超细晶粒钢及其焊接性

超级钢焊接接头及热影响区晶粒尺寸的预测摘要: 应用有限元方法建立了超级钢焊接温度场的数学模型,对超级钢温度场和热循环进行了模拟和分析。

利用模拟得到的热影响区热循环曲线,根据晶粒长大动力学原理对热影响区晶粒尺寸进行预测,预测结果与实验结果基本吻合。

关键词: 超级钢热循环曲线焊接热影响区晶粒尺寸The grain size prediction in the HAZ of the ultra fine grain steelJIANG Qiuyue2(School of Mechanic and Electric Engineering, Changchun Institute of Engineering, Changchun 130012)Abstract: The paper simulates the welding temperature fields of the ultra fine grain steel by the computer simulation, and obtains the thermal cycle curve. Meanwhile, the paper has predicted the grain size of HAZ in the base of the thermal cycle curve. The outcome of the prediction accords with the outcome of the experiment .Keywords:ultra fine grain steel ; thermal cycle curve ;HAZ ;grain size;序言本文利用数字模拟技术在焊接中的应用,模拟超级钢的焊接温度场,提取热循环曲线,利用晶粒长大动力学原理预测热影响区晶粒的尺寸,晶粒尺寸直接影响到焊缝及热影响区的综合机械性能,对实际生产有着重要的现实意义。

燃煤发电机组—金属监督、焊接与热处理方案1概述本期工程建设2×1000MW超超临界燃煤发电机组。

本工程本标段焊接工程量大，新钢种应用多，中高合金钢焊口占有相当大的比例，这些对金属监督、焊接、热处理等工作提出了很高的要求。

我公司对超（超）临界燃煤发电机组中所采用的新钢种（T/P92钢和Super 304H、HR3C等超级不锈钢等）有深入的研究和成熟的施工经验，对这些钢种的焊接和热过程有了充分的理解和经验。

早在2000年初，公司就开始对国际上流行的高强度、耐高温、抗高温氧化的超细晶粒的中高合金钢进行了广泛的关注和收资。

公司焊接中心组织焊接专业人员在总结外高桥二期工程T/P91钢焊接成功经验的基础上，与苏州热工研究院合作进行新钢种焊接研究，取得了《T/P92新型钢焊接工艺试验及应用技术开发研究》和《HR3C新型钢焊接工艺试验及应用技术开发研究》两项研究成果，于2006年12月21日通过了省级科技成果鉴定，同时获得了安徽省电力公司科技进步一等奖（见附件1和2）。

公司近几年施工的超超临界机组有：皖能铜陵电厂2×1000MW 5#机组、中电投芜湖发电厂五期1×660MW 2#机组、华润贺州电厂2×1000MW 2#机工程等。

本部分包括了金属技术监督、焊接施工方案、热处理施工方案三方面内容，阐明了我公司在金属检验、焊接施工、热处理施工等方面的能力，确保完全能够满足本工程本标段的金属检验、焊接施工、热处理施工方面的各项要求。

2金属技术监督2.1公司金属技术监督网及分网金属技术监督是火力发电厂工程建设和生产全过程技术监督的一项重要内容。

在本公司承建的各个电厂工程中，公司金属技术监督网一直发挥着重要的作用, 经常得到建设单位的好评和上级领导的赞扬。

作为电力施工企业，“点多面广，分散施工”是我们的施工特点，它给金属监督管理工作带来一定的难度，尤其是偏远地区的工程，依照日常的管理办法是难以顾及的。

晶粒粗大(coarse grain)概念和危害以及控制钢材内部缺陷之一，表现为金属晶粒比正常生产条件下获得的标准规定的晶粒尺寸粗大。

钢材由于生产不当，奥氏体或室温组织均能出现粗大晶粒，这种组织使强度、塑性和韧性降低。

粗大的晶粒通过热处理可以细化。

表示晶粒大小的方法是晶粒的平均体积、平均直径或单位体积内含有的晶粒数，但测定繁琐。

为简化评定方法，采用晶粒大小标准图相比较的方法，确定晶粒大小的级别。

钢的标准晶粒级别由大到小划分为-3到+12共16级，晶粒平均直径由-3级的1.000mm到12级的0.0055mm。

1～4级为粗晶粒；5～8级为细晶粒，粗于1级的为晶粒粗大；细于8级的为超细晶粒。

晶粒粗大的原因有：(1)金属凝固或加热到相变温度以上、或在奥氏体再结晶区变形时，再结晶后停留时间长、冷却速度慢使晶粒集聚长大；(2)粗大奥氏体晶粒固态相变后铁素体晶粒粗大。

