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焊缝晶粒评定标准-概述说明以及解释1.引言1.1 概述焊缝晶粒是焊接工艺中一个非常重要的指标，它直接影响着焊接接头的质量和性能。
焊缝晶粒的大小、形状和分布情况对焊接接头的力学性能、耐蚀性能以及耐热性能等都有着重要影响。
因此，对焊缝晶粒进行评定是非常必要的。
本文旨在探讨焊缝晶粒评定标准的制定和应用，通过系统性的研究，为焊接工艺提供更加科学和规范的指导，同时提高焊接接头的质量和可靠性。
1.2 文章结构：本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将首先概述焊缝晶粒评定标准的重要性，然后介绍文章的结构和目的。
接下来在正文部分，将详细探讨焊缝晶粒的重要性、焊缝晶粒评定标准的制定以及其应用。
最后在结论部分，将对整篇文章进行总结，展望未来可能的研究方向，最后给出结论。
通过以上结构，全面系统地介绍焊缝晶粒评定标准的相关内容，希望能为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。
1.3 目的本文的主要目的是探讨焊缝晶粒评定标准的重要性以及其在焊接工艺中的应用。
通过对焊缝晶粒的评定标准进行深入研究和分析，可以帮助焊接人员更准确地评估焊缝的质量和性能，提高焊接工艺的可靠性和稳定性。
同时，通过明确焊缝晶粒评定标准的制定和应用，可以为焊接行业提供统一的标准和规范，促进焊接技术的进步和发展。
因此，本文旨在深入探讨焊缝晶粒评定标准的意义和作用，为相关领域的研究和应用提供参考和借鉴。
2.正文2.1 焊缝晶粒的重要性焊缝晶粒是焊接过程中形成的晶粒结构，对于焊接接头的性能和质量起着至关重要的作用。
焊接过程中，焊缝晶粒的大小、形状和分布对接头的强度、塑性、韧性和耐腐蚀性等性能有着直接影响。
首先，焊缝晶粒的大小会影响焊接接头的强度。
晶粒越细小，焊接接头的强度就越高，因为细小的晶粒界面面积更大，可以承受更大的应力。
相反，晶粒越粗大，焊接接头的强度就会降低。
其次，焊缝晶粒的形状也会影响焊接接头的塑性和韧性。
正常情况下，细小且均匀分布的晶粒可以提高焊接接头的塑性和韧性，使其具有更好的抗拉伸、抗弯曲和抗冲击能力。
累积叠轧焊法制备超细晶材料的组织与性能研究累积叠轧焊是一种制备超细晶金属板材的新型剧烈塑性变形加工方法,金属板材通过循环累积叠轧的方法使金属材料获得超大压下量,从而实现材料在强加工下的良好结合,并细化金属组织,大幅度提高材料的性能。
本研究利用1060工业纯铝进行累积叠轧焊实验,采用室温同向轧制(路径A)、室温逆向轧制(路径B)及热处理后同向轧制(路径C)等不同工艺路线,对比分析各种轧制工艺路径下的1060工业纯铝变形后的组织与性能变化。
并对路径A试样进行热处理实验,分析热处理对超细晶工业纯铝组织与性能的影响。
研究结果表明:三种轧制工艺路径均可实现细化晶粒、改善强度的目的。
但路径A的晶粒细化效果比路径B的晶粒细化明显;ARB7道次后,采用路径A 试样的显微组织由拉长的细小纤维状晶粒组成,路径B试样超细晶多为易获得扁平等轴晶。
晶粒尺寸为:路径A是470nm,路径B是680nm。
材料的抗拉强度、显微硬度、延伸率随轧制道次的增加,变化曲线趋势基本相同,但路径A试样的强度值最大,路径C试样的拉伸性能较好。
