核电站钢安全壳SA738Gr.B钢SH-CCT曲线的测定及分析

基于焊接热模拟技术,采用膨胀法利用Gleeble-3500热模拟机对核电站钢安全壳SA738Gr.B钢的焊接热影响区连续冷却转变(SH-CCT)曲线进行了测绘,并结合其金相组织及维氏硬度等进行了分析研究。本研究为SA738Gr.B钢焊接工艺的正确制定提供了依据。

高精度SH-CCT曲线绘制方法探索

钢铁材料SH-CCT曲线是焊接工艺制定的重要依据。如何根据膨胀曲线获得准确的相转变点和相转变量,是精确绘制SH-CCT曲线的基础。根据测得的实际膨胀曲线,针对其相转变拐点不明显,以及转变量较少,无法直接确定的情况,提出了采用膨胀曲线、杠杆法和金相法相结合进行相转变点测定;针对转变量和转变组织不明显,采用组织观测和显微硬度相结合来测定组织分布。经过对几个钢种的实际应用,取得了良好的效果,实现了SH-CCT曲线的高精度绘制。

1300 MPa级低合金高强钢SH-CCT曲线及冷裂敏感性分析

采用Formastor-FⅡ全自动相变仪测定了1300 MPa级低合金高强钢的奥氏体化相变温度,结合光学显微镜与维氏硬度计等设备研究了800~500℃冷却时间(t_(8/5))对1300 MPa级低合金高强钢粗晶热影响区组织和硬度变化的影响规律.结果表明,当t_(8/5)为3~60 s时,1300 MPa级低合金高强钢粗晶热影响区组织均由板条马氏体组成,硬度值为438~454 HV5;随着冷却时间延长,粗晶区出现贝氏体类组织,当t_(8/5)为150 s时,粗晶区为板条马氏体/贝氏体混合组织,硬度平均值为413 HV5;当t_(8/5)为300~600 s时,粗晶区为板条贝氏体和粒状贝氏体混合组织,硬度值为341~381 HV5;当t>600 s时,粗晶区组织主要为粒状贝氏体,硬度值为269~322 HV5.冷裂敏感性评价结果表明,该试验钢碳当量C_(E)(ⅡW)和C_(EN)均大于0.5%,具有一定的冷裂倾向,需焊前预热,焊后热处理或保温缓冷等措施,避免焊接冷裂纹的形成.

重稀土对E36钢SH-CCT曲线的影响

利用Gleeble3800热模拟试验机研究了重稀土对E36钢焊接CCT的影响,采用光学显微镜和维氏硬度计对不同冷却速度下试样的显微组织和硬度进行分析,试验结果表明：重稀土的添加提高了E36钢的Ac1,Ac3相变温度,试验冷却速度范围内,E36钢的组织以贝氏体为主,冷却速度为3℃/s时,组织开始转变为以粒状贝氏体为主;而添加了重稀土的E36Re钢在冷却速度为0.3～1℃/s时,组织以多边形铁素体为主,冷却速度逐渐加大时（3～60℃/s）,多边形铁素体逐渐向侧板条状铁素体及薄片状组织进行转变.

海洋工程用钢E690的SH-CCT测定及组织转变研究

利用Gleeble-3800热模拟机、显微镜和硬度计对E690钢的SH-CCT曲线、不同冷却速度下的显微组织和硬度进行了研究,试验结果表明：SH-CCT曲线分为3个区域,粒状贝氏体转变区域,板条贝氏体＋粒状贝氏体转变区域和板条贝氏体＋马氏体转变区域,t（8/5）在2 000~1 000 s生成粒状贝氏体组织,t（8/5）在1 000~30 s生成粒状贝氏体＋板条贝氏体组织,t（8/5）在30~5 s生成板条贝氏体＋马氏体组织。

12Cr2Mo1VR钢SH-CCT曲线测定及分析

文中叙述了在Gleeble-3180热模拟试验机上采用热膨胀法进行12Cr2Mo1VR钢的热模拟试验,获得不同冷却速率下的相变点、显微组织和维氏硬度,并对其进行分析,绘制出12Cr2Mo1VR钢的模拟焊接热影响区奥氏体连续冷却转变图。结果表明:冷却速率小于0.25℃/s时,组织转变为铁素体和珠光体;冷却速率为0.25℃/s及以上时,贝氏体转变开始,硬度逐渐升高。