防止晶粒粗大的方法有：采用铝脱氧的本质细晶粒钢，控制加热温度和保温时间，加大道次变形量，降低终轧温度和控制冷却速度。

[1]焊接时，大的线能量，就可能会使焊缝的晶粒粗大。

降低零件塑性，使零件变脆，冲击值达不到要求，使用中会在毫无征兆的情况下突然断裂。

另外，晶粒粗大会给零件探伤造成困难，掩盖一些缺陷或使零件不可探。

熔合线附近的母材多因焊接热作用,形成晶粒粗大,性能恶化的组织叫热影响区，即HAZ，就是焊缝金属和母材之间的过渡区，由于焊接时加热到接近熔点后快速冷却，导致晶粒粗大，如果母材含碳量较高，易产生裂纹。

熔合区的机械性能要达到木材的水平，就要求在焊接时控制线能量输入--------尽可能用小电流、快速度、不摆动来解决“晶粒粗大”的问题，因为保持较细的晶粒结构，才可以保证里面的组织不发生变化。

奥氏体晶粒度等级奥氏体晶粒度等级是用来描述钢铁材料组织中奥氏体晶粒尺寸大小的一个标准。

在钢铁冶金学中，奥氏体是一种具有良好塑性和韧性的组织形态，其晶粒度对于钢铁材料的性能具有重要影响。

根据晶粒度的大小，可以将奥氏体晶粒度分为不同的等级，通常包括以下几个级别：1. 细晶粒：指奥氏体晶粒非常小的情况。

细晶粒的钢材具有良好的塑性和韧性，能够在受力的情况下承受更大的应变而不发生破裂。

细晶粒的钢材还具有较高的强度和硬度，适用于一些需要高强度和抗疲劳性能的领域，如航空航天和汽车制造等。

2. 中晶粒：指奥氏体晶粒的尺寸在中等范围内。

中晶粒的钢材具有一定的塑性和韧性，相对于细晶粒来说，强度和硬度会略有降低，但仍然可以满足一般的使用要求。

中晶粒的钢材广泛应用于建筑、机械制造和结构工程等领域。

3. 粗晶粒：指奥氏体晶粒尺寸较大的情况。

粗晶粒的钢材塑性和韧性较低，起始塑性应变和断裂应变较小，因此更容易发生塑性变形和破裂。

粗晶粒的钢材在力学性能方面相对较差，但有时也因为其结构疏松、破裂数较高而具有一定特殊的应用价值。

在实际生产中，通过合理的热处理工艺可以控制钢材的奥氏体晶粒度，从而达到不同等级的要求。

常用的控制手段包括正火、淬火、回火和热变形等方法。

此外，合金元素的含量和添加也对奥氏体晶粒度有一定影响，例如含有钛、铌等元素的钢材往往具有较细的奥氏体晶粒。

综上所述，奥氏体晶粒度等级对于钢铁材料的性能和适用范围具有重要意义。

根据晶粒尺寸的不同，钢材可以分为细晶粒、中晶粒和粗晶粒等等级，各等级钢材在力学性能和工程应用上均有所差异。

通过控制热处理工艺和合金添加等方式，可以有效地调整钢材的晶粒度，满足不同工程领域对力学性能和使用要求的需求。

TMax
T
TH
tH, tH
tH,,
t
• TMax↑→ 粗化； • TMax超过AC3不多时，则因 而使晶 粒细化（相当于正火）； • Tmax低于AC1时，对HAZ晶粒长大无影响； • E↓ → tH ↓ ，所以要严格控制E； • E=const. wH ↑ → AC3↑, 晶粒长大程度↓。
• 淬硬性（含碳量） • 淬透性（合金元素含量） • 碳当量
对于HSLA钢，因合金元素种类多，为研究合金 元素对 HAZ 硬化倾向的影响，引进了碳当量的 概念 Ceq ，将一定量各种合金元素的硬化作用转 化为相当于若干碳的作用。
Ceq计算公式
Mn Cr Mn V Ni Cu IIW : Ceq C 6 5 15 Mn Si Ni Cr Mo V WES: Ceq C 6 24 40 5 4 14 Mn Ni Cr Cu V Mo AWS: Ceq C 4 20 10 40 10 50
• 半熔化区处于固、 液两相，晶界局 部熔化妨碍了晶 粒的长大。 • 过热区温度高达 1000 ~Tm ， 晶 粒 粗大 • 正火区，所经历 的热循环相当于 正火热处理，晶 粒细小。
TP 、d
TP
d
AC3 HAZ AC1
1.2 沉淀相对晶粒长大的影响
在HSLA 钢中，有许多沉淀硬化相，主要是碳 化物、氮化物或碳氮化物。这些细小的沉淀相 会阻碍晶界的迁移，从而阻止晶粒长大。
3.3 焊接工艺的影响
• 小电流，大焊速， wC↑，过冷A的稳定性 ↑ ，易产生 M 相变， HAZ硬度↑ • T8/5↑ ，则 wC↓，过冷 A 的稳定性↓ ，所以降 低T8/5可使HAZ硬度下 降 但是， T8/5↑会增加tH， 而使晶粒粗化。

