Microstructure Characterization of High-heat-input Welding Joint of HSLA Steel Plate for Oil Storage Construction

In this paper, microstructure and mechanical properties of welding metals in 610 MPa high strength low alloy （HSLA） were studied after high-heat-input welding. Both the base material and the weld joint proved excellent strength and toughness by vibratory electrogas arc （VEGA） welding under 90 to 100 kJ/cm heatinput. The heat-affected zone （HAZ） was comprised of fine-grain zone （FGZ） and coarse-grain zone （CGZ）, which characterizes fine granular structure and lathing-bainite substructure, It has found that large quantity of dispersed TiN and M23E6 precipitates restrain structure growing in HAZ and strengthen the weldment together with dislocations in the welded joint.

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。

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。

高强钢焊接接头优化方法研究现状

高强钢以出色的力学性能在焊接结构的应用量急剧增加,其焊接接头性能已逐步成为研究焦点。为了解决高强钢焊接易出现冷裂纹、热影响区软化脆化、低温冲击韧度不高等问题,获得高强钢焊接接头优良强韧匹配。在使用熔化极气体保护焊接工艺的基础上采用不同的高强钢焊接接头优化方法,对严格控制热输入、焊前预热并控制热输入和研发并采用药芯焊丝这3种焊接接头优化方法进行分析总结,对3种优化方法下的焊接接头微观组织及力学性能进行分析,发现通过这3种接头优化方法可避免焊接接头产生裂纹、获得良好的韧性组织和力学性能优良的焊接接头。

460 MPa级高强韧海工钢板的焊接工艺研究

对460 MPa级高强韧海工钢板进行埋弧焊、垂直气电立焊试验。结果表明,460 MPa级高强韧海工钢在热输入为50、80和200 kJ/cm的条件下焊接,焊接接头的拉伸性能和冲击性能良好,满足船级社要求,说明该钢焊接性良好,适合大热输入焊接。

12MnNiVR钢板大热输入焊接接头组织与性能

采用12MnNiVR钢建造的10万m 3及以上原油储罐的纵缝焊接多采用气电立焊,大热输入对接头组织和性能有重要影响。对采用大热输入气电立焊的12MnNiVR钢板进行焊接试验,分析了焊接接头的微观组织和力学性能,重点研究了焊接接头的冲击韧性。研究结果表明:在大热输入焊接下,焊缝组织为大量针状铁素体,粗晶区为侧板条铁素体,粗晶区和细晶区之间有明显的过渡区域,细晶区为细小铁素体与珠光体,不完全重结晶区为粗大块状铁素体和珠光体。热影响区显微硬度由熔合线侧到母材侧表现出先增大、后减小、再增大的规律,最小值为177HV10。拉伸和弯曲性能优良;焊接接头在-20℃下的冲击吸收能量均大于80 J;由于熔合线处的侧板条铁素体晶粒粗大,熔合线冲击吸收能量较低为84 J,断口形貌为准解理形貌特征。

1000 MPa级高强钢埋弧焊熔敷金属组织及性能

针对水电用1000 MPa级高强钢设计了一种埋弧焊用焊丝、焊剂。借助JMat Pro软件对熔敷金属的组织和力学性能进行模拟,并通过拉伸试验、冲击试验、OM,SEM,EDS等手段对其进行评价。研究了熔敷金属成分和焊接热输入对熔敷金属组织及力学性能的影响。试验结果表明,研制的焊材焊接工艺性优良,通过控制合金元素含量使熔敷金属力学性能远高于标准值;重点分析了Cr含量对熔敷金属组织和力学性能的影响,熔敷金属中少量的Cr元素会提高针状铁素体含量,Cr元素含量较高时,会增加贝氏体含量,使熔敷金属强度不断提高,冲击韧性先提高后降低;随着焊接热输入的升高,熔敷金属中针状铁素体含量不断减少,先共析铁素体含量提高,组织粗化,熔敷金属强韧性不断降低。

大线能量钢焊接技术研究现状

大线能量用钢是一种微合金化钢,供货态多为正火或控轧控冷。目前390 MPa级别大线能量钢已在造船以及海洋工程中广泛应用。归纳了大线能量用钢在典型焊接热循环下的粗晶区分布特征,并对当前已有的应用于大线能量钢的焊接技术进行了总结。考察了常见的埋弧焊、气电立焊及窄间隙MAG焊条件下,大线能量钢焊接接头的力学性能。

MAG焊过程中热输入对DL510超高强钢焊接接头组织及力学性能的影响

采用熔化极活性气体保护电弧焊(MAG焊)焊接5 mm厚的DL510超高强钢(1 500 MPa级),研究了热输入量对焊接接头组织及力学性能的影响,并采用边焊边锤击的方式消除焊接接头残余应力。结果表明,热输入在43~70 kJ/cm范围内,均能获得成型良好的焊接接头;锤击时间低于20 min时,随着锤击时间延长,接头抗拉强度不断提升,但锤击时间超过20 min后,焊接接头抗拉强度变化不大;随着热输入增加,焊接接头晶粒明显长大;热输入为70 kJ/cm时,粗晶区出现少量细小粒状贝氏体组织,焊接接头韧性得到改善。

