Ni对低碳贝氏体焊缝金属组织和强韧性的影响及相变机理研究

热处理对金属材料的强韧性的影响引言：金属材料是广泛应用于各个行业领域的重要材料之一。

为了提高金属材料的性能，热处理技术在金属加工中得到了广泛应用。

本文将探讨热处理对金属材料强韧性的影响及其原理。

1. 热处理的概念和分类热处理是通过控制金属材料的加热、保温和冷却过程，以改变材料的组织结构和性能的一种方法。

根据处理温度和冷却速率的不同，热处理可分为退火、淬火、正火等不同类型。

2. 退火对强韧性的影响退火是将金属材料加热到临界温度后保温一段时间，再以适当速率冷却的过程。

退火可以消除材料中的应力和组织缺陷，提高材料的延展性和塑性，从而提高材料的强韧性。

3. 淬火对强韧性的影响淬火是将金属材料加热到临界温度后迅速冷却的过程。

淬火能够使金属材料的组织转变为马氏体，从而提高材料的硬度和强度。

然而，淬火过程中冷却速度过快会导致材料产生裂纹和变脆，因此在淬火后需要通过回火来降低材料的脆性，提高其韧性。

4. 正火对强韧性的影响正火是将金属材料加热到临界温度后以适当速率冷却的过程。

正火可以均匀调整材料的内部组织结构，消除应力和组织缺陷，提高金属材料的强度和韧性。

与淬火相比，正火的冷却速率较慢，因此其适用于对金属材料强韧性要求较高的场合。

5. 其他热处理方法的影响除了上述常见的热处理方法，还存在一些其他方法，如时效处理、表面处理等，它们也对金属材料的强韧性产生一定的影响。

时效处理可以通过调整保温时间和温度，改变材料的晶粒尺寸和组织状态，提高材料的硬度和强度；表面处理可以通过改变金属材料表面的化学成分和物理形态，增加材料的耐磨性和抗腐蚀性，从而间接提高材料的强韧性。

结论：热处理是一种有效的改善金属材料性能的方法，能够显著提高金属材料的强韧性。

不同的热处理方法对金属材料的影响机理不同，通过选择合适的热处理方法和工艺参数，可以使金属材料兼具高强度和良好的韧性，满足各种工程应用的需求。

参考文献：1. 张三，李四. 热处理对金属材料性能的影响研究. 金属材料学报，2008，30(4)：403-410.2. 王五，赵六. 热处理对钢的强韧性的影响及机理研究. 机械制造，2012，56(9)：51-57.3. Johnson, W. N., & Wang, H. Effect of heat treatment and alloying on the mechanical properties of low carbon steel. Metallurgical and Materials Transactions A, 2008, 39A(2): 177-185.。

X80管线钢焊缝金属中的针状铁素体孙咸【摘要】探讨了X80管线钢焊缝中针状铁素体的形成条件、对焊缝韧性的影响及针状铁素体控制机理.结果表明,X80管线钢焊缝组织是大量针状铁素体+少量先共析铁素体的混合组织.在针状铁素体影响因素中,起决定作用的是焊缝的化学成分和冷却速度.焊缝中针状铁素体形态和数量与焊缝韧性之间存在对应关系,焊接热输入对焊缝韧性的影响较复杂,存在一个热输入最佳值.优化的焊缝合金系统和化学成分是控制焊缝针状铁素体形成的必要条件,而合理的工艺方法和焊接参数(含热输入)则是控制针状铁素体形成的充分条件.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2019(049)006【总页数】8页(P1-8)【关键词】针状铁素体;焊缝金属;韧性;热输入;X80管线钢【作者】孙咸【作者单位】太原理工大学焊接材料研究所,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TG113.12;TG457.60 前言X80管线钢是采用超低碳、微合金、控轧控冷技术生产的以针状铁素体组织为主的高强高韧性钢种，是石油天然气输送管道工程中的基本选材，已在西气东输二线管道工程建设中应用。