路径A累积轧制5道次1060工业纯铝的综合力学性能较好,抗拉强度提高到210MPa是母材的2.41倍,显微硬度78.5HV是母材的2.2倍,延长率9.3%是母材的0.21倍。
路径A的试样经150℃×1h热处理后,与室温比较,晶粒尺寸未发生明显的变化,且改善了材料层间界面的结合强度,使抗拉强度略有增加。
路径A累积轧制5道次后试样在200℃以下×1h热处理时,显微组织处于回复阶段,晶粒尺寸在0.47μm～0.58μm范围内,机械性能稳定。
论文也对累积叠轧焊材料界面复合和晶粒细化机理进行了初步探讨。
第27卷 第6期2007年12月航 空 材 料 学 报J OURNA L O F A ERONAU T ICAL MAT ER I AL SV o l 27,N o 6 D ecember 2007TC4钛合金线性摩擦焊接头的冲击韧性及断口特征马铁军1, 张学军2, 杨思乾1, 张 勇1, 张云霞1(1 西北工业大学材料学院,西安710072;2 北京航空材料研究院,北京100095)摘要:在自制的XMH 160型线性摩擦焊机上利用先期试验优化的规范参数进行TC4线性摩擦焊接试验。
对焊后试件进行冲击试验研究,冲击试件基本沿母材断裂。
观察冲击试件的宏观和微观断口,并分析接头的金相组织。
结果表明,焊缝超细晶组织所具有的高断裂应力是焊接接头冲击韧性值高于母材的主要原因。
关键词:TC4钛合金;线性摩擦焊;冲击韧性;断口中图分类号:TG453+ 9 文献标识码:A 文章编号:1005 5053(2007)06 0040 05收稿日期:2006 12 14;修订日期:2007 03 28基金项目:航空科学基金资助项目(20061153015)作者简介:马铁军(1972 ),男,副教授,主要从事压力焊理论与质量控制方面的研究工作,(Em a il)m atiejun@n wpu edu cn 。
线性摩擦焊(LF W )是使两焊件产生相对直线往复摩擦运动,在热 力耦合的作用下获得固相接头的一种焊接方法。
它扩展了摩擦焊接方法的应用领域,可实现非圆截面构件的摩擦焊接,具有固相焊接的一系列优点,能在无保护条件下获得钛合金等有色金属的高质量焊接接头。
国外已将线性摩擦焊技术成功用运于航空发动机整体叶盘制造与维修中[1]。
TC4钛合金是制造航空发动机叶盘的重要材料,国外已有一些关于TC4钛合金线性摩擦焊方面的研究报导。
研究表明[2],TC4钛合金线性摩擦焊接头的静态机械性能,如抗拉强度 b 、屈服强度 s 、延伸率 5及断面收缩率 均超过了母材。
科技成果——超细晶高性能镁合金管材、型材及
板材成形技术
技术开发单位沈阳工业大学
所属领域先进制造、新材料
成果简介
沈阳工业大学材料研发中心经过多年研究，成功研制出高性能各种尺寸规格以及各类镁合金管材、型材及板材成形技术；例如：AZ91D 管材抗拉强度可以达到400MPa，伸长率大于18%，镁合金板材可以室温冲压成形。
应用范围
汽车保险杠、天窗及导轨、遮阳架、仪表盘；自行车架、前叉及踏板；摩托车架、扶手及减震系统；手机外壳、笔记本外壳等。
技术特点
（1）尺寸精度高；
（2）力学性能高；
（3）表面质量好；
（4）整体刚度好；
（5）材料利用率高。
专利情况获1项发明专利，正在申请2项发明专利。
技术水平国际先进
生产及使用条件
该技术产业生产条件优异，无污染，劳动强度低；使用条件主要
与镁合金焊接技术以及CNC加工技术结合，替代铝合金产品，加工性能及焊接性好、质量轻、金属质感好，能耗低。
