Effect of Cooling Rate and Deformation on Microstructures and Critical Phase-Transformation Temperature of Boron-Nickel Added HSLA H-Beams

Microstructures and critical phase-transformation temperature of boron-nickel added Nb-treated high strength low alloy （HSLA） H-beams cooled at different cooling rate, with different deformation were investigated. Continuous cooling transformation （CCT） diagram of this new type of steel was obtained by using Gleeble 1500 ther- momechanical simulator. Microstructures and hardness, especially micro-hardness of the experimental steel were in- vestigated by optical microscopy （OM）, scanning electron microscope （SEM）, Rockwell and Vickers hardness tests. Phase analysis was also studied by X^ray diffraction （XRD）. The results indicated that with increase of cooling rate, microstructures of continuous cooled specimens gradually transformed from polygonal ferrite and pearlite, grain boundary ferrite and bainite, bainite and martensite to single martensite. The CCT diagram revealed that slow cool- ing was needed to avoid austenite-bainite transformation to ensure toughness of this steel. By plastic deformation of 40%, austenite-ferrite transformation temperature increased by 46℃, due to deformation induced ferrite transfor- mation during continuous cooling, but Rockwell hardness has little change.

Si元素对800 MPa级HSLA钢焊材熔敷金属组织及韧性的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)等试验,分析了不同Si元素含量(质量分数,%)对800 MPa级低合金高强(HSLA)钢焊材熔敷金属组织特征及韧性的影响.结果表明,当Si元素含量从0.45%增加到0.66%时,熔敷金属(0.035C-0.45Si-1.47Mn-2.56Ni-0.68Cr-0.62Mo)的屈服强度从850 MPa增大到895 MPa,抗拉强度从917 MPa增大到954 MPa,−50℃冲击吸收能量从115 J降低到73 J;当Si元素含量为0.45%时,熔敷金属显微组织主要由板条贝氏体及部分粒状贝氏体和板条马氏体组成,各组织间呈相互交织状分布;而当Si元素含量增大到0.66%时,组织主要由细长条状的板条马氏体及部分板条贝氏体组成;随着Si元素含量增大,组织长宽比明显增大,且组织之间趋于平行分布.熔敷金属由γ(奥氏体)→贝氏体/马氏体混合组织转变时的相变温度随着Si元素含量增加而降低,随着Si含量增大,熔敷金属板条和板条块亚结构由交织的短条状向平行的细长条状转变,板条束亚结构尺寸明显变大,板条束亚结构尺寸增加使熔敷金属的大角度晶界占比降低,熔敷金属的冲击韧性降低.

焊接热输入对690 MPa级HSLA钢焊缝金属组织与力学性能的影响

采用自研直径4.0 mm的焊条对厚度为27 mm的690 MPa级HSLA钢进行不预热焊接,研究了焊接热输入对焊缝金属组织和性能的影响及强韧化机理.结果表明,焊接热输入由13 kJ/cm提高至19 kJ/cm对焊缝金属组织结构及其强韧性产生了显著影响,对接接头抗拉强度、硬度呈现降低趋势,焊缝金属−50℃冲击吸收能量呈现先升高后降低趋势.16 kJ/cm热输入条件下获得了良好的强韧性,对接接头抗拉强度为828 MPa,焊缝中心−50℃冲击吸收能量为71~90 J,均值为80 J.13 kJ/cm及19 kJ/cm热输入条件下焊缝金属强韧性较低,前者与焊缝金属中板条贝氏体及侧板条铁素体形成有关,后者与其中粗大的M-A组元形成相关.热输入16 kJ/cm条件下,充分形成了塑性良好的针状铁素体组织,针状铁素体和贝氏体呈交织分布,同时,细小弥散分布的M-A组元并未对其韧性产生显著的负面作用,焊缝金属获得了良好的强韧性配合.