该钢在国外已经使用了30多年，但在我国的研制及应用起步较晚。

虽然一些单位在掌握该钢焊接工艺方面积累了一定的经验，但随着应用的进一步扩大，该钢焊接接头的使用性能仍然暴露出一些问题。

除了高速埋弧焊易产生气孔、夹渣等缺陷之外，主要是焊缝和热影响区的韧性问题，如对焊接条件敏感、易受热输入的影响等。

有单位反映，X80厚壁管埋弧焊焊缝韧性波动，严重影响接头的使用性能。

关于X80管线钢焊接方面的研究日渐增多，涉及接头使用性能的文献多以热影响区组织性能变化为主，针对焊缝组织研究的甚少。

其实焊缝组织性能对接头很重要，工艺条件（含热输入）不仅影响热影响区韧性，对焊缝韧性亦有明显影响。

为此论文特意将X80钢焊缝中的针状铁素体组织与焊缝韧性相联系，探讨针状铁素体的形成条件、影响因素及控制机理。

低碳贝氏体钢地研究现状与发展前景(1 西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072；2邯郸钢铁集团公司技术中心,邯郸056000>摘要：综述了低碳贝氏体钢地国内外研究现状,指出低碳贝氏体钢性能优良且成本低廉.并结合低碳贝氏体钢地市场需求和邯钢品种钢地研发方向,展望了低碳贝氏体钢地发展前景,提出低碳贝氏体钢产品品种地开发及其控轧控冷工艺地研制是其研究方向.关键词：低碳贝氏体钢贝氏体组织控轧控冷项目机械制造、架设桥梁、造船、车辆制造、航空等领域广泛地使用着各种规格地钢板.因为服役条件及焊接工艺地限制,这类用途地钢板不仅要求材料具有足够地强度和塑性,而且还要求具备一定地低温韧性和优良地焊接性能,以适应野外作业和制造工艺地要求.坚持科学地发展观,从资源和成本核算考虑,用户普遍要求使用高性能、低成本地金属材料.低碳贝氏体钢正是为满足这一需求而研发地,已广泛应用于桥梁、建筑、车辆、水轮机壳体、舰船、飞机构件及其它紧固件、轴类件等方面,超高强度地低碳贝氏体钢还将满足这些构件地减重要求.20世纪20年代末,Robertson首次在钢中发现后来被命名为贝氏体地中温转变产物.后来研究人员又进一步发现了上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体、无碳化物贝氏体、柱状贝氏体、反常贝氏体、块状贝氏体、低碳低合金贝氏体、准贝氏体等组织形态,形成了比较完整地贝氏体相变理论.近几十年来,贝氏体理论地应用研究取得了重大进展,贝氏体钢地研究开发已经引起学术界和项目界地高度重视,在工业生产中也得到了广泛应用.1低碳贝氏体钢低碳贝氏体钢是以钼钢或钼硼钢为基础,同时加入锰、铬、镍以及其他微合金化元素(铌、钛、钒>,从而开发出一系列低碳贝氏体钢种.这类钢地含碳量多数控制在0.16%以下,最多不应超过0.120%[3].因为低碳贝氏体组织钢比相同含碳量地铁素体-珠光体钢具有更高地强度,因此,低碳贝氏体钢种地研发将成为发展屈服强度为450～800MPa级别钢种地主要途径.低碳贝氏体钢中主要添加地合金元素及其作用如下:(1>碳元素是强间隙固溶强化元素,可提高强度,但不能依靠其提高强度.尽量降低含碳量,即保持一定地韧性,也为了获得良好地焊接性.(2>钼元素能够使钢在空冷条件下获得贝氏体组织.钼元素使钢地奥氏体等温转变曲线中地铁素体析出出现明显右移,但并不明显推移贝氏体转变,所以过冷奥氏体得以直接向贝氏体转变,而在此前没有或者只有部分先共析铁素体析出,这样也就不再发生珠光体转变,如图1所示.(3>利用微量硼元素,使钢地淬透性明显增加.钼硼复合作用使过冷奥氏体向铁素体地等温转变曲线进一步右移,使贝氏体转变开始线明显突出.为了在空冷条件下得到全部低碳贝氏体组织,钼硼复合作用十分有效,如图1所示.(4> 硅元素是固溶强化元素,使贝氏体转变发生在更低地温度,并使贝氏体转变C 曲线右移.(5> 加入其它能够增大钢过冷能力地元素,如锰、铬、镍等,以进一步增大钢地淬透性,促使贝氏体转变发生在更低地温度,目地是获得下贝氏体组织,增加其强度.(6> 加入强碳化物形成元素,即微合金化,以保证进一步细化晶粒.同时,微合金化也可以产生沉淀强化效果.奥氏体化地钢过冷到Bs (约550 ℃> 至Ms 温度范围等温,将产生贝氏体转变,也称中温转变.它是介于扩散性珠光体转变和非扩散性马氏体转变之间地一种中间转变.在贝氏体转变区域没有铁原子地扩散,而是依靠切变进行奥氏体向铁素体地点阵重构,并通过碳原子地扩散进行碳化物地沉淀析出.一般贝氏体转变会形成3 种贝氏体组织:上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体.上贝氏体地形成温度较高,呈羽毛状,性能较差。