钢的晶粒细化工艺钢的晶粒细化工艺是通过控制钢的冷却速度和加热温度来实现的。

晶粒细化可以提高钢材的力学性能、耐蚀性和耐磨性等方面的性能。

下面将详细介绍一种常用的钢的晶粒细化工艺。

一、冷却速度控制1. 快速冷却：通过快速冷却可以有效地减小钢材中的晶粒尺寸。

快速冷却可以采用水淬或油淬等方法，将加热至适宜温度的钢材迅速浸入冷却介质中，使其迅速降温。

这种方法适用于碳含量较低的低合金钢。

2. 慢速冷却：对于高碳合金钢或需要保持一定韧性的材料，可采用慢速冷却的方法。

慢速冷却可以通过将加热至适宜温度的钢材放置在空气中自然冷却或用炉内保温等方式实现。

二、加热温度控制1. 高温处理：在高温范围内进行处理可以促进晶粒的长大，适用于需要较大晶粒尺寸的钢材。

通常在1100℃以上进行高温处理，使晶粒迅速长大。

2. 低温处理：在低温范围内进行处理可以抑制晶粒的长大，适用于需要较小晶粒尺寸的钢材。

通常在800℃以下进行低温处理，使晶粒细化。

三、表面处理1. 酸洗：将钢材浸入酸性溶液中进行酸洗可以去除表面氧化层和锈蚀物，提高表面光洁度。

酸洗还能够改善钢材的耐蚀性能。

2. 抛光：通过机械或化学方法将钢材表面进行抛光可以提高表面平整度和光洁度。

四、热处理1. 固溶处理：将加热至固溶温度的钢材保温一段时间后迅速冷却可以实现固溶处理。

固溶处理可以改善钢材的强度和塑性。

2. 淬火处理：将加热至淬火温度的钢材迅速冷却可以实现淬火处理。

淬火处理可以增加钢材的硬度和耐磨性。

3. 回火处理：将淬火后的钢材加热至回火温度并保温一段时间后冷却，可以实现回火处理。

回火处理可以调节钢材的硬度和韧性。

五、细化剂添加1. 稀土元素：稀土元素在钢中具有良好的晶粒细化效果，可以通过添加稀土元素来实现晶粒细化。

稀土元素主要包括镧、铈、钕等。

2. 微合金化：通过添加微量的合金元素如铌、钛、锰等来实现晶粒细化。

这些合金元素能够形成碳化物或氮化物，抑制晶粒长大。

六、机械加工通过机械加工如冷轧、拉拔等可以进一步细化钢材中的晶粒尺寸。

表2, 表2 中日本材料的焊接道次与其他两个不同, 主
要是因为日本的管子太薄, 不能进行更多道次的焊接。
进行多道次焊接时, 每道次焊时都采用相同的线输入
能量, 每道焊完后试样略微冷却2 m in～ 3 m in后, 接着
下一道焊接。
表 2 焊接试验工艺
国别 试样号
道次
线输入能量 (kJ cm )
1
1
(1. N o rth U n iversity of Ch ina, T aiyuan 030003, Ch ina; 2. T echno logy Cen ter of T aiyuan Iron and Steel Com p any, T aiyuan 030003, Ch ina) Abstract: T he gra in size in hea t affected zone (HA Z) is the sign ifican t facto r affecting the w elding p rop