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.

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。

一次峰值温度对激光电弧复合焊热模拟临界再热粗晶区组织与韧性的影响

临界再热粗晶区(Intercritically reheated coarse grained heat affect zone, ICCGHAZ)是低合金高强钢焊接热影响区的局部脆化区,为研究一次峰值温度对低合金高强钢激光电弧复合焊ICCGHAZ微观组织和韧性的影响,本工作利用焊接热模拟技术制备了不同一次峰值温度的ICCGHAZ试样,并对其组织和韧性进行了表征与分析。结果表明:不同一次峰值温度下,热模拟ICCGHAZ的基体组织均为板条马氏体,块状马奥(Martensite-austenite, M-A)组元分布在原奥氏体晶界并在局部聚集成链状。随着一次峰值温度的升高,热模拟ICCGHAZ试样平均晶粒尺寸不断增加,M-A组元体积分数也不断增加,但M-A组元平均晶粒尺寸变化不大。热模拟ICCGHAZ试样裂纹扩展功随一次峰值温度的升高而不断下降,裂纹形成功变化不大。

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。

屈服强度1400 MPa级低合金超高强钢的SH-CCT曲线及其粗晶热影响区组织

采用热模拟和显微金相、显微硬度检测等技术研究了1 400 MPa级低合金超高强钢的奥氏体化相变温度、冷却时间t_(8/5)对其焊接热影响区粗晶区组织和性能的影响。结果表明,试验钢奥氏体化开始温度A_(c1)为710℃,奥氏体化结束温度A_(c3)为820℃;随着t_(8/5)的增大,热影响区粗晶区的组织由全部为板条马氏体转变为粒状贝氏体+板条马氏体的混合组织,再转变为全部粒状贝氏体组织,最终转变为贝氏体+珠光体+铁素体组织;随着t_(8/5)的增大,显微硬度从500 HV5逐渐降至250 HV5,而试验钢母材硬度值范围为502~523 HV5,因此在t_(8/5)较大时,即在较大的焊接热输入条件下,1 400 MPa级低合金超高强钢软化现象严重,焊接过程应严格控制焊接热输入。

热输入对2.25Cr1MoV钢粗晶热影响区再热裂纹敏感性的影响

再热开裂曾多次在2.25Cr1MoV钢反应器的焊接粗晶热影响区（Coarse-grained heat affected zone,CGHAZ）部位发生,却很少在＂斜Y型坡口再热裂纹试验＂中出现。考虑两者之间的热输入差异,通过Gleeble热模拟试验研究热输入对2.25Cr1MoV钢CGHAZ再热裂纹敏感性的影响,并结合显微组织观察、硬度测定及断口分析,讨论热输入、组织和性能之间的关系。结果表明,在5~100 kJ/cm的热输入范围内,CGHAZ的再热裂纹敏感性随热输入的升高而增大,当热输入为35 k J/cm时,CGHAZ在675℃对再热开裂＂高度敏感＂,限制热输入在25 kJ/cm以内,将有效降低其再热裂纹敏感性。综合分析发现,模拟CGHAZ的高温塑性与其在高温拉伸试验后硬度的变化规律之间存在良好的对应关系。当软化现象发生时,拉伸试样的断裂模式为穿晶与沿晶的混合型断裂,具有较高的断面收缩率（Reduction of area,Ro A）,当二次硬化现象发生时,其断裂模式为均一的微孔聚集型沿晶断裂,RoA显著降低。试验结果从二次硬化的角度反映了高热输入条件下CGHAZ的再热脆化机理。

焊后热处理改善WB36钢临界再热粗晶区韧性分析

针对WB36钢(15NiCuMoNb5)临界再热粗晶区(IRCGHAZ)存在的脆化现象,研究了焊后热处理对模拟临界再热粗晶区(IRCGHAZ)组织性能的影响,探讨其改善韧性作用。结果表明,590℃×2h的焊后热处理对IRCGHAZ的硬度影响不大,但明显改善韧性,室温冲击韧性上升了85%,断口形貌由准解理+韧窝的混合断口转变为韧窝断口。IRCGHAZ韧性的改善与焊后热处理使晶内方向性排列的M-A组元大部分分解有关,基体组织改善的贡献很小。

WB36钢临界再热粗晶区组织性能

用热模拟方法研究了WB36钢(15NiCuMoNb5)临界再热粗晶区(IRCGHAZ)组织特征及性能,分析组织转变过程及M-A组元形成原因,揭示了IRCGHAZ脆化机理。结果表明,IRCGHAZ保持粗大的板条状马氏体组织特征,形成了密集的M-A组元,其中条状M-A组元分布于马氏体板条间,而在原始奥氏体晶界形成链状M-A组元。与一次粗晶区(CGHAZ)、二次粗晶区及过临界再热粗晶区(SCCGHAZ)相比,IRCGHAZ的韧性最低,它将导致接头的局部脆化现象。IRCGHAZ脆化的主要原因是存在于晶内的条状M-A组元,而不是分布于晶界的粒状M-A组元,这是由于条状M-A组元比颗粒状M-A组元更容易引起解理断裂。