金属材料焊接性知识要点1. 金属焊接性：指同质材料或异质材料在制造工艺条件下,能够形成完整接头并满足预期使用要求的能力;包括工艺焊接性和使用焊接性;2. 工艺焊接性：金属或材料在一定的焊接工艺条件下,能否获得优质致密无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头能力;3. 使用焊接性：指焊接接头和整体焊接结构满足各种性能的程度,包括常规的力学性能;4. 影响金属焊接性的因素：1、材料本因素2、设计因素3、工艺因素4、服役环境5. 评定焊接性的原则:1评定焊接接头中产生工艺缺陷的倾向,为制定合理的焊接工艺提供依据；2评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求;6. 实验方法应满足的原则：1可比性 2针对性 3再现性 4经济性7. 常用焊接性试验方法：A:斜Y坡口焊接裂纹试验法: 此法主要用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性; B:插销试验 C:压板对接焊接裂纹试验法 D:可调拘束裂纹试验法一问答：1、“小铁研”实验的目的是什么,适用于什么场合了解其主要实验步骤,分析影响实验结果稳定性的因素有哪些答：1、目的是用于评定用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性;评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性时,影响结果稳定因素焊接接头拘束度预热温度角变形和未焊透;一般认为低合金钢“小铁研实验”表面裂纹率小于20%时;用于一般焊接结构是安全的2、影响工艺焊接性的主要因素有哪些答：影响因素：1材料因素包括母材本身和使用的焊接材料,如焊条电弧焊的焊条、埋弧焊时的焊丝和焊剂、气体保护焊时的焊丝和保护气体等;2设计因素焊接接头的结构设计会影响应力状态,从而对焊接性产生影响;3工艺因素对于同一种母材,采用不同的焊接方法和工艺措施,所表现出来的焊接性有很大的差异;4服役环境焊接结构的服役环境多种多样,如工作温度高低、工作介质种类、载荷性质等都属于使用条件;3、举例说明有时工艺焊接性好的金属材料使用焊接性不一定好;答：金属材料使用焊接性能是指焊接接头或整体焊接结构满足技术条件所规定的各种使用性能主要包括常规的力学性能或特定工作条件下的使用性能,如低温韧性、断裂韧性、高温蠕变强度、持久强度、疲劳性能以及耐蚀性、耐磨性等;而工艺焊接性是指金属或材料在一定的焊接工艺条件下,能否获得优质致密、无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头的能力;比如低碳钢焊接性好,但其强度、硬度却没有高碳钢好;4、为什么可以用热影响区最高硬度来评价钢铁材料的焊接冷裂纹敏感性焊接工艺条件对热影响区最高硬度有什么影响答：因为1.冷裂纹主要产生在热影响区；2其直接评定的是冷裂纹产生三要素中最重要的,接头淬硬组织,所以可以近似用来评价冷裂纹;一般来说,焊接接头包括热影响区,它的硬度值相对于母材硬度值越高,证明焊接接头的韧性就越差,综合机械性能也就越差,容易出现脆化,断裂等危害;合理的焊接工艺条件就是减少这种硬度值的差异,保证焊接接头的使用性能;碳当量增大时,热影响区淬硬倾向随之提高,但并非始终保持线性关系;三合金结构钢的焊接低碳调质钢的焊接性分析低碳调质钢主要是作为高强度的焊接结构用钢,因此含碳量限制的较低,在合金成分的设计上考虑了焊接性的要求;低碳调质钢碳的质量分数不超过%,焊接性能远优于中碳调质钢;由于这类钢的焊接热影响区是低碳马氏体,马氏体转变温度Ms较高,所形成的马氏体具有“自回火”特性,使得焊接冷裂纹倾向比中碳调质钢小;低碳调质钢热影响区获得细小的低碳马氏体ML组织或下贝氏体B组织时,韧性良好,而韧性最佳的组织为ML与低温转变贝氏体组织B的混合组织下贝氏体的板条间结晶位相差较大,有效晶粒直径取决于板条宽度,比较微细,韧性良好,当ML与BL混合生成时,原奥氏体晶粒被先析出的B有效地分割,促使ML有更多的形核位置,且限制了ML的生长,因此ML+B混合组织有效晶粒最为细小; Ni是发展低温钢的一个重要元素;为了提高钢的低温性能,可加入Ni元素,形成含Ni的铁素体低温钢,如钢等在提高Ni的同时,应降低含碳量和严格限制S、P的含量及N、H、O的含量,防止产生时效脆性和回火脆性等;这类钢的热处理条件为正火、正火+回火和淬火+回火等;1在低温钢中由于含碳量和杂质S、P的含量控制的都很严格,所以液化裂纹在这类钢中不是很明显;2另一个问题是回火脆性,要控制焊后回火温度和冷却速度;低温钢焊接的工艺特点：除要防止出现裂纹外,关键是要保证焊缝和热影响区的低温韧性,这是制定低温钢焊接工艺的一个根本出发点;9Ni钢具有优良的低温韧性但用与9Ni钢相似的铁素体焊材时所得焊缝的韧性很差;这除了与铸态焊缝组织有关外,主要与焊缝中的含氧量有很大的关系;与9Ni钢同质的11Ni铁素体焊材,只有在钨极氩弧焊时才能获得良好的低温韧性;因为此时能使焊缝金属中氧的质量分数降低到与母材相同的%以下;二中碳调质钢的焊接性分析一焊缝中的热裂纹中碳调质钢含碳量及合金元素含量都较高,因此液-固相区间大,偏析也更严重,具有较大的热裂纹倾向;二冷裂纹中碳调质钢由于含碳量高,加入的合金元素多,淬硬倾向明显；由于M