erties. T he w elding tests of SU PER 304H steels p roduced by differen t facto ries w ere conducted, and the gra in size of the w elding HA Z w a s detected by op tica l m icro scop e. T he resu lts show tha t the m a in facto r of affecting gra in grow th in HA Z is the w elding line energy, and the w elding line energy shou ld be con tro lled dow n to 12 kJ cm. Key words: SU PER 304H steel; w elding hea t affected zone; gra in size; w elding p rocess

关于汽车冲压件材料性能要求汽车冲压件的使用性能对冲压材料性能的要求所谓使用性能，是指机械零件在服役条件下所表现出来的力学性能、物理和化学性能。

使用性能是选材时要考虑的最主要因素。

不同的零件所要求的使用性能也不一样，在选材时，首要的任务就是准确地判定零件所要求的主要使用性能。

汽车冲压件主要以车身覆盖件、车架纵梁和横梁、车厢、车轮及发动机用的覆盖件为主，还有一些支撑件与连接件。

每个具体的汽车零部件的使用和工作条件不同，承受的负荷不同，因此对用材的要求也有很大的差异。

2．1汽车驾驶室零部件对材料性能的要求汽车驾驶室零部件大都是覆盖件，外形复杂，成形复杂，但受力不大，采用模具成形工艺，材料的成形性能就成了主要矛盾，因此要求材料具有成形性、张紧刚性、延伸性、抗凹性、耐腐性和焊接性等。

产品设计时，通常根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。

一般选用拉延性能优良的低碳冷轧钢板、超低碳冷轧钢板。

近几年，成形性优异、强度更高的含磷冷轧钢板、高弓童度冷轧钢板、冷轧双相钢板、烘烤硬化冷轧钢板、超低碳钢高强度冷轧钢板以及其他种类钢板如涂镀层钢板、拼焊钢板和TRIP钢板等，也被大量应用到车门外板、车门内板、车门加强板、车顶盖、行李箱盖板和保险杠等汽车车身零件上。

东风重型汽车车身目前常用的材料牌号及拉延级别如表1。

2.2汽车车厢零件对材料性能的要求汽车车厢零件形状不太复杂，大都采用辊压成形工艺，对材料的成形性、刚性、耐腐蚀性和焊接性都有一定的要求。

一般选用成形性能和焊接性较好的高强度钢板。

通常，采用强度级别为300-600 MPa高强度钢板和超细晶粒钢。

东风重型汽车车厢常用的材料牌号及强度要求如表22.2.3汽车车架零件对材料性能的要求车架、车厢中板及一些用于支撑和连接的零部件，都是重要的承载件，大都采用模具成形工艺，要求材料有较高的强度和较好的塑性，以及疲劳耐久性、碰撞能量吸收能力和焊接性等。