1100、1400 MPa级低合金高强钢SH-CCT曲线及冷裂敏感性

采用Formastor-FⅡ全自动相变仪、光学显微镜(OM)与维氏硬度计等设备,对比研究了800~500℃冷却时间(t_(8/5))对1 100、1 400 MPa级试验钢粗晶热影响区组织转变和性能变化的影响规律。结果表明:当LG1100QT钢t_(8/5)<30 s、LG1400QT钢t_(8/5)<60 s时,试验钢热影响区均为细小的板条马氏体组织;随着t_(8/5)(150→300→2 000 s)延长,热影响区组织由板条马氏体→板条马氏体/贝氏体+粒状贝氏体→粒状贝氏体+铁素体+珠光体构成演化,且晶粒尺寸逐渐增大,组织粗化。在相同冷速下,LG1100QT钢组织转变均比LG1400QT钢提前,即LG1100QT钢热影响区中先开始出现贝氏体、珠光体等组织转变,这与钢中合金元素的含量有关;LG1100QT钢、LG1400QT钢热影响区硬度随t_(8/5)的延长呈下降趋势,这是由于组织构成由板条马氏体向贝氏体类及铁素体/珠光体组织演化所致。当LG1100QT钢t_(8/5)时间超过75 s时、LG1400QT钢t_(8/5)时间超过30 s时,其热影响区硬度已低于试验钢母材硬度,即热影响区出现软化现象。由冷裂敏感性评价结果可知:LG1100QT钢碳当量为0.52%、冷裂纹敏感系数为0.27%;LG1400QT钢碳当量为0.66%、冷裂纹敏感系数为0.37%,表明试验钢具有较大的淬硬倾向及冷裂纹敏感性,为获得与母材相当性能的接头,焊接时LG1100QT钢和LG1400QT钢t_(8/5)时间分别控制在75和30 s以内,并采取焊前预热和焊后热处理等工艺措施,避免产生焊接冷裂纹等缺陷。

水电用Q690CFD低合金高强钢SH⁃CCT曲线测定与分析

使用Gleeble⁃3800热模拟试验机建立了水电用Q690CFD高强钢的SH⁃CCT曲线,研究了冷却速度对试验钢粗晶区显微组织与硬度的影响。结果表明,在所测试冷却速度下,试验钢热影响区出现了马氏体、马氏体+贝氏体与贝氏体3种转变形式。其中当冷却速度为40℃/s时,试验钢热影响区硬度达到最大,为344 HV10,组织为板条马氏体与贝氏体铁素体的混合组织。随着冷却速度的降低,热影响区组织中开始出现粒状贝氏体,基体硬度呈现逐渐减小的趋势,同时贝氏体内部的M⁃A组元也由颗粒状与短棒状转变为片状。当冷却速度低于5℃/s时,热影响区组织全部为粒状贝氏体,且基体硬度出现了低于母材的现象。

Zr-Ti复合微合金化高强高韧结构钢的焊接性

通过热模拟试验建立了F550钢板的焊接热影响区连续冷却转变曲线,研究了焊接热影响区组织转变与性能变化规律.结果表明,钢板经过Zr-Ti复合脱氧处理后,在钢中形成了许多可以在焊接过程中钉扎焊接粗晶区奥氏体晶界的细小弥散Zr-Ti复合氧化物粒子,同时采用低碳设计,并进行镍、铬、铜、钼的适量合金化,所以在较大焊接热输入范围内(25～100 kJ/cm)可以获得优良强韧性的贝氏体组织,M-A组元细小呈弥散分布.50 kJ/cm的实际埋弧焊接粗晶区V形冲击韧性结果表明,该钢焊接粗晶区在-60℃下具有良好的低温冲击韧性.