s点低,在低温下形成的马氏体一般难以产生自回火效应,冷裂倾向严重;三再热裂纹四热影响区的性能变化1、过热区的脆化1中碳调质钢由于含碳量高,加入的合金元素多,有相当大的淬硬性,因而在焊接过热区内容易产生硬脆的高碳马氏体,冷却速度越大,生成的高碳马氏体越多,脆化倾向越严重; 2即使大线能量也难以避免高碳M出现,反而会使M更粗大,更脆; 3一般采用小线能量,同时预热、缓冷和后热措施改善过热区性能;2、热影响区软化焊后不能进行调质处理时,需要考虑热影响区软化问题;调质钢的强度级别越高,软化问题越严重;软化程度和软化区的宽度与焊接线能量、焊接方法有很大关系;热源越集中的焊接方法,对减小软化越有利;三、中碳调质钢的焊接工艺特点1中碳调质钢一般在退火状态下焊接,焊后通过整体调质处理才能获得性能满足要求的均匀焊接接头; 2 时必须在调质后进行焊接时,热影响区性能恶化往往难以解决; 3 焊前所处的状态决定了焊接时出现问题的性质和采取的工艺措施;一：分析Q345钢的焊接性特点,给出相应的焊接材料及焊接工艺要求;答:Q345钢属于热轧钢,其碳当量小于％,焊接性良好,一般不需要预热和严格控制焊接热输入,从脆硬倾向上,Q345钢连续冷却时,珠光体转变右移,使快冷下的铁素体析出,剩下富碳奥氏体来不及转变为珠光体,而转变为含碳量高的贝氏体与马氏体具有淬硬倾向,Q345刚含碳量低含锰高,具有良好的抗热裂性能,在Q345刚中加入V、Nb达到沉淀强化作用可以消除焊接接头中的应力裂纹;被加热到1200℃以上的热影响区过热区可能产生粗晶脆化,韧性明显降低,Q345钢经过600℃×1h退火处理,韧性大幅提高,热应变脆化倾向明显减小;；焊接材料：对焊条电弧焊焊条的选择：E5系列;埋弧焊：焊剂SJ501,焊丝H08A/H08MnA.电渣焊：焊剂HJ431、HJ360焊丝H08MnMoA;CO2气体保护焊：H08系列和YJ5系列;预热温度：100～150℃;焊后热处理：电弧焊一般不进行或600～650℃回火;电渣焊900～930℃正火,600～650℃回火二：Q345与Q390的焊接性有何差异Q345的焊接工艺是否适用于Q390的焊接,为什么答：Q345与Q390都属于热轧钢,化学成分基本相同,只是Q390的Mn含量高于Q345,从而使Q390的碳当量大于Q345,所以Q390的淬硬性和冷裂纹倾向大于Q345,其余的焊接性基本相同;Q345的焊接工艺不一定适用于Q390的焊接,因为Q390的碳当量较大,一级Q345的热输入较宽,有可能使Q390的热输入过大会引起接头区过热的加剧或热输入过小使冷裂纹倾向增大,过热区的脆化也变的严重;三：低合金高强钢焊接时选择焊接材料的原则是什么焊后热处理对焊接材料有什么影响答：选择原则：考虑焊缝及热影响区组织状态对焊接接头强韧性的影响;由于一般不进行焊后热处理,要求焊缝金属在焊态下应接近母材的力学性能;中碳调质钢,根据焊缝受力条件,性能要求及焊后热处理情况进行选择焊接材料,对于焊后需要进行处理的构件,焊缝金属的化学成分应与基体金属相近;5.分析低碳调质钢焊接时可能出现的问题简述低碳调质钢的焊接工艺要点,典型的低碳调质钢如14MnMoNiB、HQ70、HQ80的焊接热输入应控制在什么范围在什么情况下采用预热措施,为什么有最低预热温度要求,如何确定最高预热温度;答：焊接时易发生脆化,焊接时由于热循环作用使热影响区强度和韧性下降;焊接工艺特点：焊后一般不需热处理,采用多道多层工艺,采用窄焊道而不用横向摆动的运条技术;;典型的低碳调质钢的焊接热输入应控制在Wc％时不应提高冷速,Wc％时可提高冷速减小热输入焊接热输入应控制在小于481KJ/cm当焊接热输入提高到最大允许值裂纹还不能避免时,就必须采用预热措施,当预热温度过高时不仅对防止冷裂纹没有必要,反而会使800～500℃的冷却速度低于出现脆性混合组织的临界冷却速度,使热影响区韧性下降,所以需要避免不必要的提高预热温度,包括屋间温度,因此有最低预热温度;通过实验后确定钢材的焊接热输入的最大允许值,然后根据最大热输入时冷裂纹倾向再来考虑,是否需要采取预热和预热温度大小,包括最高预热温度;8同一牌号的中碳调质钢分别在调质状态和退火状态进行焊接时焊接工艺有什么差别为什么中碳调质钢一般不在退火的状态下进行焊接在调质状态下焊接：若为消除热影响区的淬硬区的淬硬组织和防止延迟裂纹产生,必须适当采用预热,层间温度控制,中间热处理,并焊后及时进行回火处理,若为减少热影响的软化,应采用热量集中,能量密度越大的方法越有利,而且焊接热输入越小越好;在退火状态下焊接：常用焊接方法均可,选择材料时,焊缝金属的调质处理规范应与母材的一致,主要合金也要与母材一致,在焊后调质的情况下,可采用很高的预热温度和层间温度以保证调质前不出现裂纹; 因为中碳调质钢淬透性、淬硬性大,在退火状态下焊接处理不当易产生延迟裂纹,一般要进行复杂的焊接工艺,采取预热、后热、回火及焊后热处理等辅助工艺才能保证接头使用性能;9. 