1次正火使接头硬度大幅度降低,甚至低于母材的原始硬度,后续正火对硬度的影响较小;在所有试样中,仅水冷接头第1次正火后的热影响区硬度与原始母材及母材区的硬度接近.由于焊后多次正火并不能使热影响区晶粒进一步细化,反而使其有粗化与软化的趋势,故应避免焊后多次正火处理.

超细晶粒钢的显微组织

分析了以普碳钢成分生产的超细晶粒钢的显微组织。结果表明:工业生产的超细晶粒钢的显微组织由铁素体和珠光体组成,铁素体的晶粒尺寸为4～5μm,组织中珠光体所占体积分数较低。珠光体中渗碳体以短棒状或颗粒状存在,细小的铁素体晶粒使晶粒内的位错塞积密度减少,有利于提高钢的强度和韧性。

面向高性能结构材料的超细晶粒钢研究现状及发展方向

实现传统钢铁材料性能的全面升级符合社会可持续发展战略,组织超细化是同时提高钢铁材料强度和韧性的最佳强化机制。大量研究成果表明,通过不同的晶粒细化工艺可使钢铁材料组织细化到微米级、亚微米级和纳米级,使得传统钢铁材料的综合力学性能得到大幅度提高。但目前困扰超细晶粒钢的焊接技术尚未得到彻底解决。现阶段易于工业化晶粒超细化处理工艺所制备的超细晶粒钢,其焊接问题主要表现为焊接热影响区(HAZ)存在不同程度的脆化和局部软化现象,严重影响了焊接接头与母材性能的匹配。基于氧化物夹杂诱导形核的晶内针状铁素体组织强度高、韧性好,具有很强的自身细化能力,通过氧化物冶金技术获得具有大量有益微夹杂物的超细晶粒钢有望解决其焊接性问题。深入研究钢材基体中超细夹杂物形成与作用机理和焊接HAZ晶内针状铁素体的形成规律及影响因素,制备焊接性能良好的超细晶粒钢是新一代超级钢材料研究的重要发展方向。

超细晶粒钢筋焊接接头的疲劳强度

超细晶粒钢是一种细晶强化的新一代钢铁材料,焊接加工对焊接接头疲劳性能的影响是人们关注的问题。参照建设部《钢筋焊接接头试验方法标准》的规定,对超细晶粒钢建筑钢筋闪光对焊、电渣对焊接头的疲劳寿命进行了测试。测试结果表明:高载荷下,闪光对焊接头的疲劳寿命明显优于电渣对焊接头,随着载荷的降低,2种接头的差距变小。在200万次循环下,两者的疲劳强度基本相当。

微米级超细晶粒钢细化技术的研究进展

新一代钢铁材料的主要特征表现为高洁净度、超细晶粒和高均匀化,金属材料组织的晶粒细化处理是能够同时提高材料强度和韧性的最佳强化机制。综述了微米级超细晶粒钢细化技术的主要研究成果,简述了晶粒超细化方法的具体工艺、适用条件及应用情况等,并从工业应用角度分析了现有微米级超细晶粒钢制备技术的主要问题和研究方向。

超细晶粒钢低热输入CO2气体保护焊接头行为分析

研究了400MPa级超细晶粒钢基于表面张力过渡、CO2气体保护焊、特殊窄间隙坡口、不同热输入条件下的焊接接头的成形与力学行为。结果表明,热输入在3～4kJ/cm范围时可获得熔合良好、单面焊双面成形、热影响区极窄(1mm左右)的焊接接头。该接头的硬度、抗拉强度高于母材,未见热影响区脆化与软化现象;弯曲塑性合格;焊接热影响区平均冲击韧性高于母材约60%。焊接热影响区冲击韧性高于母材的原因与粒状珠光体组织生成、多相非平衡组织共存和更高的屈服应力有关。