市场前景
目前采用镁合金管材以及型材替代铝合金是发展趋势，在汽车、摩托车、自行车等交通工具、航天航空、3C产业、军工以及建筑业有着广阔的发展前景，其附加值远远高于铝合金产品。
合作方式
技术转让、技术咨询、技术开发、技术服务、技术入股等。
应用情况
已应用产品包括镁合金管、镁合金型材、镁合金板材。
两种规格超细晶粒钢的激光焊接
彭云;王成;陈武柱;田志凌
【期刊名称】《焊接学报》
【年(卷),期】2001(022)001
【摘要】超细晶粒钢依靠生成微米级或亚微米级的铁素体，使钢的强度和韧性大大提高。
本文分析了超细晶粒钢的焊接性及激光焊接的特点，进行了超细晶粒钢的激光焊接试验，并与等离子弧焊接、MAG焊接进行了比较。
超细晶粒钢激光焊接接头粗晶区有较好的韧性。
采用较小的激光功率并配合较慢的焊接速度，可减小粗晶区硬化倾向。
终轧温度较高的SS400钢激光焊接接头强度高于母材。
深度轧制钢激光焊接接头出现再结晶软化区，当软化区宽度较窄时，不影响整体接头强度。
SS400钢和深度轧制钢激光焊接接头均有好的弯曲塑性。
【总页数】5页(P31-35)
【作者】彭云;王成;陈武柱;田志凌
【作者单位】清华大学机械工程系,;清华大学机械工程系,;清华大学机械工程系,;北京钢铁研究总院,
【正文语种】中文
【中图分类】TG457
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电弧焊接接头的晶粒细化研究与优化引言：电弧焊接是一种常用的金属连接方法，广泛应用于船舶、桥梁、压力容器等工业领域。
然而，焊接接头的强度和韧性往往受到晶粒尺寸的影响。
因此，研究电弧焊接接头的晶粒细化问题，对于提高焊接接头的性能具有重要意义。
1. 电弧焊接接头的晶粒生长机制电弧焊接过程中，焊接区域的温度会迅速升高，达到金属的熔点甚至更高。
在这种高温条件下，金属晶粒会发生生长和再结晶的过程。
晶粒的生长机制可分为两种：晶粒边界扩张和晶粒内部再结晶。
晶粒边界扩张是指晶界的移动，从而使晶粒尺寸增大。
晶粒内部再结晶是指晶粒内部的原子重新排列，形成新的晶粒。
2. 影响电弧焊接接头晶粒细化的因素2.1 焊接参数焊接参数包括焊接电流、焊接电压、焊接速度等。
这些参数会直接影响焊接区域的温度分布和冷却速率，从而影响晶粒的生长和再结晶。
通常情况下，较低的焊接电流和较快的焊接速度有利于晶粒细化。
2.2 焊接材料焊接材料的成分和纯度也会对晶粒尺寸产生影响。
一般来说，杂质元素的存在会促进晶粒的生长，而高纯度的材料则有利于晶粒细化。
2.3 焊接热输入焊接热输入是指焊接过程中传递给工件的热量。
过高的热输入会导致焊接区域的温度过高，晶粒生长过快，从而影响晶粒细化效果。
3. 晶粒细化的方法与优化策略3.1 添加晶粒细化剂晶粒细化剂是一种能够促进晶粒细化的物质。
常用的晶粒细化剂包括钛、铌、铝等元素。
这些元素可以在焊接过程中与熔池中的金属发生反应，形成细小的晶核，从而促进晶粒细化。
3.2 控制焊接参数通过合理控制焊接参数，可以调节焊接区域的温度分布和冷却速率，从而实现晶粒细化的目的。
例如，降低焊接电流和提高焊接速度可以有效减缓晶粒的生长速率，促进晶粒细化。
3.3 优化热处理工艺焊接后的热处理可以进一步改善晶粒细化效果。
常用的热处理方法包括退火和正火。
退火可以通过加热和冷却的过程，使晶粒再结晶，从而实现晶粒细化。