一般选用成形性能较好的高强度钢板、超细晶粒钢板（强度级别在300-610 MPa）和超高强度板（强度级别在610-1000 MPa）。

astm 316h不锈钢晶粒度ASTM 316H不锈钢晶粒度引言：ASTM 316H不锈钢是一种高温耐腐蚀钢材，具有优异的耐高温性能和抗腐蚀性能。

晶粒度是评估金属材料组织细化程度的重要指标，对材料的性能和耐久性具有重要影响。

本文将探讨ASTM 316H不锈钢的晶粒度及其对材料性能的影响。

一、晶粒度的定义和评价方法晶粒度是指金属材料中晶粒的大小和形状。

晶粒度的大小反映了材料的组织细度，晶粒越细，材料的强度和韧性通常越高。

目前常用的评价晶粒度的方法有ASTM E112标准中的线性拦截法和反射光学法。

二、ASTM 316H不锈钢的晶粒度特点ASTM 316H不锈钢是一种奥氏体不锈钢，具有高温强度和抗腐蚀性能。

在高温下，晶粒的细化对于提高材料的耐久性和抗氧化性能至关重要。

ASTM 316H不锈钢的晶粒度通常在5至9级之间，晶粒较细致均匀，有利于提高材料的强度和塑性，同时也有助于降低材料的应力腐蚀开裂倾向。

三、晶粒度对ASTM 316H不锈钢性能的影响1. 强度和韧性：晶粒细小的材料通常具有更高的强度和韧性。

ASTM316H不锈钢的细小晶粒能够提供更多的晶界强化效应，增加了材料的强度和塑性，提高了材料的抗拉强度和屈服强度。

2. 耐腐蚀性：细小的晶粒可以提供更多的晶界面积，从而增加了材料与环境之间的相互作用面积，加速了耐腐蚀性能的提升。

ASTM 316H不锈钢的细小晶粒能够提高材料的耐腐蚀性能，降低了晶界腐蚀的风险。

3. 加工性能：细小的晶粒使ASTM 316H不锈钢具有更好的加工性能。

细小的晶粒能够减小材料的内应力，提高材料的塑性和可加工性，有利于加工成型和焊接等工艺操作。

四、晶粒度控制的方法1. 热处理：通过合理的热处理工艺可以控制ASTM 316H不锈钢的晶粒度。

常用的热处理方法包括固溶处理和快速冷却等，可以有效控制晶粒的尺寸和均匀性。

2. 添加合金元素：适量的合金元素添加可以调整ASTM 316H不锈钢的晶粒度。

热影响区粗晶区细晶区热影响区、粗晶区和细晶区是钢材热加工过程中的三个重要区域。

它们对钢材的结构和力学性能产生重要的影响，因此了解这些区域的特点以及其对钢材的影响具有重要的意义。

一、热影响区热影响区（Heat Affected Zone，HAZ）是指在钢材热加工过程中，由于焊接、熔断、热处理等原因，受到了高温的加热、保温、冷却等过程中所形成的变化区域。