热输入对440 MPa级HSLA钢埋弧焊对接接头组织及性能的影响

采用20 kJ/cm,25 kJ/cm,30 kJ/cm三种焊接热输入进行440 MPa级HSLA钢埋弧焊试验,使用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、维氏硬度仪以及冲击试验机等实验仪器,研究了焊接热输入对接头显微组织和力学性能的影响。结果表明,三种不同的热输入下的焊缝金属的显微组织主要由先共析铁素体、侧板条铁素体、针状铁素体以及少量残余奥氏体组成,粗晶热影响区的显微组织主要由粒状贝氏体组成。随着焊接热输入的增加,焊缝金属中针状铁素体的含量不断降低,先共析铁素体和侧板条铁素体的含量逐渐升高;粗晶热影响区中粒状贝氏体的晶粒尺寸明显增大,焊缝金属中直径大于1μm的夹杂物占比从40.7%逐渐升高至59.9%,因此使得焊缝金属的强度和低温冲击韧性下降。当热输入为20 kJ/cm时,焊缝金属的平均硬度值最高,且低温冲击韧性达到最优;当热输入从20 kJ/cm开始增大时,焊缝冲击功从186 J下降至130 J,冲击断口中韧窝尺寸逐渐减小,深度变浅,断口形貌由韧性断裂向准解理断裂过渡,降低了裂纹扩展所需的能量,使得冲击吸收功不断减小。

440MPa级HSLA钢焊缝低温韧性分析

采用自制的2种实心焊丝对440 MPa级HSLA钢进行了对接MAG焊(80%Ar+20%CO_(2)),通过对比分析2种焊缝的显微组织和夹杂物尺寸及成分,对2种焊缝低温韧性出现显著差异的原因进行了阐释。结果表明,J1焊丝的焊缝由针状铁素体、侧板条铁素体、先共析铁素体和M-A组元组成,而J2焊丝的焊缝由针状铁素体和M-A组元组成;2种焊丝的焊缝中夹杂物的粒径分布、尺寸、数量和成分差异小,不是导致2种焊缝低温韧性出现显著差异的主要原因;与J1焊丝的焊缝相比,J2焊丝的焊缝中针状铁素体含量升高、M-A组元含量降低、条状和块状M-A组元占比降低,是导致其低温韧性显著优于J1焊丝的主要原因。

工业试验Mg脱氧HSLA钢CGHAZ的夹杂物、组织及韧性的特征分析

Mg作为第三代氧化物冶金技术的关键脱氧剂有助于提升高强度低合金钢(HSLA)的组织韧性。利用夹杂物自动分析系统、金相显微镜、焊接热模拟试验机等研究了Mg脱氧对HSLA钢粗晶热影响区(CGHAZ)夹杂物、组织以及低温冲击韧性的影响。结果表明,在200 kJ/cm的大线能量焊接条件下,Mg脱氧钢CGHAZ中生成了大量Mg-Ti-Mn-S夹杂物,由于这种类型的夹杂物可以促进针状铁素体(IAF)组织的形成,所以在200 kJ/cm大线能量焊接后,Mg脱氧钢CGHAZ低温冲击韧性优异,-20℃冲击功为204 J,断裂方式为韧性断裂。本研究成果可为提高大线能量焊接厚板钢组织性能提供理论与试验依据。

不同原料对水下激光直接金属沉积修复HSLA钢微观组织和力学性能的影响

水下激光直接金属沉积(UDMD)技术在海洋受损结构的现场修复方面显示出巨大的潜力。本研究针对柔性原料替代的可能性,采用两种不同性能的粉末对提前准备好的HSLA钢板进行UDMD修复。系统研究了合金成分和UDMD工艺对修复性能的综合影响,包括微观组织、力学性能和腐蚀行为。

时效温度对HSLA高强船体钢组织和性能的影响

采用固溶+时效的热处理方法研究了时效温度对HSLA(High Strength Low Alloy)高强船体钢组织性能的影响。结果表明,试验钢在450℃处出现强度峰值,这是由大量纳米级的Cu析出物(<5 nm)和少量Nb(C,N)粒子的共同强化造成。过时效状态下,基体的软化作用加强,且Cu析出粒子尺寸显著增大(10～30 nm),沉淀强化作用也逐渐减弱,钢的强度下降。时效过程中基体软化和析出相沉淀强化的共同作用决定了HSLA高强船体钢的性能变化规律。试验钢在650～670℃范围内时效不仅获得了670～780 MPa的强度,而且保证-40℃冲击功在80 J以上,体现出良好的强韧性匹配。