喷水冷却对400MPa级超细晶粒钢焊接接头组织和性能的影响

采用手工电弧焊焊接400MPa级超细晶粒钢,并对不同冷却条件下的焊接接头显微组织及力学性能进行分析。结果表明,400MPa级超细晶粒钢手工焊焊接接头热影响区存在着严重的晶粒长大和强度下降现象;焊接过程中采用喷水冷却可明显提高焊接接头强度,实际生产中可以应用手工电弧焊水冷处理方法焊接400MPa级超细晶粒钢。

超细晶粒钢热模拟试验组织预测研究

对超细晶粒钢热模拟试验工艺参数:化学成分、变形温度、变形量以及变形道次等与超细晶铁素体晶粒尺寸及质量分数之间建立了映射关系。在此基础上建立了相应的超细晶粒钢组织预测模型。应用遗传算法对该神经网络模型的权值进行优化,从而克服了神经网络训练速度慢、容易陷入局域极小和全局搜索能力弱等缺点,提高了神经网络的预测精度。通过实例验证表明,超细晶铁素体晶粒尺寸的预测精度达90%以上,超细晶铁素体晶粒质量分数预测精度达91%以上。

超细晶粒钢筋热轧生产工艺研究

通过细化晶粒，既能提高钢材的强度，又能改善塑性与韧性，从而达到改善钢材质量，降低生产成本的目的。安钢根据其高速线材轧机工艺设备现状，以20MnSi钢为研究对象，通过调整化学成分，并采用控制轧制和控制冷却工艺，成功地开发生产了铁素体晶粒尺寸在4～6μm的400MPa级超细晶粒钢筋。

焊接热循环对X52超细晶粒钢组织与性能的影响

研究了 X5 2超细晶粒钢热影响区的组织和性能 ,发现焊接热循环曲线对其有重要影响。综合考虑 HAZ的组织、性能和接头的质量 ,最佳的 t8/ 5 应控制在 5～ 10 s之间。

400MPa超细晶粒钢直流电阻闪光对焊接头组织的数值模拟

对超细晶粒钢直流闪光对焊过程进行了有限元分析。根据计算的焊接温度场和基于EDB模型的Monte Carlo(MC)模拟时间与实际焊接时间的关系,建立了直流闪光对焊过程显微组织的演化模型,对超细晶粒钢筋焊接接头的奥氏体晶粒长大进行了模拟研究,同时考虑了温度梯度对热影响区晶粒长大的热钉轧作用。结果表明,MC模拟技术能预测闪光对焊接头的晶粒大小、尺寸分布,为合理地制定焊接规范、提高接头质量提供有效的分析手段。

日本关于超细晶粒钢制备与焊接新工艺的研究进展

介绍了日本3家公司的3种不同超细晶粒钢制备工艺,以及两项于2002年获得日本溶接学会奖励的超细晶粒钢焊接新技术。

400MPa级超细晶粒钢电弧焊焊接接头组织与性能

采用普通电弧焊方法(手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊、埋弧焊)对400MPa级超细晶粒钢进行焊接,并对不同工艺条件下的焊接接头的组织与性能进行了分析。结果表明,400MPa级超细晶粒钢电弧焊焊接接头热影响区存在着明显的晶粒长大现象;手工电弧焊和埋弧焊焊接接头性能明显下降,而二氧化碳气体保护焊焊接接头性能下降不明显。根据试验结果,实际生产中可以利用二氧化碳气体保护焊方法焊接400MPa级超细晶粒钢。

我国微米级超细晶粒钢焊接技术的研究现状

介绍了微米级超细晶粒钢的主要特点及其焊接性试验研究。微米级超细晶粒钢的焊接问题主要表现为焊接热影响区(HAZ)的脆化和局部软化,严重影响了焊接接头与母材性能的匹配。采用低热输入的焊接方法,可以适当减小焊接HAZ宽度,并避免焊接热影响粗晶区的晶粒过度长大;焊接热循环参数对其焊接接头的性能具有重要影响。向焊缝中添加稳定的第二相粒子,可促进针状铁素体组织的形成,有利于改善焊接接头的组织及性能,提高焊缝的强度和韧性。