正火则是将焊接接头加热至适当温度，保持一段时间后冷却，以消除残余应力和提高接头性能。
超细晶粒钢焊接性分析1．超细晶粒钢随着现代工业和科学技术的发展, 建筑、机械、汽车、铁路、船舶、海洋等各行业对钢铁材料的性能提出了越来越高的要求。
大量研究表明晶粒细化处理是能够同时提高材料强度和韧性的最佳强化机制。
自20世纪90年代以来,世界各主要钢产国相继开展了新一代钢铁材料的研究工作。
其中,以日本的“超级钢铁材料” 研究计划、中国的“新一代钢铁材料重大基础研究”和韩国的“ 21 世纪高性能结构钢”研究最为引人瞩目。
通过各种先进的材料制备技术把钢铁材料的组织细化到了微米级、亚微米级, 甚至纳米级,大幅度提高了钢铁材料的强度和韧性。
材料从传统的细晶细化到l um , 其强度可提高一倍以上, 并使钢的韧脆转变温度下降到-20℃以下, 显著改善钢的韧性。
新一代钢铁材料的主要特征表现为超细晶粒尺寸、高洁净度和高均匀性, 其强度和寿命比原同类钢种提高一倍, 是应用前景广泛的结构材料。
作为结构材料, 其焊接性的好坏是评价钢材使用性能的主要指标之一。
微米级超细晶粒钢是现阶段最接近实际生产和应用的结构材料, 对其焊接性的研究已成为热点问题之一。
2. 焊接性研究2.1 微米级超细晶粒钢的特点超细晶粒钢与同等强度的传统钢相比, 其强化手段不是通过增加碳含量和合金元素含量, 而是通过晶粒细化、相变强化、析出强化等相结合的方法来达到提高强韧性的目的。
为了获得超细晶粒钢, 目前已经发展了多种晶粒超细化处理工艺，主要有冶金处理细化、形变诱导铁素体相变细化、热处理细化、磁场或电场处理细化和新型热机械控制轧制(TMCP )技术细化等。
2.2 HAZ组织性能在新一代微合金高强高韧钢中,研究400 MPa和800 MPa两种强度级别的超细晶粒钢,400 MPa级细晶钢是指在普通Q235钢的基础上进行细化晶粒和纯净化处理,使其强度提高一倍,寿命增加一倍的新一代钢铁材料。
400 MPa级细晶钢焊接时,薄弱环节出现在HAZ,因细晶粒本身已使得晶粒长大驱动力很大(驱动力与晶粒尺寸成反比),又因400MPa的细晶钢中没有或含有极少碳、氮化物形成元素,所以其焊接热影响区有严重的晶粒长大倾向,粗大的晶粒将损害HAZ的性能,晶粒较粗大时,强度和韧性会随之下降。
编号毕业设计（论文）题目二级学院专业班级学生姓名学号指导教师职称时间目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1前言 (1)1.2 低合金高强钢的概述 (1)1.3 低合金高强钢的发展 (2)1. 4低合金高强钢的焊接研究现状 (3)1.4.1 焊接特点 (3)1.4.2 接头的组织性能研究 (4)1.4.3 焊接工艺 (5)1.4.4 焊缝强度匹配 (6)1.5课题的研究意义、内容及技术路线 (7)1.5.1本课题的研究意义 (7)1.5.2课题的研究内容及技术路线 (8)2 Q890钢焊接性分析及焊接工艺设计 (10)2.1 试验材料 (10)2.2 焊接理论分析 (10)2.2.1焊接冷裂纹敏感性 (11)2.2.2热裂纹敏感性 (12)2.2.3再热裂纹敏感性 (12)2.3 Q890钢的焊接工艺设计 (13)2.3.1 焊接方法的选择 (13)2.3.2 焊接材料的选择 (14)2.3.3 坡口形式的选择 (14)2.3.4 预热和层间温度 (15)2.3.5 焊接热输入量 (16)2.3.6后热温度的确定 (16)3 热输入对Q890钢焊接接头组织及性能影响分析 (18)3.1 试验方法 (18)3.1.1金相组织观察 (18)3.1.2扫描电镜实验 (19)3.1.3焊缝纵向拉伸实验 (19)3.1.4冲击试验 (20)3.1.5显微硬度测试 (20)3.2实验结果分析 (21)3.2.1接头宏观金相分析 (21)3.2.2接头显微组织分析 (24)3.2.3焊缝纵向拉伸实验 (34)3.2.4低温冲击试验及断口形貌分析 (35)3.2.5接头硬度分析 (43)4 结论 (47)致谢 (48)参考文献 (49)文献综述 (52)本文对Q890钢进行了热输入分别为9kJ/cm、12kJ/cm、15kJ/cm的熔化极气体保护焊焊接。
采用金相组织观察，显微硬度测试、扫描电镜、冲击、拉伸性能测试等分析方法对不同热输入条件下的接头组织、性能等进行了综合的对比及研究。
400mpa级超细晶粒钢的焊接摘要：对超细晶粒钢在焊接热循环作用下晶粒长大和组织、性能变化的规律进行了研究。
400MPa级钢由于不存在第Ⅱ相粒子对晶粒长大的钉扎作用，晶粒长大趋势明显，焊接热输入越大，长大程度越严重。
无论是焊接热模拟试件还是焊接接头硬度测试均表明HAZ不存在软化问题，接头拉伸试验断在远离热影响区的母材上。
HAZ粗晶区有较多的侧板条铁素体，但缺口冲击功未显示热影响区的冲机韧性低于母材，尽管试件断口分析说明粗晶区的韧性低于母材。
超细晶粒钢：焊接：晶粒长大：粗织0序言在国家重大规划基础研究项目"新一代钢铁材料重大基础研究"中，将通过晶粒超细化实现钢材强度韧性提高一倍的目标。
对于超细晶粒钢而言，热影响区（HAZ）晶粒粗化导致的性能恶化及不适当焊接热输入导致的HAZ软化将是最主要的问题。
研究焊接热循环对母材组织、性能的影响规律及研究适合超细晶粒钢的新型焊接技术和工艺是非常必要的。
日本在其"超级钢"规划中，将超级钢焊接技术作为三个研究主题之一，在800MPa级高强度课题中更将焊接置于极其重要的位置1,2]。
韩国在新世纪高性能结构钢中也非常重视超细晶粒钢的焊接问题3]，为使焊接接头具有90%以上的母材性能（强度、韧性），从焊接技术、焊接材料和焊接工艺三个方向全面开展工作。
作者对超细晶粒钢焊接热影响区晶粒长大规律进行了初步的研究，进行了脉冲MAG、激光焊等方法对超细晶粒钢的适应性研究，以及利用焊后特殊处理技术提高焊接接头性能的探索性研究工作。
1试验用超细晶粒钢及试验研究试验用材为400MPa级课题组在宝钢轧制的SS400热轧钢板，该材料的研究目标是通过晶粒细化使屈服强度提高一倍，板厚3mm，其化学成分和力学性能如表1和表2所示。
材料的原始铁素体尺寸为6~8μm。
在本研究中，用焊接热模拟试验研究了焊接热影响区的晶粒长大规律，研究了400MPa级超细晶粒钢的脉冲MAG焊接适应性、热影响区组织及焊接接头力学性能。
焊接细晶区和临界区区分依据
焊接细晶区和临界区是焊接过程中两个重要的概念，它们的区分依据如下：
1. 温度梯度，焊接细晶区是指在焊接过程中，由于热影响区内的温度梯度较大，使得晶粒尺寸细小的区域。
而临界区是指在焊接过程中，由于温度和冷却速率的影响，晶粒尺寸处于临界状态的区域。
2. 晶粒尺寸，焊接细晶区的晶粒尺寸通常比较小，这是由于在高温状态下，晶界迁移速度加快，从而形成细小的晶粒。
而临界区的晶粒尺寸处于临界状态，既不是特别细小也不是特别粗大。