HSLA钢板控轧控冷生产中组织性能的预测模型

建立了ＨＳＬＡ钢板在控制轧制和控制冷却生产中，组织演变和力学性能的预测模型。模型包括再结晶，析出，相变和力学性能四个子模型，分别考虑了发生在控轧控冷过程中的各种冶金学现象。模型的计算结果与两种Ｎｂ－Ｔｉ－Ｖ钢的控轧控冷实验所测得的结果比较一致。

钒氮微合金化技术在HSLA钢中的应用

含钒钢中增氮 ,促进了碳氮化钒的析出 ,增强了钒的沉淀强化作用 ,大幅度提高钢的强度。因此 ,氮是含钒钢一种经济有效的合金化元素。通过充分利用廉价的氮元素 ,钒氮微合金化钢在保证相同的强度水平下 ,可节约钒的用量 ,降低钢的成本。 V— N微合金化技术在高强度钢筋、结构钢板带及型钢、无缝钢管、非调质钢。

保护气体对440MPa HSLA钢GMAW焊缝组织及韧性的影响

采用不同保护气体对440 MPa级低合金高强钢(HSLA钢)进行气保焊焊接,通过光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和电子背散射衍射技术(EBSD)对焊缝微观组织及夹杂物形貌进行了观察,研究了保护气体组成对焊缝组织及韧性的影响,并分析了不同成分保护气体对焊缝夹杂物大小、数量及其成分的影响.结果表明,保护气体为100%CO2,焊缝金属韧性较差;保护气体(体积分数)为80%Ar+20%CO2和90%Ar+10%CO2,焊缝金属韧性较好.100%CO2气体保护焊焊缝组织主要为铁素体和贝氏体,混合气体保护焊(20%CO2和10%CO2)焊缝组织主要为针状铁素体和少量侧板条铁素体.随着保护气体中CO2含量的减少,焊缝金属中夹杂物数量、尺寸均降低,且成分发生变化.对于440 MPa级HSLA钢,合理的保护气体组成可以得到良好的焊接质量.

铜对低碳HSLA钢力学性能的影响

研究了不同铜含量对低碳ＨＳＬＡ钢力学性能的影响。结果表明，铜能显著提高该钢的强度，但降低该钢的韧性。铜含量对ＨＳＬＡ钢强韧性的作用受时效温度的影响，提高时效温度可使不同铜含量的ＨＳＬＡ钢的强韧性差异减小。

CSP线Nb微合金化HSLA钢试验研究

为在CSP生产线利用Nb微合金化技术生产HSLA钢,通过在试验室建立了CSP铸坯模拟和CSP轧制模拟的试验方法,研究了Nb微合金化试验钢的组织和性能。结果表明试验室CSP铸坯模拟和CSP轧制模拟技术上是可行的。试验钢的铁素体晶粒尺寸为3.7μm,屈服强度为535MPa,延伸率为30%。

HSLA80钢焊接冷裂纹敏感性研究

采用理论计算、热影响区最高硬度试验和小铁研试验方法研究了HSLA80钢的冷裂纹敏感性。结果表明,与强度级别相同的12Ni3CrMoV钢相比,HSLA80钢具有更为优异的抗冷裂纹敏感性,其焊接热影响区淬硬倾向较小,在-5℃～0℃以及低于4000Pa绝对湿度下不预热焊接均具有良好的焊接性能。