铌微合金化对低合金高强钢模拟焊接热影响区粒状贝氏体相变及SH-CCT曲线的影响

设计了4种铌含量的低合金高强钢,采用Gleeble-3500热模拟机,研究铌微合金化对模拟焊接热影响区粒状贝氏体相变的影响,并通过SH-CCT(Simulated heat-affected zone continuous cooling transformation)进行表征。结果表明,添加铌元素后,连续冷却相变温度降低,中等焊接热输入的连续冷却相变温度区间约在700~500℃之间,发生的是贝氏体相变。随着铌含量的增加,粒状贝氏体相变的t_(8/5)(表征焊接热输入的参量)范围逐渐增大,当铌含量达到0.180wt%时,发生粒状贝氏体转变的t_(8/5)扩大到3~150 s之间,即铌含量的增加促进了连续冷却粒状贝氏体转变、且扩大了t_(8/5)的范围。显微硬度随着试验钢中铌含量的增加而增加,即铌含量越高,在相同的t_(8/5)时间下,显微硬度也越高。铌含量为0.085wt%时,在较大的热输入范围内(t_(8/5)=15~80 s),显微硬度变化最小。显微硬度变化范围为183~192 HV。SH-CCT曲线为铌微合金化钢基于焊接性设计提供了理论依据。

-50℃用低合金细晶钢焊接热影响区组织与性能研究

利用Gleeble3800热模拟机测定不同t_(8/5)下-50℃用低合金细晶钢的膨胀-温度曲线。采用光学显微镜和显微硬度仪对热模拟试样进行显微组织观察及硬度测试,通过分析-50℃用低合金细晶钢连续冷却转变(CCT)特性,得出-50℃用低合金细晶钢热影响区(HAZ)的SH-CCT曲线。结果表明,-50℃用低合金细晶钢的SH-CCT曲线分为3个相变区:马氏体相变区、贝氏体相变区、铁素体+珠光体相变区。当t_(8/5)较小时,冷却过程中过冷奥氏体转变为贝氏体和马氏体组织;随着t_(8/5)时间的延长,贝氏体组织形态从针状向条片状转变,贝氏体所占比例逐渐增加,甚至出现粒状贝氏体组织;当t_(8/5)≥100 s时会出现块状多边形铁素体和黑色团状的珠光体组织。随t_(8/5)的增加,热模拟HAZ试样的硬度减小,而冲击吸收能先增大后减小。

SS400钢SH-CCT曲线测定及组织性能分析

为了研究SS400低合金高强钢焊接热影响区组织及硬度变化规律,利用膨胀仪模拟并测定了SS400钢热影响区组织临界相转变温度并绘制出SH-CCT曲线,并对其显微组织及硬度进行了分析。结果表明,当冷速在0.1-20℃/s时,主要发生铁素体＋珠光体转变,随着冷速增加,珠光体含量增多,且铁素体晶粒减小,硬度增大;当冷速在30-80℃/s时,发生贝氏体转变;当冷速大于100℃/s时,形成大量马氏体。SS400钢碳当量为0.257%,冷裂敏感系数为0.203%,说明其淬硬倾向较小,焊接热影响区不易产生冷裂纹。

TC4-DT钛合金SH-CCT曲线的测定

通过金相法进行了TC4-DT钛合金相变点温度Tβ测定,并利用热膨胀法进行了验证。对不同冷却速度下TC4-DT钛合金的热膨胀量曲线进行测绘,结合显微组织分析和硬度测试,绘制了TC4-DT钛合金的SH-CCT曲线。结果表明,TC4-DT钛合金的相变温度为(945±5)℃。当冷速小于10℃/s时,由β相转变的α相呈不同取向的集束状,同时,晶内出现网篮状α相;当冷速大于10℃/s后,组织为马氏体α’相+块状αm相;当冷速超过100℃/s后,组织为马氏体α’相。TC4-DT钛合金发生马氏体转变的开始温度为836℃,终了温度为760℃。

Q345FRE耐火钢SH-CCT曲线测定与分析

利用Gleeble-3500试验机对Q345FRE耐火钢进行了焊接热模拟,结合膨胀法、杠杆法、金相分析与硬度测试,测得了Q345FRE耐火钢焊接热影响区在不同t_(8/5)条件下的相变温度,并绘制了焊接热影响区连续冷却转变曲线(SH-CCT),研究了其焊接热影响区在不同t_(8/5)条件下的组织变化规律。结果表明,当t_(8/5)为3~80 s时,Q345FRE耐火钢热影响区组织为贝氏体;当t_(8/5)为80~300 s时,其组织为贝氏体、铁素体和珠光体;当t_(8/5)为300~600 s时,其组织为铁素体和珠光体。随着t_(8/5)的增大,其焊接热影响区的组织硬度减小。为保持组织稳定性,Q345FRE耐火钢焊接线能量的适当选取范围为15~150 kJ/cm。