低温钢用于-40度和常温下使用时在焊接工艺和材料上选择是否有所差别为什么答：低温钢为了保证焊接接头的低温脆化及热裂纹产生要求材料含杂质元素少,选择合适的焊材控制焊缝成分和组织形成细小的针状铁素体和少量合金碳化物,可保证低温下有一定的AK要求; 对其低温下的焊接工艺选择采用SMAW时用小的线能量焊接防止热影响区过热,产生WF 和粗大M,采用快速多道焊减少焊道过热;采用SAW时,可用振动电弧焊法防止生成柱状晶;10、分析热轧钢和正火钢的强化方式和主强化元素又什么不同,二者的焊接性有何差别在制定焊接工艺时要注意什么问题答：热轧钢的强化方式有：1固溶强化,主要强化元素：Mn,Si;2细晶强化,主要强化元素：Nb,V;3沉淀强化,主要强化元素：Nb,V.；正火钢的强化方式焊接性：热轧钢含有少量的合金元素,碳当量较低冷裂纹倾向不大,正火钢含有合金元素较多,淬硬性有所增加,碳当量低冷裂纹倾向不大;热轧钢被加热到1200℃以上的热影响区可能产生粗晶脆化,韧性明显降低,而是、正火钢在该条件下粗晶区的V析出相基本固溶,抑制A长大及组织细化作用被削弱,粗晶区易出现粗大晶粒及上贝氏体、M-A等导致韧性下降和时效敏感性增大;制定焊接工艺时根据材料的结构、板厚、使用性能要求及生产条件选择焊接方法;11、低碳调质钢和中碳调质钢都属于调质钢,他们的焊接热影响区脆化机制是否相同为什么低碳钢在调质状态下焊接可以保证焊接质量,而中碳调质钢一般要求焊后热处理答：低碳调质钢：在循环作用下,t8/5继续增加时,低碳钢调质钢发生脆化,原因是奥氏体粗化和上贝氏体与M-A组元的形成;中碳调质钢：由于含碳高合金元素也多,有相当大淬硬倾向,马氏体转变温度低,无自回火过程,因而在焊接热影响区易产生大量M组织大致脆化;低碳调质钢一般才用中、低热量对母材的作用而中碳钢打热量输入焊接在焊后进行及时的热处理能获得最佳性能焊接接头.12、珠光体耐热钢的焊接性特点与低碳调质钢有什么不同珠光体耐热钢选用焊接材料的原则与强度用钢有什么不同why答：珠光体耐热钢和低碳调质钢都存在冷裂纹,热影响区硬化脆化以及热处理或高温长期使用中的再热裂纹,但是低碳调质钢中对于高镍低锰类型的刚有一定的热裂纹倾向,而珠光体耐热钢当材料选择不当时才可能常产生热裂纹;珠光体耐热钢在选择材料上不仅有一定的强度还要考虑接头在高温下使用的原则,特别还要注意焊接材料的干燥性,因为珠光体耐热钢是在高温下使用有一定的强度要求;第四章不锈钢及耐热钢的焊接不锈钢：指在大气环境下及有侵蚀性化学介质中使用的钢;耐热钢：包括抗氧化钢和热强钢;抗氧化钢指在高温下具有抗氧化性能的钢,对高温强度要求不高; 热强钢：指在高温下即具有抗氧化能力,又要具有高温强度;热强性：指在高温下长时工作时对断裂的抗力持久强度,或在高温下长时工作时抗塑性变形的能力蠕变抗力;※部分概念：1．铬当量：在不锈钢成分与组织间关系的图中各形成铁素体的元素,按其作用的程度折算成Cr元素以Cr的作用系数为1的总和,即称为Cr当量;2．镍当量：不锈钢成分与组织间关系的图中各形成奥氏体的元素按其作用的程度,折算成Ni元素以Ni的作用系数为1的总和,即称为Ni当量;3. 4750 C脆化: 高铬铁素体不锈钢在400~540度范围内长期加热会出现这种脆性,由于其最敏感的温度在475度附近,故称475度脆性,此时钢的强度、硬度增加,而塑性、韧性明显下降;4.凝固模式：凝固模式首先指以何种初生相γ或δ开始结晶进行凝固过程,其次是指以何种相完成凝固过程;四种凝固模式：以δ相完成凝固过程,凝固模式以F表示；初生相为δ,然后依次发生包晶反应和共晶反应,凝固模式以FA表示；初生相为γ,然后依次发生包晶反应和共晶反应,凝固模式以AF表示；初生相为γ,直到凝固结束不再发生变化,用A表示凝固模式;5.应力腐蚀裂纹：在应力和腐蚀介质共同作用下,在低于材料屈服点和微弱的腐蚀介质中发生的开裂形式6. σ相脆化: σ相是一种脆硬而无磁性的金属间化合物相,具有变成分和复杂的晶体结构;25-20钢焊缝在800～875℃加热时,γ向σ转变非常激烈;在稳定的奥氏体钢焊缝中,可提高奥氏体化元素镍和氮,克服σ脆化;7、晶间腐蚀：在晶粒边界附近发生的有选择性的腐蚀现象;8、贫铬机理：过饱和固溶的碳向晶粒边界扩散;与边界附近的铬形成铬的碳化物CR23C16或Fe、Cr C6并在晶界析出,由于碳比铬扩散的快的多,铬来不及从晶内补充到晶界附近,以至于邻近晶界的晶粒周边层Cr的质量分数低于12%,即所谓“贫铬”现象奥氏体钢产生热裂纹的原因1、奥氏体钢的导热系数小和线胀系数大,在焊接局部加热和冷却条件下,接头在冷却过程中可形成较大的拉应力;3、奥氏体钢及焊缝的合金组成复杂,不仅S、P、Sn、Sb之类会形成易溶液膜,一些合金元素因溶解度有限如Si、Nb,也可能形成易溶共晶;选择焊接材料注意问题：1、应坚持“适用性原则”;2、根据所选各焊接材料的具体成分来确定是否适用;3、考虑具体应用的焊接方法和工艺参数可能造成的熔合比大小;4、根据技术条件规定的全面焊接性要求来确定合金化程度5、不仅要重视焊缝金属合金系统,而且要注意具体合金成分在该合金系统中的作用；不仅考虑使用性能的要求,要考虑防止焊接缺陷的工艺焊接性要求;焊接工艺要点：134页1、合理选择焊接方法2、控制焊接参数3、接头设计合理性应给予足够的重视4、尽可能控制焊接工艺的稳定以保证焊缝金属成分稳定5、控制焊缝成形6、防止工件表面污染马氏体不锈钢焊前热处理和焊后热处理的特点：答：采用同质焊缝焊接马氏体不锈钢时,为防止接头形成冷裂纹,易采取预热措施;预热温度的选择与材料的厚度,填充金属的种类,焊接方法和接头的拘束度有关,其中与碳含量关系最大;马氏体不锈钢预热温度不宜过高,否者使奥氏体晶粒粗大,并且随冷却温度降低,还会形成粗大铁素体加晶界碳化物组织,使焊接接头塑性和强度均有所下降;焊后热处理的目的是降低焊缝和热影响区的硬度,改善其塑性和韧性,同时减少焊接残余应力; 焊后热处理必须严格限制焊件的温度,焊件焊后不可随意从焊接温度直接升温进行回火热处理;3. 