该区域的微观组织、显微硬度和抗拉强度等性能相应发生变化，因此与其它区域的性能有所不同。

同时热影响区的尺寸、形状、脆性以及冷裂纹的产生等特点，对焊接质量和使用性能也有很大影响。

热影响区的大小和形状与焊接方式以及焊接厚度有关，一般来说，焊接时加热区域的温度越高，热影响区就越大。

而在焊接厚度相同的情况下，热影响区形状会随着焊接速度变化而变化。

例如，当焊接速度较快时，热影响区呈矩形，而当焊接速度较慢时，热影响区则呈椭圆形。

二、粗晶区粗晶区（Coarse Grain Region，CGR）是指钢材在高温下冷却的过程中，由于冷却速率不同，使得晶体尺寸变大的区域。

在钢材热加工过程中，粗晶区一般是由于加热速率较快而冷却速率较慢而产生的。

粗晶区的存在对钢材的力学性能、抗腐蚀性能和疲劳性能等有很大的影响。

因为在粗晶区内，钢材的晶体尺寸变大，晶界面积相对较少，晶界的强度也会较弱，从而导致力学性能的下降。

而在粗晶区表面容易形成氧化物、硫化物等环境腐蚀物，从而导致抗腐蚀性能下降。

此外，粗晶区还容易形成微裂纹和晶间腐蚀等缺陷，导致疲劳性能下降。

三、细晶区细晶区（Fine Grain Region，FGR）是指钢材在高温下冷却的过程中，由于冷却速率较快而形成的晶体尺寸相对较小的区域。

细晶区一般是由于加热速率较慢而冷却速率较快而产生的。

细晶区的存在对钢材的性能有很大的影响。

由于细晶区内，钢材的晶体尺寸相对较小，晶界面积相对较大，晶界强度较高，从而使得力学性能得到了提升。

同时，细晶区的形成也能够提高钢材的抗腐蚀性能、防止脆性断裂和疲劳性能，因为细晶区内的晶体数量更多，从而能够更好地吸收裂纹和疲劳裂纹的能量，使其不易扩展。

奥氏体不锈钢晶粒度【原创版】目录一、奥氏体不锈钢的晶粒度概述二、奥氏体不锈钢晶粒度的控制方法三、奥氏体不锈钢通过热处理细化晶粒的实例正文一、奥氏体不锈钢的晶粒度概述奥氏体不锈钢是一种广泛应用的合金材料，其晶粒度对于材料的性能具有重要影响。

晶粒度是指钢加热到相变点以上某一温度，保温一段时间后，所得到的奥氏体晶粒的大小。

若所获得的奥氏体晶粒细小，则冷却后转变产物的组织也细小，其强度、韧性都较高。

国家标准将晶粒度级别分为 12 级。

二、奥氏体不锈钢晶粒度的控制方法1.控制加热温度与保温时间：加热温度愈高，晶粒长大速度愈快，奥氏体的晶粒也就越粗大。

随着保温时间的延长，晶粒不断长大。

在保证工件完全热透并获得均匀奥氏体的前提下，应尽量降低加热温度和保温时间。

2.控制加热速度：加热速度愈快，过热度愈大，奥氏体形核率大于长大速度，易获得细小的起始晶粒。

但需严格控制保温时间，若保温时间过长，晶粒反而更粗大。

因此，生产上采用快速加热和短时间保温的方法来细化晶粒。

3.控制钢的原始组织及成分：钢的原始组织愈细，则相晶界愈多，使奥氏体晶核数量增加，有利于获得细晶粒组织。

随着奥氏体中碳的质量分数的增加，奥氏体晶粒长大的倾向性也增加。

当奥氏体晶界上存在未溶化的残余渗碳体时，未溶的渗碳体有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。

三、奥氏体不锈钢通过热处理细化晶粒的实例奥氏体不锈钢通过固溶处理可以细化晶粒。

固溶处理是指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。

固溶处理可以消除成形工序间的冷作硬化，提高焊接后工件的性能。

焊接技术在机车车辆制造和维修中的应用作者：李娜来源：《城市建设理论研究》2013年第16期【摘要】焊接技术是通过加热加压、或两者并用，使同性或异性两工件产生原子间结合的加工工艺和连接方式。

在焊接过程中，工件和焊料融化形成熔融区域，熔池冷却凝固后，形成材料之间的连接。

随着焊接机器人等现代技术在工业生产中的应用，焊接技术的在机车车辆制造和维修的作用也越来越明显。

【关键词】焊接技术方法工艺车辆制造维修中图分类号：F407.472 文献标识码：A 文章编号：一.引言焊接是现代机械制造业中一种必要的工艺方法应用，焊接技术的先进水平做为衡量一个国家工业发达程度的重要指标已逐渐为大众公认，同样焊接技术的发达程度也是衡量工业企业技术水平高低的重要标志。

由于受我国相关工业的制约，在使用焊接机械手的过程中，必须采用与西方发达国家不同的、适合我国国情的灵活的使用方式，才能保证焊接机械手在我国相关产业不配套的情况下正常使用。

二. 机车车辆工业焊接的主要用料。

目前，在机车车辆上所采用的主要是碳素结构钢、低合金结构钢（包括耐候钢）等具有良好的焊接性能的材料，一些零部件采用铸钢或锻钢制造，其材质本身有较好的焊接性能，但因构件结构复杂，在焊接过程中有些需要采用适当的辅助工艺手段。