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。

10Ni8CrMoV钢临界再热粗晶区的组织与韧性

采用焊接热模拟试验及金相、透射电镜分析、能谱分析研究了10Ni8CrMoV钢一次热循环的粗晶区在经峰值温度为900℃的二次热循环后的组织与韧性特征。结果表明:由于马氏体板条间的稳定的奥氏体薄膜的存在,该钢一次热循环粗晶区在经峰值温度为900℃二次热循环作用后仍具有良好的低温冲击韧度,临界再热粗晶区未出现局部脆化现象。因发生组织遗传,其低温冲击韧度相对于一次热循环粗晶区稍有降低。

焊接二次热循环对T23钢粗晶区再热裂纹敏感性的影响

利用Gleeble-3500热力模拟试验机制备T23钢焊接接头中粗晶热影响区和不同二次热循环的再热粗晶热影响区,并进行STF(Strain-to-fracture)试验。结果表明,粗晶区经历1 350℃或780℃二次热循环后,仍保持粗晶热影响区的粗大晶粒、笔直的晶界形貌以及高再热裂纹敏感性,断面收缩率低于5%。粗晶区经历了880℃、950℃或1 100℃二次热循环后,晶粒尺寸变小,晶界变曲折,断面收缩率分别为24.67%、16.6%和7.24%,再热裂纹敏感性降低。因此,合理调控二次热循环的峰值温度在A_(c1)~A_(c3)之间可以有效降低再热裂纹敏感性。

粒状贝氏体对超低碳含铜时效钢粗晶热影响区冲击韧性的影响

研究了粒状贝氏体对超低碳含铜时效钢粗晶热影响区(CGHAZ)冲击韧性的影响。结果表明,粒状贝氏体中M A岛的含量和尺寸对超低碳含铜时效钢CGHAZ的冲击韧性有显著影响。当 M- A岛的数量少、尺寸小(其体积分数小于3%,尺寸小于1μm)时,粒状贝氏体对CGHAZ的冲击韧性影响不大;当 M -A岛的数量多、尺寸大(其体积分数大于3%,尺寸大于1μm)时,CGHAZ的冲击韧性显著下降。通过降低钢中的碳及碳化物形成元素的含量可减少CGHAZ中粒状贝氏体的数量,从而提高钢的CGHAZ的冲击韧性。

M-A组元对石油储罐用钢粗晶热影响区韧性的影响

利用Gleeble-3800热模拟试验机模拟粗晶热影响区(CGHAZ)焊接热循环,研究了大热输入条件下不同石油储罐用钢的粗晶区组织、韧性及其变化规律.结果表明,各钢粗晶区组织均以贝氏体为主,但由于铁素体、粒状贝氏体等组织的比例差异,韧性差别较大.同时,随着M-A组元面积分数的增加,韧性也呈下降趋势,两者均为先降之后维持较低值.另外,M-A组元的形态等也对韧性有影响,块状M-A组元对韧性的损害大于条状M-A组元.考虑多种合金元素共同作用对M-A组元形成的综合影响,利用多元线性回归的方法对M-A组元面积分数做出了预测,对粗晶区韧性评判有一定实际意义.

焊接热输入对Q1100粗晶热影响区组织和韧性的影响

通过焊接热模拟试验,模拟不同热输入下Q1100粗晶区的热循环过程。采用示波载荷冲击试验机检测焊接热模拟试样的冲击韧性,结合OM、SEM观察试样的显微组织和断口形貌;采用TEM观察和Lepera腐蚀,研究不同冷速下M-A组元数量、形貌和分布情况,分析不同热输入对粗晶区显微组织特征与冲击韧性的影响规律。研究结果表明,随焊接热输入的增大,粗晶区的组织由板条马氏体转变为板条马氏体+板条贝氏体的混合组织,最终转变为粗大的粒状贝氏体,原始奥氏体晶粒尺寸逐渐增大;-20℃下的冲击韧性呈现先增大后减小的趋势,焊接热输入为14.95 k J/cm时,相互交割的马贝混合组织使Q1100的粗晶区具有最优的韧性。M-A组元的形成和原奥晶粒尺寸的增大是大热输入下造成韧性下降的主要原因。