应力作用下X100管线钢SH-CCT曲线

利用Gleeble-3500热-力学模拟试验机测定应力作用下X100管线钢热影响区的相转变温度,并结合金相显微组织观察及显微硬度分析,绘制出X100管线钢的SH-CCT曲线。结果表明:随着冷却速率的增加,相变产物由铁素体逐步转变为贝氏体和马氏体,硬度呈上升趋势。与应力作用时相比,应力作用下各相的开始相变点均有所提高;应力作用使相变所得的显微组织比未施加应力时的更细小,硬度也更高。

OD1422 mm的X80级管线钢SH-CCT曲线测定与分析

采用Gleeble3500热-力学模拟试验机,对外径为1422 mm的X80管线钢焊接热影响区(HAZ)在不同冷却速度下的热循环过程进行了模拟,利用热膨胀法绘制模拟焊接热影响区连续冷却组织转变曲线(SH-CCT);结合光学显微组织和硬度测试等分析手段,研究了1422 mm的X80管线钢在不同冷却速度条件下焊接热影响区的组织变化规律。结果表明,冷却速度对X80管线钢的相变行为和微观结构具有显著影响。当冷却速度为1℃/s时,组织转变为贝氏体;当冷却速度达到7℃/s时,开始产生马氏体组织;当冷却速度为20℃/s时,组织内较高位错密度的板条贝氏体较多,组织晶粒较小。当冷却速度在7~20℃/s之间时,X80管线钢热影响区的显微硬度和冲击性能都大于母材。

Q890钢焊接热模拟研究

利用热模拟技术测定了Q890钢热影响区连续冷却转变曲线,通过计算该钢的碳当量和HAZ的最大硬度值,预测了该钢的冷裂纹敏感性。结果表明,该钢易于淬硬,具有一定的冷裂纹敏感性。

X65级管线钢板焊接性能研究

利用Gleeble 3500热模拟试验机及相变仪,建立了X65级管线钢板的焊缝热影响区连续冷却转变曲线——SH-CCT曲线,用于研究其焊接性能。按照建立的SH-CCT曲线合理选择焊接工艺,进行厚度为10mm的X65级管线钢板CO2气体保护焊接,对焊接接头进行了硬度、拉伸及冲击等试验。借助金相显微镜,观察分析了不同冷却速度下的显微组织和焊接接头不同部位的显微组织。结果表明,根据建立SH-CCT曲线所选择的CO2气体保护焊接工艺是合理的,焊接接头具有良好的显微组织和综合性能。

1000MPa级高强度结构钢板焊接热影响区组织和性能演变规律研究

针对屈服强度1000 MPa级工程机械用高强度结构钢板的焊接热影响区组织和性能展开研究,同时分析模拟焊接环境热影响区在不同冷速下获得的组织和硬度,绘制出实验钢热影响区连续冷却转变曲线(SH-CCT)。结果表明,实验钢母材组织为细小回火索氏体,并含有较多的5~10 nm微小析出物;随着焊接热输入量的增加,焊后冷却速度由慢变快,实验钢热影响区粗晶区发生B、M+B和M等3种不同类型的组织转变;实验钢热影响区最高硬度值达到HV454。为减小淬硬倾向和冷裂纹敏感性,以小热输入量进行极限条件焊接时,应采用焊前预热或焊后缓冷等特殊措施,避免淬硬组织和冷裂纹的产生。

低合金高碳钢焊接热影响区的连续冷却转变曲线

用Formastor-D型全自动相变测量仪,结合显微组织观察和硬度测量,测定了A、B两种低合金高碳钢焊接热影响区的连续冷却转变(SH-CCT)曲线;分析了合金元素镍对试验钢SH-CCT曲线的影响。结果表明:为保证热影响区为珠光体组织,A、B试验钢在焊后热处理时,t8/5应分别大于300 s和200 s;B试验钢的珠光体转变区与贝氏体转变区发生分离;镍可推迟奥氏体向珠光体和贝氏体转变,也可降低Ac3和Ms相变点温度。