铝合金型材由于其质量轻，能减轻运输设备的自重，在客车及一些特种车辆的制造中应用范围逐渐扩大。

铝合金、不锈钢及各种复合材料随着先进焊接技术的运用，将在机车车辆工业生产中发挥更大的作用。

三.铁路工业涉及的焊接方法。

焊条电弧焊。

焊条电弧焊曾广泛应用于机车车辆工厂的制造与修理部门。

随着二氧化碳气体保护焊、混合气体保护焊、埋弧焊、焊接机械手等新技术、新工艺的推广，焊条电弧焊在铁路机车车辆工厂的使用逐年下降，其焊缝长度比例在机车车辆制造业目前大约仅占5%左右。

在机车车辆修理业用得还比较多，其焊缝总长度大约占30%-50%左右。

此比例还将逐年下降，集中检修的配件多采用了二氧化碳气体保护焊与埋弧焊等焊接方法。

本质细晶粒钢名词解释
本质细晶粒钢是一种具有细小晶粒结构的钢材。

晶粒是由原子组
成的结晶体，在钢材中，晶粒的大小会直接影响钢材的力学性能和工
艺性能。

本质细晶粒钢通过特殊的加工工艺或添加合金元素等方法，
能够使钢材中的晶粒尺寸减小至微米级或亚微米级。

细晶粒钢具有许多优异的性能。

首先，由于晶粒尺寸小，材料的
晶界面积增大，从而提高钢材的强度和硬度。

其次，细晶粒钢的塑性
和韧性也相应增加，使其具有良好的韧性和延展性，不容易发生断裂。

此外，细晶粒钢还具有较好的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳寿命，适用于
各种工程领域。

本质细晶粒钢的制备方法包括等温转变、热处理、切削加工、压
力处理等。

同时，添加一些合金元素如钼、铌、钛等，可以进一步细
化晶粒。

细晶粒钢的应用范围广泛，可用于制造高强度结构件、汽车
零部件、航空航天设备、电力设备等领域。

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。

料焊接HAZ的奥氏体晶粒都存在严重的长大倾向,且400M Pa级较800M Pa级的HAZ奥氏体晶粒长大更为严重。

图4表1参1020084029　微量活性组元氧对焊接熔池Mar angoni 对流和熔池形貌影响的数值模拟/董文超…//金属学报.22008,44(2):249～256针对SUS304不锈钢的定点钨极惰性气体保护焊过程,建立三维瞬态定点热源作用下的焊接熔池数学模型,系统研究了不同氧含量下的熔池温度场、速度场以及熔池形貌演变过程。

结果表明:随着熔池中活性组元氧的增加,熔池内的对流模式经历了以外对流为主、内外对流共存到以内对流为主的演变过程,熔池形貌由浅且宽形、“勺”形变成深且窄形。

熔池中微量氧直接影响熔池表面张力温度梯度系数,改变熔池表面Mara ngoni对流模式和熔池最终形貌。

当氧含量低于80×10-6时,熔池表面以外向Mara ngoni对流为主,熔池形貌宽且浅;当氧含量超过120×10-6时,熔池表面以内向Ma rangoni对流为主,熔池形貌窄且深;当氧含量处于(80～120)×10-6之间时,熔池形貌为“勺”形,并且随时间的增加,熔池内外对流区域逐渐变小,内对流区域逐渐变大。

定点联合保护焊试验结果表明,熔池形貌变化规律的模拟结果与试验结果吻合。

图8表1参2820084030　温度场在气电立焊机器人磁吸附设计中的应用/马兆瑞…//清华大学学报(自然科学版).2 2008,48(2):169～170,179爬行式气电立焊机器人的磁吸附机构距离熔池较近,而且采用了磁悬浮铜滑块设计,考虑到温度对铁磁性的影响,研发中需要了解焊接温度场的分布状况。