热输入对800 MPa级HSLA钢焊接接头组织及性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、拉伸和冲击等试验方法,研究不同热输入(14~20 kJ/cm)对18 mm厚800 MPa级低合金高强(HSLA)钢熔化极气体保护焊接接头组织和力学性能的影响。结果表明:不同热输入下的焊缝金属显微组织主要以贝氏体和马氏体的混合组织为主,粗晶热影响区组织主要由板条马氏体和联合贝氏体组成。随着热输入增大,粒状贝氏体占比增多,板条块亚结构由平行分布的细长条状向粗大块状转变,焊缝金属的冲击韧性先升后降。当热输入为17 kJ/cm时,焊缝金属显微组织中的短条状板条贝氏体、板条马氏体和细小的粒状贝氏体相互交织且分布均匀,使得焊缝金属韧性高,且分散度较小。在14~20 kJ/cm热输入条件下,焊缝金属、熔合线处、热影响区的-50℃冲击吸收功最低值分别为105、190、166 J;焊缝金属与母材的抗拉强度相差不大,焊材与母材匹配性良好,都能获得强韧性匹配良好的焊接接头。

Ti-Ca处理对DH36钢板焊接热影响区组织性能影响的研究

利用热力学计算软件和扫描电镜分析Ti-Ca处理DH36钢的夹杂物特征,运用Thermecmaster-100kN热力模拟实验机模拟热输入250—400 kJ·cm^(-1)的焊接热循环,利用光学显微镜、扫描电镜和激光共聚焦显微镜分析焊接热影响区的显微组织,利用冲击试验机测试了低温韧性。结果表明:DH36钢中的典型夹杂物为Al2O3,还存在Al-Ca-Ti-O-Mn-S复合夹杂物,该夹杂物可有效地抑制高温下的奥氏体晶界迁移,促进晶内针状铁素体形成;热输入为250—400 kJ·cm^(-1)时,热影响区的显微组织由针状铁素体、珠光体和铁素体组成,随着热输入的增大,珠光体和铁素体含量随之增多;在1/2厚度位置模拟250—400 kJ·cm^(-1)热输入时,在-20℃下热影响区的冲击韧性均能充分满足国家规定的行业使用标准要求。

1100 MPa级重型机械超高强吊臂钢焊接性能研究

通过Gleeble-3800试验机进行焊接过程热模拟,得出了Q1100D钢冷却过程中的CCT曲线。采用斜Y坡口焊接冷裂纹试验、金相分析和力学性能测试等方法,对不同热输入下焊接接头组织与性能进行了检测,结果表明包钢Q1100D重型机械超高强吊臂钢具有较好的抗冷裂性能。小热输入条件下可以实现室温下不预热焊接;较大热输入条件下,表面和断面未见冷裂纹,说明Q1100D钢板具有较好的抗冷裂性能。接头综合力学性能与组织性能评价结果表明,14 mm厚Q1100D钢板在1.05 kJ/mm的热输入下,焊接接头力学性能(拉伸、弯曲、冲击)处于最优状态。

线能量对超高强度海工钢热影响区组织演变与韧性的影响

研究了超高强度海工钢在不同线能量的模拟焊接条件下粗晶热影响区的组织演变和冲击韧性,并结合超高温激光扫描共聚焦显微镜原位观察模拟焊接热循环过程中奥氏体晶粒长大及贝氏体转变行为。结果表明:随着线能量的逐步增大,高温阶段停留时间变长使得粗晶热影响区原奥氏体晶粒粗大,中温阶段冷却速度下降促使粗晶热影响区贝氏体转变时变体选择减少,导致大角度晶界减少和对裂纹扩展的阻碍能力减弱,最终低温冲击韧性呈现下降趋势,断裂特征由韧性断裂转变为解理断裂。

高氮钢双丝CMT增材工艺参数对熔滴过渡影响规律

对高氮钢的双丝CMT增材制造过程进行研究,采用高速摄像采集双丝增材过程中的熔滴过渡过程,重点分析波形参数中峰值电流、基值电流和峰值送丝速度等参数对双丝增材过程中熔滴过渡稳定性的影响。研究发现:双丝峰值电流增加,前丝CMT周期标准差逐渐减小,熔滴过渡过程逐渐稳定,而后丝CMT周期标准差增多,稳定性变差;基值电流增加,焊丝端部的熔滴会逐渐增大;增大峰值送丝速度,双丝CMT周期的标准差先减小后增大。调节前丝峰值电流在150 A~175 A,后丝峰值电流≤125 A,基值电流≤60 A,峰值送丝速度在30 m/min左右,熔滴过渡过程相对稳定。保持前丝单个CMT周期能量输入在23 J~28 J,后丝能量输入在16 J~18.5 J,高氮钢双丝CMT熔滴过渡过程比较稳定,熔滴炸裂较少。