3. 机械性能，焊接细晶区通常具有较高的硬度和脆性，容易发生热裂纹和冷裂纹，而临界区的机械性能介于焊接细晶区和基材之间，具有一定的韧性和强度。
4. 成分分布，焊接细晶区和临界区的成分分布也有所不同，由于温度梯度和冷却速率的影响，焊接细晶区和临界区的成分可能会发生偏析现象，导致局部成分的变化。
总的来说，焊接细晶区和临界区的区分依据主要包括温度梯度、晶粒尺寸、机械性能和成分分布等方面。
了解这些区分依据有助于
我们更好地理解焊接过程中的微观组织和性能变化，从而指导焊接
工艺的优化和控制。
材料焊接性分析一、焊接性概念材料在限定的焊接施工条件下，焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。
（国家标准）一是结合性能----工艺焊接性材料在焊接加工中是否容易形成接头或产生缺陷二是使用性能焊接完成的接头在一定使用条件下可靠运行的能二、研究焊接性的目的1查明指定材料在指定焊接工艺条件下可能出现的问题2确定焊接工艺的合理性或材料的改进方向三、影响焊接性的因素1材料因素2设计因素3工艺因素4服役环境四、评定焊接性的原则一是评定焊接接头产生工艺缺陷的倾向，为制定合理的焊接工艺提供依据；二是评定焊接接头能否满足结构使用性能要求五、评定焊接接头工艺缺陷的敏感性主要进行抗裂性试验，其中包括热裂纹试验、冷裂纹试验、消除应力裂纹试验和层状撕裂试验。
六、实焊类方法包含：裂纹敏感性试验、焊接接头的力学性能测试、低温脆性试验、断裂韧性试验、高温蠕变及持久强度试验。
（较小的焊件直接做试验，较大的实物缩小化）七、碳当量的间接估测法定义：可以把钢中合金元素的含量按相当于若干碳含量折算并叠加起来，作为粗略评定钢材冷裂纹倾向的参数指标，即所谓碳当量（CE或Ceq）。
焊接热影响区的淬硬及冷裂纹倾向与钢种的化学成分有密切关系化学成分间接地评估钢材冷裂纹的敏感性。
将钢中各种合金元素折算成碳的含量。
钢中决定强度和可焊性的因素主要是含碳量。
以Ceq值的大小估价冷裂纹倾向的大小，认为Ceq值越小，钢材的焊接性能越好。
缺点：1碳当量公式没有考虑元素之间的交互作用2没有考虑板厚、结构拘束度、焊接工艺、含氢量等因素的影响。
3用碳当量评价焊接性是比较粗略的，使用时应注意条件。
所以，碳当量法只能用于对钢材焊接性的初步分析1）使用国际焊接学会（IIW）推荐的碳当量公式时，对于板厚δ＜20mm的钢材CE＜0.4%焊接性良好，焊前不需要预热；CE＝0.4%-0.6%，尤其是CE>0.5%时，焊接性差，钢材易淬硬，表焊接性已变差，焊接时需预热才能防止裂纹，随板厚增大预热温度要相应提高。
超细晶粒钢焊接性分析1． 超细晶粒钢
随着现代工业和科学技术的发展, 建筑、机械、汽车、铁路、船舶、海洋等各行业对钢铁材料的性能提出了越来越高的要求。
大量研究表明晶粒细化处理是能够同时提高材料强度和韧性的最佳强化机制。
自20世纪90年代以来,世界各主要钢产国相继开展了新一代钢铁材料的研究工作。
其中,以日本的“超级钢铁材料” 研究计划、中国的“新一代钢铁材料重大基础研究”和韩国的“ 21 世纪高性能结构钢”研究最为引人瞩目。
通过各种先进的材料制备技术把钢铁材料的组织细化到了微米级、亚微米级, 甚至纳米级,大幅度提高了钢铁材料的强度和韧性。
材料从传统的细晶细化到l um , 其强度可提高一倍以上, 并使钢的韧脆转变温度下降到-20℃以下, 显著改善钢的韧性。