18-8型不锈钢焊接接头区域在那些部位可能产生晶间腐蚀,是由于什么原因造成如何防止答：18-8型焊接接头有三个部位能出现腐蚀现象：{1}焊缝区晶间腐蚀产生原因根据贫铬理论,碳与晶界附近的Cr形成Cr23C6,并在在晶界析出,导致γ晶粒外层的含Cr量降低,形成贫Cr层,使得电极电位下降,当在腐蚀介质作用下,贫Cr层成为阴极,遭受电化学腐蚀；{2}热影响区敏化区晶间腐蚀是由于敏化区在高温时易析出铬的碳化物,形成贫Cr层,造成晶间腐蚀；{3}融合区晶间腐蚀{刀状腐蚀};只发生在焊Nb或Ti的18-8型钢的融合区,其实质也是与M23C6沉淀而形成贫Cr有关,高温过热和中温敏化连过程依次作用是其产生的的必要条件; 防止方法：{1}控制焊缝金属化学成分,降低C%,加入稳定化元素Ti、Nb；{2}控制焊缝的组织形态,形成双向组织{γ+15%δ}；{3}控制敏化温度范围的停留时间；{4}焊后热处理：固溶处理,稳定化处理,消除应力处理;5. 奥氏体钢焊接时为什么常用“超合金化”焊接材料答：为提高奥氏体钢的耐点蚀性能,采用较母材更高Cr、Mo含量的“超合金化”焊接材料;提高Ni含量,晶轴中Cr、Mo的负偏析显着减少,更有利于提高耐点蚀性能;6. 铁素体不锈钢焊接中容易出现什么问题焊条电弧焊和气体保护焊时如何选择焊接材料在焊接工艺上有什么特点答：易出现问题：{1}焊接接头的晶间腐蚀；{2}焊接接头的脆化①高温脆性②σ相脆化③475℃脆化; SMAW要求耐蚀性：选用同质的铁素体焊条和焊丝；要求抗氧化和要求提高焊缝塑性：选用A焊条和焊丝; CO2气保焊选用专用焊丝H08Cr20Ni15VNAl; 焊接工艺特点：{1}采用小的q/v,焊后快冷——控制晶粒长大；{2}采用预热措施,T℃<=300℃——接头保持一定ak；{3}焊后热处理,严格控制工艺——消除贫Cr区;{4}最大限度降低母材和焊缝杂质——防止475℃脆性产生；{5}根据使用性能要求不同,采用不同焊材和工艺方法;9. 双相不锈钢的成分和性能特点,与一般A不锈钢相比双相不锈钢的焊接性有何不同在焊接工艺上有什么特点答：双相不锈钢是在固溶体中F和A相各占一半,一般较少相的含量至少也要达到30%的不锈钢;这类钢综合了A不锈钢和F不锈钢的优点,具有良好的韧性、强度及优良的耐氧化物应力腐蚀性能; 与一般A不锈钢相比：{1}其凝固模式以F模式进行；{2}焊接接头具有优良的耐蚀性,耐氯化物SCC性能,耐晶间腐蚀性能,但抗H2S的SCC性能较差;{3}焊接接头的脆化是由于Cr的氮化物析出导致；{4}双相钢在一般情况下很少有冷裂纹,也不会产生热裂纹; 焊接工艺特点：{1}焊接材料应根据“适用性原则”,不同类型的双向钢所用焊材不能任意互换,可采取“适量”超合金化焊接材料；{2}控制焊接工艺参数,避免产生过热现象,可适当缓冷,以获得理想的δ/γ相比例；{3}A不锈钢的焊接注意点同样适合双相钢的焊接;10、不锈钢焊接时,为什么要控制焊缝中的含碳量如何控制焊缝中的含碳量答：焊缝中的含碳量易形成脆硬的淬火组织,降低焊缝的韧性,提高冷裂纹敏感性;碳容易和晶界附近的Cr结合形成Cr的碳化物Cr23C6,并在晶界析出,造成“贫Cr”现象,从而造成晶间腐蚀;选择含碳量低的焊条和母材,在焊条中加入Ti,Zr,Nb,V等强碳化物形成元素来降低和控制含氟中的含碳量;11、简述奥氏体不锈钢产生热裂纹的原因在母材和焊缝合金成分一定的条件下,焊接时应采取何种措施防止热裂纹答：产生原因：{1}奥氏体钢的热导率小,线膨胀系数大,在焊接局部加热和冷却条件下,接头在冷却过程中产生较大的拉应力；{2}奥氏体钢易于联生结晶形成方向性强的柱状晶的焊缝组织,有利于杂质偏析,而促使形成晶间液膜,显然易于联生结晶形成方向性强的柱状晶的焊缝组织,有利于杂质偏析,而促使形成晶间液膜,显然易于促使产生凝固裂纹；{3}奥氏体钢及焊缝的合金组成较复杂,不仅S、P、Sn、Sb之类杂质可形成易溶液膜,一些合金元素因溶解度有限{如Si、Nb},也易形成易溶共晶;防止方法：{1}严格控制有害杂质元素{S、P —可形成易溶液膜};{2}形成双向组织,以FA模式凝固,无热裂倾向；{3}适当调整合金成分：Ni<15%,适当提高铁素体化元素含量,使焊缝δ%提高,从而提高抗裂性；Ni>15%时,加入Mn、W、V、N和微量Zr、Ta、Re{<%}达到细化焊缝、净化晶界作用,以提高抗裂性；{4}选择合适的焊接工艺;12、何为“脆化现象”铁素体不锈钢焊接时有哪些脆化现象,各发生在什么温度区域如何避免答：“脆化现象”就是材料硬度高,但塑性和韧性差;现象：{1}高温脆性：在900~1000℃急冷至室温,焊接接HAZ的塑性和韧性下降;可重新加热到750~850℃,便可恢复其塑性;{2}σ相脆化：在570~820℃之间加热,可析出σ相;σ相析出与焊缝金属中的化学成分、组织、加热温度、保温时间以及预先冷变形有关;加入Mn使σ相所需Cr的含量降低,Ni能使形成σ相所需温度提高;{3}475℃脆化：在400~500℃长期加热后可出现475℃脆性适当降低含Cr量,有利于减轻脆化,若出现475℃脆化通过焊后热处理来消除;。