研究以Rykalin公式为基础,构建了气电立焊的温度场模型,采用Matlab7.0.4软件进行了数值计算和仿真,得到了焊接过程中的温度分布。

研究表明,温度场对于爬行式气电立焊机器人的磁吸附机构基本没有影响,但是会直接影响到吸附铜滑块的设计,因此在计算悬浮磁块吸力的时候需要考虑温度系数。

• C下降，Mn 增加 • 0.1Mn: 10MPa, 高Mn韧性好，耐HIC差 • 0.1Cr: 10MPa，耐大气腐蚀，抗HIC
• 400-500MPa级：1.5Mn • 550-690MPa级：1.8-2.1Mn • Mn偏析！焊接性能？
C-Mn-Cr-0.1Nb钢回火性能（HIC管线）
抗拉强度/MPa
400 ℃回火 1# 500 ℃回火
600 ℃回火 680 ℃回火
轧态 400 ℃回火 2# 500 ℃回火 600 ℃回火 680 ℃回火
抗拉强度 (MPa) 860 929 935 941 909 810 789 846 851 832
屈服强度 (MPa) 670 831 899 936 892 630 719 745 809 756
固溶强化 析出强化
相变强化
位错强化
细晶强化
奥氏体细化 （高温段再结晶、 非再结晶区控制）
实现手段
形变诱导相变
加速冷却
后续热处理 （回火、退火、正火等）
值得关注的共同点 在经形变及未经形变的贝氏体/马氏体基体上进行不同的后续热处理
非协变晶粒细化（超细晶铁素体）
韧性相引入（奥氏体薄膜） 马奥岛组元控制
EL
/MPa
/%
764
14.7
912
14.7
CVN /J 144
75
34
低碳贝氏体
化学成分 1# 2#
C Si Mn P≤ S≤ Cr,Ni,Ti,Mo,Cu Nb
0.05 0.3 1.5 0.02 0.007
<3
0.10
0.05 0.3 1.5 0.02 0.007
<3
0.05
No. 试样氏体/低碳贝氏体

晶粒粗大和细化（一）晶粒大小对性能的影响1.晶粒大小对力学性能的影响一般情况下，晶粒细化可以提高金属材料的屈服点（σS）、疲劳强度（σ-1） 塑性（δ、ψ）和冲击韧度（αK），降低钢的脆性转变温度，因为晶粒越细，不同取向的晶粒越多，晶界总长度越长，位错移动时阻力越大，所以能提高强度和韧性。

因此，一般要求总希望获得细晶粒。

钢的室温强度与晶粒平均直径平方根的倒数成直线关系（见图1）。

其数学表达式为+Kd1/2σ=σ式中 σ——钢的强度（MP）；σ0——常数、相当于钢单晶时的强度（MPa）；K——与材料性质有关；d——晶粒的平均直径（mm）。

图1 晶粒大小对钢的强度影响 图2 晶粒大小对钢的脆性转变温度的影响1—ω（C）=0.02%，ω（Ni）=0.03%2—ω（C）=0.02%，ω（Ni）=3.64%合金结构钢的奥氏体晶粒度从9级细化到15级后，钢的屈服强度（调质状态）从1150MPa提高到1420MPa，并使脆性转变温度从-50℃降到-150℃。

图2为晶粒大小对低碳钢和低碳镍钢冷脆性转变温度的影响。

对于高温合金不希望晶粒太细，而希望获得均匀的中等晶粒。

从要求高的持久强度出发，希望晶粒略为粗大一些。

因为晶粒变粗说明晶界总长度减少，对以沿晶界粘性滑动而产生变形或破坏形式的持久或蠕变性能来说，晶粒粗化意味着这一类性能提高。

但考虑到疲劳性能又常希望晶粒细一点，所以对这类耐热材料一般取适中晶粒为宜。

例如 GH135晶粒度对疲劳性能及持久性能的影响：晶粒度从4～6级细化到7～9级时，室温疲劳强度从290MPa提高到400MPa。

在700℃下，疲劳强度从400MPa提高到590MPa。

因为在多数情况下大晶粒试样疲劳断口的疲劳条痕间距较宽，说明疲劳裂纹发展速度较快；而疲劳裂纹在细晶粒内向前推进时，不但受到相邻晶粒的限制，而且从一个晶粒到另一个晶粒还要改变方向，这些都可能是细晶能提高疲劳强度的缘故。

但是，晶粒细化后持久强度下降，蠕变速度增加。