热循环对9Ni钢接头粗晶热影响区显微组织和低温韧性的影响

采用Gleeble-3500型热模拟试验机在t8/5(800℃到500℃冷却时间)分别为6,10,30,60,100s下制备了9Ni钢接头粗晶热影响区(CGHAZ)试样,并对试样进行了低温冲击试验,研究了t8/5对CGHAZ显微组织和低温韧性的影响。结果表明:CGHAZ的显微组织主要由板条马氏体组成,当t8/5为30s时,显微组织中出现粒状贝氏体,且其数量随t8/5的延长而增多;随着t8/5的延长,CGHAZ中马氏体板条束尺寸先略有增大后减小,韧脆转变温度先升高后降低;不同t8/5下CGHAZ在-100,-125℃的冲击功都高于200J,随着冲击温度的下降,冲击断口均由韧窝形貌向准解理形貌转变。

12Cr1MoVG钢焊接接头粗晶区的再热脆化行为

采用热模拟技术研究了12Cr1MoV钢焊接接头热影响区粗晶区中的再热脆化行为。结果表明:再热温度对热影响区粗晶区的组织和性能有显著影响,随再热温度的升高,组织中的马氏体、贝氏体分解,铁素体条合并,碳化物析出量增多并聚集长大,冲击吸收能先降低后升高,硬度变化则相反;当再热温度为630℃时,热影响区粗晶区的冲击吸收能达最低值,而硬度达最高值,材料发生再热脆化;脆化的主要原因在于晶内碳化物的方向性析出以及在粗晶区晶界处大颗粒碳化物的出现。

二次热循环对X100管线钢粗晶热影响区组织与性能的影响

通过热模拟技术与显微分析方法研究了二次热循环对X100管线钢粗晶热影响区组织的影响规律,再热粗晶区的性能通过夏比V型缺口冲击试验表征。试验结果表明,当二次热循环的峰值温度处于(α+γ)两相温区,试验钢的临界粗晶热影响区出现局部脆化。局部脆化的原因主要有两个:一是临界粗晶热影响区组织粗化;另一是该区MA组元数量多,尺寸大,硬度高。

Zr微合金钢粗晶热影响区韧性和组织分析

为了获得大热输入焊接热影响区,利用实验室25 kg真空感应炉炼制不同Zr含量的实验用钢,在MMS-300型热模拟机上,对其试样进行热输入能量为100 kJ/cm,峰值温度1 400℃的大热输入焊接热模拟实验.借助电子探针(EPMA)等对CGHAZ中形成针状铁素体(AF)的夹杂物进行了微区分析,研究了夹杂物的化学组成和分布形态.结果表明:当Zr含量为0.003%时,焊接CGHAZ区低温冲击韧性最好,当Zr含量大于0.003%时CGHAZ的低温韧性随着Zr含量的增加呈下降趋势;CGHAZ中的奥氏体晶粒尺寸随小尺寸夹杂物数量的增加而降低;形成AF的夹杂物多以Zr的氧化物为核心表面析出MnS的复合氧化物夹杂,尺寸在0.5～3μm.

超高强钢Q1100的SH-CCT曲线及粗晶热影响区组织和性能

利用焊接热模拟试验,采用热膨胀法研究了屈服强度1 100 MPa级超高强钢在平衡条件和焊接条件下的奥氏体化相变温度,结合OM,SEM观察和硬度检测结果,绘制出实验钢焊接条件下奥氏体连续冷却转变曲线(SH-CCT),研究了不同冷却速率下粗晶热影响区(CGHAZ)显微组织和硬度的变化规律.采用TEM观察和Lepera腐蚀,研究不同冷速下M-A组元数量、形貌和分布情况.研究结果表明,在焊接条件下,实验钢的奥氏体化温度明显高于平衡条件下的奥氏体化相变温度;随着冷却速率增大,相继发生B,B+M和M相变,硬度逐渐上升,当冷却速率达到60℃/s时,其维氏硬度最高可达HV464.当冷却速率小于10℃/s时,开始出现M-A组元,并且随冷却速率降低,M-A组元数量增加,尺寸增大.

冷却时间对X80钢焊接热影响区粗晶区组织及性能的影响

利用Gleeble热模拟试验机模拟研究了X80钢焊接热影响区粗晶区组织在不同冷却速度下的变化规律,研究了冷却时间、组织和性能之间的关系。结果表明,X80钢焊接热影响区粗晶区组织主要由板条贝氏体和粒状贝氏体组成。随冷却时间t8/5时间增加,板条贝氏体含量逐渐减少,由细长状转变成粗大片状、并趋于平行;粒状贝氏体含量逐渐增加,其间的马氏体M/奥氏体A组元数量增加,间距缩短,面积增大。随冷却时间t8/5时间增加,焊接热影响区粗晶区冲击韧性先增加后减小;当t8/5=7 s时,X80钢焊接热影响区粗晶区组织为少量的粒状贝氏体,且弥散分布于大量板条贝氏体之间,细化板条贝氏体,增加有效晶界,起到细化和强化作用,冲击断口分布着大量的细小韧窝,为明显的韧性断裂。