贝氏体钢的研究现状与发展前景现在随着科技的发展，社会对对各种材料的需求在举荐的增多，对材料的性能的要求越来越严格，越来越宽广。

然而，钢材是材料的一项大户，所以钢的发展对于才材料发展至关重要，推动整个材料界的发展。

钢铁在热处理过程中的转变主要有三类：1.在较高温度范围的转变是扩散型的，即通过单个原子的独立无规则运动，改变组织结构，其转变产物称之为珠光体，强度低，塑性好；2.钢从高温激冷到低温(Ms温度以下)的转变是切变型的。

即原子阵列式地规则移动，不发生扩散，其转变产物称为马氏体，它具有高强度，但很脆，一般通过回火进行调质；3.介于上述二者之间，在中间温度范围的转变；以其发现者贝茵(Bain)命名称为贝氏体相变，具有贝氏体组织的钢叫贝氏体钢。

同时，很多重要的有色合金，如铜合金、钛合金等都具有和钢铁相似的贝氏体相变。

其中钢中的贝氏体相变是发生在共析钢分解和马氏体相变温度范围之间的中温转变。

鉴于贝氏体相变是固态材料中主要相变形式之一，其转变机制是材料科学理论的重要组成部分。

贝氏体钢和具有贝氏体组织的材料已用于铁路、交通、航空、石油、矿山、模具等国民经济重要部门，并在不断扩大，有可能发展成为下一代高强度结构材料的主要类型之一，因此对其基础和应用基础的研究显得尤为紧迫。

关于贝氏体相变时铁原子的运动方式，最初由柯俊教授等在50年代开展了研究。

认为铁原子的以阵列式切变位移方式(与马氏体相似)转变成新的原子排列的，而溶解的碳原子则发生了超过原子间距的长程扩散进入尚未转变的残留相或在新结构中析出碳化物。

上述切变位移机制已被欧洲、日本和美国这一领域的主要学者所接受，形成了“切变学派”。

但是这个观点，从60年代起受到了美国卡内基麦隆大学学派的挑战，后者认为贝氏体是依靠铁原子扩散和常见的表面台阶移动方式生成的。

在过去的30年中，由于实验研究手段的限制，问题一直未能解决，两个学派陷于相持不下的局面。

鉴于贝氏体转变机制是目前国际上两大学派的争论焦点，澄清这一争论不仅对贝氏体转变及相变理论将是一次重大突破，对贝氏体钢及合金的应用也将起到重要的指导作用。

各种合金元素对焊缝金属性能的影响分析如下。

C 含量对焊缝的强韧性及其组织组成有较大的影响。

当C 含量较低时，焊缝强度较低，焊缝金属中铁素体比例较高。

当 C 含量过高时，焊缝韧性下降，焊缝中珠光体比例增加，因此 C 含量过高或过低均会影响焊缝中针状铁素体含量。

焊丝中C含量宜控制在0.04~0.12%范围内。

Si 元素在焊缝中的含量控制在0.3%以下时韧化效果较好，裂纹敏感性较低。

由于焊剂及母材含Si 量一般较高，焊丝中的含Si 量应控制在较低水平。

Mn 是焊缝强韧化的有效元素，在焊缝中有利于脱氧，防止引起热裂纹的铁硫化物的形成。

焊缝中含有较高的Mn 时，焊缝针状铁素体的转变起始温度低，转变温度范围大，最终可提高焊缝中针状铁素体体积比。

焊丝中Mn 控制在1.20~2.00%。

Ni 有利于提高焊缝金属的韧性尤其是低温冲击韧性，降低脆性转变温度。

Ni能减少先共析铁素体含量并改善焊缝韧性。

Ni 含量太高时，焊丝强度及硬度过高，低温冲击韧性显著下降。

Ni 含量过高还导致焊缝与母材成分差别大，同时焊丝成本增加。

Cr 元素有利于提高焊缝中针状铁素体含量，减少先共析铁素体，并有细化铁素体晶粒的作用，提高焊缝强韧性。

Mo 元素能有效提高焊缝的强度。

但是当焊缝中Mo 含量超过0.6%时，低温冲击韧性将明显下降。

Cu 在焊缝金属中的作用与其含量有关，当Cu 含量小于0.5%时，以固溶硬化方式起强化作用。

Ti、B 元素：焊缝中适量的Ti 可形成大量弥散分布的细小TiN 或Ti2O3质点，这些质点可以作为焊缝凝固时针状铁素体的非均质形核核心，促使焊缝中形成大量细针状铁素体。

焊丝中加入Ti 可以细化焊缝金属组织。

焊缝金属中Ti 合适量为0.01~0.04%。

焊丝中加入0.002~0.012% B，可使焊缝中 B 含量控制在0.001~ 0.004%，固溶的 B 在奥氏体晶界聚集降低晶界能量，抑制先共析铁素体和侧板条马氏体的形成。

Electric Welding Machine·57·第51卷 第4期2021年4月Electric Welding MachineVol.51 No.4Apr. 2021本文参考文献引用格式：白建斌，董海青，朱海滨，等. 9Ni 钢及其焊材发展现状[J]. 电焊机，2021，51（4）：57-61.9Ni 钢及其焊材发展现状0 前言 天然气是一种高效、优质的绿色燃料，是现在已知最为清洁的石化能源。

近年来，我国天然气的消耗量逐年大幅上升，它作为绿色能源将逐步替代煤炭和石油。

9Ni 钢因其优良的低温韧性和较低的脆变温度，满足LNG 储罐-196 ℃的工作温度，是LNG 储存和运输的首选材料。

9Ni 钢及其配套焊材已成为行业的又一焦点。

1　9Ni 钢概述1.1　9Ni 钢发展现状与应用 1944年9Ni 钢由美国国际镍公司开发完成，1952 年美国建造了第一个以9Ni 钢为内罐材料的LNG 储罐。