新一代钢铁材料的主要特征表现为超细晶粒尺寸、高洁净度和高均匀性, 其强度和寿命比原同类钢种提高一倍, 是应用前景广泛的结构材料。
作为结构材料, 其焊接性的好坏是评价钢材使用性能的主要指标之一。
微米级超细晶粒钢是现阶段最接近实际生产和应用的结构材料, 对其焊接性的研究已成为热点问题之一。
2. 焊接性研究
2.1 微米级超细晶粒钢的特点
超细晶粒钢与同等强度的传统钢相比, 其强化手段不是通过增加碳含量和合金元素含量, 而是通过晶粒细化、相变强化、析出强化等相结合的方法来达到提高强韧性的目的。
为了获得超细晶粒钢, 目前已经发展了多种晶粒超细化处理工艺，主要有冶金处理细化、形变诱导铁素体相变细化、热处理细化、磁场或电场处理细化和新型热机械控制轧制(TMCP )技术细化等。
2.2 HAZ组织性能
在新一代微合金高强高韧钢中,研究400 MPa和800 MPa两种强度级别的超细晶粒钢,400 MPa级细晶钢是指在普通Q235钢的基础上进行细化晶粒和纯净化处理,使其强度提高一倍,寿命增加一倍的新一代钢铁材料。
400 MPa级细晶钢焊接时,薄弱环节出现在HAZ,因细晶粒本身已使得晶粒长大驱动力很大(驱动力与晶粒尺寸成反比),又因400MPa的细晶钢中没有或含有极少碳、氮化物形成元素,所以其焊接热影响区有严重的晶粒长大倾向,粗大的晶粒将损害HAZ的性能,晶粒较粗大时,强度和韧性会随之下降。
因此,对于400 MPa的细晶钢最主要的问题是探索400 MPa细晶钢的合适焊接方法、研究其晶粒长大规律、动力学和可控因素,从而寻找防止晶粒长大的有效措施。
800 MPa级细晶钢是指在X65管线钢的基
础上进行细化晶粒和纯净化处理,使其强度提高一倍,寿命增加一倍的新一代钢铁材料。
利用高洁净度X65钢和普通市售X65钢,采取一定的工艺措施获得细晶粒钢。
X65细晶钢显微组织 X65细晶钢显微组织(峰值1350℃)
在靠近熔合线的HAZ,奥氏体晶粒易粗化和硬化。
为了减少冷裂和接头韧性的损失,通常限制HAZ的最大硬度。
如造船用结构钢和破冰船,其硬度限制在HV 300～350之间。
为避免应力腐蚀,硬度值也被限制,如在湿的H2S环境下,管线钢的硬度限制在HV 248。
HAZ的最大硬度随着冷却时间t8/5的增加而减小。
下贝氏体和低碳马氏体均有较好的韧性,且下贝氏体的韧性优于低碳马氏体,随着冷却时间的增加,上贝氏体的含量越来越多,韧性逐渐降低。
上贝氏体和侧板条铁素体均有很低的韧性。
晶界铁素体是冷却时在原奥氏体晶粒边界上析出的,且上贝氏体和侧板条件铁素体从晶界铁素体向晶内生长。
一般把粗晶热影响区(CGHAZ)和临界粗晶热影响区(IRCGHAZ)称作“局部脆性区”(LBZ),铁素体中固溶的碳小于奥氏体中固溶的碳,奥氏体分解过程中碳从相变铁素体析出且在没有相变的奥氏体中偏聚,这将推迟奥氏体相变且导致残余奥氏体+高碳马氏体(碳含量大于1 %)的混合组织(即M-A组元)形成,当钢在临界点之间的温度区域加热时,奥氏体和铁素体共存,将造成奥氏体中碳的偏析且导致硬化能力增加,在冷却时转化为M-A组元,它对HAZ的韧性极为不利,当晶粒粗大时,更为不利,HAZ的韧性强烈依赖M-A组元的体积分数。
局部脆性区(LBZ)的影响在夏氏V型冲击试验中不明显,但在热模拟HAZ试样的CTOD试验中却很
明显。
此外,当焊缝采用高匹配时,也将使HAZ的韧性损失,但与组织所引起的韧性损失相比,是很小的。