高强耐候钢焊接热影响区组织演变

利用热模拟试验机研究了Nb-Ti高强耐候钢在不同热输入条件下的热影响区组织演变和韧性变化,并采用热力学软件模拟计算了高强耐候钢的相变规律以及钢中第二相析出特征。结果表明,随着热输入量增加,焊接热影响区组织由板条贝氏体、针状铁素体向粒状贝氏体转变,且晶粒粗化程度增加;随着热输入量增加,焊接热模拟试样的低温冲击韧性逐渐降低,冲击断口中韧窝数量不断减少,在50 kJ/cm热输入条件下,冲击断口中存在大量的大尺寸解理面;高强耐候钢铁素体+奥氏体两相温度区间为684~830℃,钢中第二相主要以(Nb, Ti)(C,N)、NbN、TiN和Ti4C2S2形式存在,当温度高于1 200℃,钢中高熔点第二相为TiN和NbN。

高性能耐火耐候建筑用钢焊接性能研究

对武钢研制的高性能耐火耐候建筑用钢 WGJ5 10 C2的焊接性能 ,包括最高硬度、斜 Y坡口、手弧焊焊接接头力学性能和不同线能量下模拟焊接热影响区 ( CGHAZ)的组织结构进行了研究。试验结果表明 :该钢具有低的冷裂纹敏感性 ,其焊接性能优良 。

微合金EH40型船板钢大热输入焊接接头组织和力学性能

通过拉伸、冲击、硬度力学试验和接头微观组织分析,对EH40船板钢大热输入埋弧焊的焊接性和接头性能进行了试验分析。结果表明,以热输入为40kJ/cm和60kJ/cm焊接,焊接热影响区粗晶区冲击吸收功值均最低,分别为116J和80.5J;焊接接头的强度均高于母材,焊接热影响区均未出现焊接软化区。当焊接热输入为40kJ/cm时,粗晶区组织主要为板条贝氏体、粒状贝氏体、少量的块状铁素体,而焊接热输入为60kJ/cm时,板条贝氏体明显减少,块状铁素体增多,并出现少量针状铁素体。Ti,Nb合金元素的碳氮化合物第二相粒子,在大焊接热输入时,很大程度上阻止粗晶区奥氏体晶粒的长大,改善了该区域的冲击性能。

EH40船板钢大热输入埋弧焊接头韧化机理研究

对EH40船板钢进行大热输入(103 kJ/cm)埋弧焊接,通过拉伸、冲击试验,利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和电子背散射衍射技术分析焊接接头的组织和力学性能。结果表明,焊缝金属组织为大量针状铁素体、少量先共析铁素体和少量M-A组元。大量晶内针状铁素体的生成分割了原奥氏体晶粒,焊缝有效晶粒尺寸为3.2μm。焊缝分析区域内大角度晶界比例为78.6%,大角度晶界主要分布在50°～60°,对焊缝冲击韧度非常有利。M-A组元尺寸较小,数量较少且均匀分布,不会对焊缝金属的韧性产生不利影响。焊接热影响区粗晶区的组织为贝氏体、针状铁素体和先共析铁素体。高熔点颗粒状析出相(TiO、Al2O3、MgO、TiN)的存在抑制粗晶区晶粒的长大,促进针状铁素体的形成,改善了该区域的冲击性能。力学性能试验结果表明焊接接头的强度高于母材,强韧性匹配良好,与组织分析结果一致。

大线能量焊接耐火耐候建筑用钢的研制及应用

对大线能量焊接耐火耐候建筑用钢WGJ510C2的力学性能、焊接性能及其典型应用进行了研究。试验结果表明:该钢具有优良的综合力学性能,在600℃温度下的屈服强度均高于其室温下屈服强度的2/3,完全满足建筑结构用钢耐火安全性的强度许用指标;该钢具有低的焊接冷裂纹敏感性,能承受大线能量(50～100kJ/cm)焊接;该钢在大型建筑应用中的实际效果良好。

低合金高强钢大热输入焊接热影响区组织性能

利用MMS—200热力模拟试验机研究了610 MPa级低合金高强度钢不同热输入焊接热影响区粗晶区（coarse grain high affected zone,CGHAZ）的组织和性能.结果表明,随着热输入的增加,试验钢CGHAZ组织逐渐粗大,低温冲击吸收功下降,但在80~100 kJ/cm的大热输入冲击下,热影响区仍能够保持良好的低温韧性,只有在120 kJ/cm的大热输入下,韧性显著下降.钢中弥散分布着大量细小TiN粒子（在焊接热循环中抑制原奥氏体长大、作为形核点促进针状铁素体形成）,是保证钢板具有良好的抗大热输入焊接性能的主要原因.