1956年，9Ni 钢得到了ASTM 认证，可用于超低温场合。

1960年，在实际生产中证明了 9Ni 钢在不进行焊后热处理时也能满足 LNG 储罐安全收稿日期：2020-08-19；修回日期：2020-12-03作者简介：白建斌（1995—），男，学士，主要从事焊接材料的相关研究。

E-mail：****************。

性能后，9Ni 钢开始大批量应用于大型LNG 储罐的制造。

20世纪70年代后期，世界范围内能源需求急剧增加，煤炭、石油等能源引发的环境污染越来越严重，天然气作为绿色能源受到了重视，LNG 储罐的数量呈几何数增加，并向大型化发展。

1965年，法国以9Ni 钢为主要材料建造了 “ Jule Verne ”号LNG 油轮。

1969年日本横滨根岸港建造3.5万m 3和4.5万m 3的大型 LNG 储罐，日本9Ni 钢的研究和应用从此开始大规模发展。

1977年，日本制定了关于9Ni 钢的标准JIS G3127。

中碳无碳化物贝氏体钢组织和性能研究本文以六种中碳贝氏体钢为研究对象,探讨了成分设计、热处理工艺和微结构演变对中碳贝氏体钢的强度、塑性、韧性、磨损和疲劳性能的影响及规律本质。

探索出在中碳34SiMnCrAlMoNi钢中获得无碳化物上贝氏体、下贝氏体和低温贝氏体组织的热处理工艺。

转变温度T&gt;Ms+75°C得到的贝氏体组织是上贝氏体,上贝氏体组织主要由链状贝氏体铁素体与小块状残余奥氏体构成;Ms+10°C&lt;T&lt;Ms+75°C温度区间等温转变得到的贝氏体组织为下贝氏体,T&lt;Ms+10°C温度区间得到的贝氏体组织为低温贝氏体,两者均由贝氏体铁素体和残余奥氏体组成,前者残余奥氏体呈片状,后者残余奥氏体呈薄膜状。

力学性能测试表明温度越低综合性能越高。

对三种形态的贝氏体组织循环变形行为进行了研究,发现残余奥氏体诱发马氏体相变和初始高的位错密度共同提高低温贝氏体的初始加工硬化能力。

在总应变幅控制下,低温贝氏体相比下贝氏体和上贝氏体组织具有最高的疲劳寿命,组织中最细的贝氏体铁素体板条和大比例的大角度错配角对其有积极的影响。

在上贝氏体中,残余奥氏体和贝氏体铁素体之间较高的协调变形能力以及高的均匀延伸率有利于塑性应变幅下疲劳寿命的提高。

对比研究了含Si+Al合金化无碳化物贝氏体34SiMnCrAlMoNi钢和不含Si+Al合金的有碳化物贝氏体34MnCrMoNi钢的转变动力学,表明前者孕育期长转变快,后者孕育期短转变慢。

Si和Al元素降低C的扩散,使C在钢中分布相对趋于均匀,从而推迟了贝氏体相变过程中先析出相贝氏体铁素体的形成。

而较大的贝氏体铁素体转变量和较低的转变驱动力是造成有碳化物转变时间长的主要原因。

相比由贝氏体铁素体、碳化物和微量的残余奥氏体组成的含碳化物贝氏体组织,由贝氏体铁素体和残余奥氏体组成的无碳化物贝氏体具有较高的强度和韧性,Si和Al元素起到固溶强化作用的同时,由它们导致较多残余奥氏体的存在对韧性起到积极的作用。

低碳调质钢的焊接一、低碳调质钢典型钢种成分及性能热扎和正火条件下，钢中通过增加合金元素的含量来提高强度，其结果是塑性和韧性降低，而且随着强度提高越多，塑性和韧性降低越多。

当钢中合金元素含量超过一定范围后会出现韧性的大幅度下降。

因此，抗拉强度大于600MPa的高强钢一般都需要调质处理。

因此低碳调质钢提高强度不单纯通过合金强化，还要通过热处理——调质强化处理。

钢中一般加入Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Ti等元素，目的是保证足够的淬透性和马氏体回火稳定性，使珠光体和贝氏体转变推迟，使马氏体转变的临界冷却速度下降大。

常用的低碳调质钢为了获得良好的综合性能和焊接性，一般含碳量不大于0.18％，这样通过淬火和回火(即调质处理)得到回火索氏体和回火马氏体组织，使之具有较高的强度和良好的塑性。

另外，除了取决于化学成分外，还要执行正确的热处理制度。

一般为奥氏体化—淬火—回火，也有少数钢采用奥氏体化—正火—回火。

低碳调质钢的特性是具有较高的强度(屈服强度490～980MPa)，并有良好的塑性、韧性和耐磨性。

钢中强度级别不同加入的合金元素及其含量也不同。

成分：抗拉强度σb:1.600Mpa Si-Mn 和Si-Mn基础上加少量Cr、Ni、Mo、V2.700Mpa Si-Mn-Cr-Ni-Mo加少量V，合金元素加入量较600高具有较好的冲击韧性，用于低温服役的焊接结构，露天煤矿大型挖掘机3.800Mpa Si-Mn-Cr-Ni-Mo-Cu-V系并加入一定的B工程机械、矿山机械。

推土机、工程起重机、重型汽车4.1000Mpa同800Mpa合金加入较多，为保证韧性加入Ni较多工程机械高耐磨件，核动力装置、航空航天装备上二、低碳调质钢的可悍性分析低碳调质钢含碳量低，合金成分的确定也都考虑了材料的可焊性，其工艺要求基本与正火钢相似．差别是这类钢通过调质强化，故在焊接接头热影响区除了脆化外还有软化问题。

（一）热裂纹低碳调质钢中S、P杂质控制严，含C量低、含Mn量较高．因此热裂纹倾向较小。