超细晶粒钢主要是在形变条件下获取细晶的,不能通过热处理手段来恢复,所以焊后HAZ会出现软化,尤其当高热输入时,就更加明显。
不过这种局部软化对接头整体强度的影响是受其他因素控制的,如局部软化区的宽度、板厚和焊缝强度匹配等因素。
对于低强度级别的400 MPa钢而言,在高强匹配下,更高强度的焊缝和没有受热影响的母材对软化区有强的拘束作用,所以采用高匹配是防止或减小HAZ软化的有效措施之一。
2.3 焊接接头近熔合区组织
采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对4 0 0 M Pa 级超细晶粒钢焊接接头熔合区附近的显微组织及精细结构进行了研究。
结果表明, 在脉冲M A G 焊条件下, 随着焊接线能量的减小, 近熔合区的整体硬度有所提高。
近熔合区的组织形态随着焊接线能量的大小不同而发生较大变化, 其熔合区焊缝侧的柱状晶在熔合区半熔化的母材晶粒上连续长大。
焊接线能量大、冷却速度慢、温度梯度小均会促使结晶形态向枝状晶发展; 界面处的温度梯度较大则会促使结晶形态向胞状晶发展。
熔合区母材侧的组织较为复杂, 由魏氏体、先共析铁素体、贝氏体和珠光体等不同类型的组织混合而成。
接头粗晶区中的铁素体形态和碳化物的形态、分布和取向也变得复杂多样。
焊接线能量高时, 铁素体为板条状和块状,碳化物呈粒状、棒状等平行地分布在铁素体上, 并与板条长轴呈不同的夹角; 焊接线能量较高时, 铁素体以板条状为主, 并在其上分布大量等轴状的亚单元, 碳化物分布在亚单元的边界上或亚单元内部; 焊接线能量低时, 铁素体以块状为主, 碳化物呈粒状, 且数量较少。
3. 焊接缺欠分析
3.1 焊缝和HAZ的裂纹倾向
3.1.1 热裂纹
熔敷金属的化学成分主要是针对避免热裂纹而设计的,因此凝固裂纹主要是由母材稀释而引起的,即主要出现在具有最大熔合比的焊道上(如根部焊缝),或出现在凝固方式不恰当时(如过大的熔合比和焊速过高所引起的过于拉长的焊接熔池),此时热裂纹可通过改变焊接工艺参数避免。
热裂纹的产生也强烈依赖夹杂物的数量和种类,细晶钢的合金含量很低、夹杂物(如S、P)含量低以及偏析少,所以热裂纹不易发生。
3.1.2 冷裂纹
因不同钢种对冷裂敏感的微观组织不尽相同,建议严格控制HAZ硬度。
细晶钢低的碳当量减小了冷裂倾向,明显改善了其冷裂敏感性。
因母材细晶钢的碳当量低,而熔敷金属碳当量高,于是氢就被固在熔化的金
属中,在焊缝中出现冷裂,可减少扩散氢含量来降低焊缝的冷裂倾向。
3.2层状撕裂
为减少层状撕裂,有两种有效方法,第一种方法是减小硫含量到很低的水平(小于0.008 %),第二种是为获得理想硫化物形态添加合金元素,如Ca化处理。
由于细晶钢本身高的洁净度,因而发生层状撕裂的可能性不大。
4. 结论
(1)超细晶粒钢通过形变细化、相变细化和第二相析出提高钢的强度,由此降低结构自重,从而减少其结构用量和运输费用,同时它还具有优良的强韧性,合金含量低、杂质含量低、便于回收、可重复使用等优点,因而可有效地用于生产中,符合社会可持续发展战略。
(2)焊接热循环明显影响400 MPa和800 MPa超细晶粒钢焊接热影响区的晶粒长大,应研究其HAZ晶粒长大规律和动力学,寻找HAZ晶粒长大的可控因素,探索超细晶粒钢合适的焊接方法、焊接工艺参数及其他焊接条件。
(3)对于800 MPa级超细晶粒钢,除研究热影响区晶粒长大规律外,还应研制焊缝金属微观组织以超低碳贝氏体为主的焊接材料。