Zr微合金化HSLA钢粗晶热影响区的组织和性能

用焊接热模拟法研究了Zr处理对 (% ) :≤ 0 18C 1 2～ 1 6Mn低合金高强度 (HSLA)钢焊接粗晶热影响区 (CGHAZ)组织和性能的影响。试验结果表明 ,Zr含量在 0 0 1%～ 0 0 3%时 ,经过 30～ 10 0kJ cm线能量焊接热模拟后 ,CGHAZ的强度、塑性和 - 5 0℃冲击韧性都高于没有经过Zr处理的试验钢 ;Zr钢显微硬度(HV10 ) 177～ 2 5 1,具有优良的焊接性。焊接线能量相同时 ,没有经过Zr处理试验钢CGHAZ的晶粒比Zr处理钢粗大 ;焊接线能量为 30kJ cm时 ,各试验钢CGHAZ的组织以贝氏体为主 ,随着焊接线能量提高 。

用第二相粒子细化HSLA钢晶粒

文章总结了用第二相粒子细化晶粒的理论。比较了各种第二相粒子细化晶粒的效果,提出使用SiO_2粒子细化HSLA钢晶粒的可能性。理论分析表明,在凝固过程中有可能获得较高的SiO_2粒子体积分数。此外,还进行了实验室研究,得到了较小尺寸的SiO_2粒子。

两相区加热温度对HSLA100钢组织演变的影响

研究了碳含量为0.045%的HSLA100贝氏体钢在两相区加热过程中的组织演变特征。结果表明:两相区加热温度决定奥氏体的转变量,而相变产物的形貌特征主要受奥氏体中的碳含量控制;实验钢在700、720、740、760和820℃保温时,钢中奥氏体转变量分别为10%、24%、38%、60%和100%,奥氏体中的碳含量分别为0.345%、0.293%、0.243%、0.193%和0.045%;显微组织为多边形铁素体+M-A岛,随温度的升高,多边形铁素体量逐渐增加。

时效温度对HSLA100钢组织与性能的影响

研究了HSLA100钢轧态及时效过程中组织与力学性能的变化。结果表明:HSLA100钢轧态组织为高密度位错的板条贝氏体,板条间分布着少量M-A岛。经450℃时效处理后,大量球状ε-Cu相沉淀析出,此时钢板屈服和抗拉强度最高,而-40℃冲击功最低。在450～720℃时效时,随时效温度升高,高密度板条贝氏体发生回复,ε-Cu相粗化成短棒状,屈服强度连续下降,但在650℃时效时仍达到760 MPa的较高水平;抗拉强度在650℃时达到最低值后小幅上升;-40℃冲击功持续升高至700℃附近达到峰值。钢质纯净度是影响HSLA100钢低温韧性的一个主要因素,虽然通过升高时效温度可在一定程度上提高钢的低温冲击韧度,但增幅有限。

HSLA钢热轧板带组织性能预测数学模型及软件开发

以物理冶金学原理为理论基础,研究了HSLA钢热轧板带生产过程中发生的再结晶、析出、相变等各种冶金学现象的数学模型·对影响板带组织性能的参数进行定量计算,开发出符合实际生产工艺要求的组织性能预测软件,对轧后板带性能进行预测·计算结果与实际测量结果比较,吻合较好·使用该软件对轧后产品的组织性能进行预测,可以节省大量的人力物力,此外该软件操作方便,界面友好,易于维护,因此有广阔的应用前景·

1200MPa级HSLA钢的SH-CCT曲线及其热影响区组织与性能

为在工程应用中对焊接工艺的合理选取与制定提供理论和试验依据,采用焊接热模拟技术研究了800~500℃冷却时间（t8/5）对1 200 MPa级低合金高强钢焊接热影响区粗晶区（CGHAZ）显微组织和性能的影响.结果表明：t8/5为6~20 s时,该钢热影响区的粗晶区组织为板条马氏体,硬度为477~456 HV5;随着冷却时间的延长,组织中开始出现板条贝氏体,在t8/5为60 s时硬度下降到380 HV5;当t8/5为60~600 s时,粗晶区组织为板条贝氏体和粒状贝氏体,硬度为380~300 HV5;t8/5〉600 s时粗晶区组织主要为粒状贝氏体,硬度为300~315 HV5.试验钢碳当量为0.626%,冷裂纹敏感系数为0.335%,说明其淬硬倾向较大,焊接热影响区容易产生裂纹.