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Nb对大线能量焊接高强度低合金钢热影响区组织和性能的研究的开题报告一、题目Nb对大线能量焊接高强度低合金钢热影响区组织和性能的研究二、研究背景大线能量焊接是应用非常广泛的焊接方法，特别适用于高强度低合金钢的连接。
然而，大线能量焊接过程中，由于所需焊接功率较大，容易使热影响区受到过热和过冷等非均匀热循环的影响，导致焊接缺陷、微观组织不均匀、力学性能下降等问题，影响焊接接头的质量和使用寿命。
因此，研究大线能量焊接高强度低合金钢热影响区的组织和性能对于提高焊接接头的质量和可靠性具有重要意义。
Nb是一种强化剂，能够显著提高钢的强度和塑性，而且能够解决焊接热影响引起的裂纹敏感性等问题。
通过将Nb引入到焊接接头中，可以有效提高焊缝区域的强度和韧性，增强焊接接头的承载能力和抗裂性能。
因此，研究Nb对大线能量焊接高强度低合金钢的热影响区组织和性能的影响，对于提高焊接接头的力学性能和可靠性具有重要意义。
三、研究目的本研究旨在探讨Nb对大线能量焊接高强度低合金钢热影响区组织和性能的影响，具体目的包括：1. 分析大线能量焊接过程中热影响区的组织特征，探究其形成机制及演化规律；2. 研究Nb在大线能量焊接接头中的分布情况及其对焊接接头力学性能的影响；3. 分析Nb对大线能量焊接高强度低合金钢热影响区组织和性能的影响机制，探讨Nb在改善焊接接头质量和可靠性方面的应用前景。
四、研究方法本研究将应用以下研究方法：1. 大线能量焊接试验：通过大线能量焊接试验，制备焊接接头，研究热影响区组织及其演化规律。
2. 电子显微镜观察：利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等技术，观察焊接接头组织结构，分析大线能量焊接过程中的热影响区形成机制及演化规律。
3. 奥氏体化实验：通过奥氏体化实验，改变Nb在焊接接头中的分布情况，研究其对焊接接头力学性能的影响。
4. 机械性能测试：分别对未加Nb焊接接头和加Nb焊接接头进行拉伸试验、冲击试验、硬度测试等力学性能测试，研究Nb对焊接接头力学性能的影响。
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
钢板被广泛用于诸如建筑、桥梁、压力容器、储罐、管线和船舶等基础建设和大型建筑中。
建筑构件的大型化和高层化发展趋势要求钢板的厚度增加，同时具有更高的综合性能，包括更高的力学性能、高效的加工性能以及优良的抗腐蚀性能和抗疲劳破坏性能等。
但是，随着钢板强度的提高，其冲击韧度和焊接性能显著下降，焊接裂纹敏感性增加。
特别是随着焊接线能量的提高，传统低合金高强钢的焊接热影响区性能(强度、韧性)恶化，易产生焊接冷裂纹问题，给大型钢结构的制造带来困难。
由于焊接为厚板加工的主要方式，满足大线能量焊接性能也逐步成为各种钢种所具备的一种性能。
所以，在追求高强度的同时，改善钢板的韧性以提高钢板的焊接性能越来越迫切。
提高钢大线能量焊接性能的主要技术手段钢大线能量焊接的主要难点在于其热影响区(HAZ)的强度和韧性随着输入线能量的增大而降低。
因此，HAZ的韧性成为制约钢大线能量焊接的关键因素。
为了解决HAZ的韧性问题，国内外相继开展了大线能量焊接用钢的研究工作，提出的改善韧性的方法主要有降低C含量和Ceq、利用微合金元素和氧化物夹杂细化奥氏体晶粒、获得韧性好的组织如针状铁素体以及贝氏体组织的超低碳钢、通过改进生产工艺提高韧性等。
1 奥氏体晶粒的细化晶粒细化是同时提高钢的强度和韧性的唯一途径。
通过降低奥氏体的晶粒尺寸来增加形核点密度以细化铁素体晶粒的方法已经被广泛研究。
原奥氏体晶粒越细小，HAZ的晶粒也就越小，韧性也就会越好。
在钢中引入微量的合金元素，形成弥散分布的高熔点颗粒。
这些颗粒一方面以“钉轧”的形式阻碍奥氏体晶界的迁移，限制奥氏体晶粒的长大，同时增加了相变过程中的形核点，从而使钢的组织更加细小。
目前研究较多的是Ti元素对高温奥氏体的细化作用。
研究发现，Ti在钢中形成细小弥散的TiN粒子，在焊接热循环过程中有效阻止奥氏体晶粒的长大，促进针状铁素体析出，从而改善HAZ的韧性。
研究人员发现，Nb可以加强Ti的细化作用。
Nb在钢中与N也有着强烈的亲和力，可以取代部分Ti，与N形成(Ti，Nb)N颗粒，其溶解温度在1350℃以上，可以钉轧、拖拽高温奥氏体晶界的迁移。
高品质船舶及海洋工程用钢的开发导读钢材是造船及海洋工程结构建造的主要原材料，占据了船体及海洋工程建造成本的20%-30%。
船舶及海洋石油工业的飞速发展对造船及海洋工程用钢提出了迫切需求。
1、背景进入21世纪，我国船舶及海洋石油工业迎来了高速增长的新时期，2013年我国造船三大指标（造船完工量、新接订单量、手持订单量）分别占世界总量的41.4%、47.9%、45.0%，位居世界第一，我国已成为世界造船中心。
海洋石油工业领域，十一五期间我国海上油气开发投入了1200亿元，2010年海洋油气产量实现了500万t油当量。
仅根据中海油规划，十二五期间将新建5000万t油当量产能。
预计“十二五”、“十三五”海洋石油工业投入将分别达到6700亿元和9500亿元。
目前我国船厂能建造国际航运界所需船型的95%左右，包括17.5万t散货船、30万t超大型油轮(VLCC)、30万t浮式生产储油船(FPSO)、14.7万m3LNG 船等，目前已有9座30万吨级造船坞，并在规划50万吨级和100万吨级船坞。
船舶及海洋石油工业的飞速发展对造船及海洋工程用钢提出了迫切需求。
为适应船体高效化的建造需求，对船板钢提出了100-500KJ/cm的大线能量焊接要求，从而实现了船板钢的一次焊接成型；为提高船体运行安全性，延长钢材使用寿命，对压载舱、货油舱船板钢提出了耐腐蚀的要求，提高运行寿命的同时降低了维护成本；大型船体建造提出了43号大规格的D40球扁钢的需求，突破了传统型钢生产开发的极限；自升式海洋平台桩腿构件需要127-210mm厚高强度特厚板，突破了中厚板生产厚度规格极限；油气储运设备提出了超低温用钢铁材料，最低使用温度达到-196℃，服役环境极为苛刻。
在此基础上，根据液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、液化乙烯气(LEG)等低温油气的不同使用温度要求，研制开发了9Ni、5Ni或3.5Ni 等Ni系低温钢。
总之，高强度、高韧性、易焊接性、良好的耐腐蚀性以及大厚度、大规格化是船舶及海洋工程用钢的发展方向。
大线能量焊接用结构钢的研究进展
钢板被广泛用于诸如建筑、桥梁、压力容器、储罐、管线和船舶等基础建设和大型建筑中。
建筑构件的大型化和高层化发展趋势要求钢板的厚度增加，同时具有更高的综合性能，包括更高的力学性能、高效的加工性能以及优良的抗腐蚀性能和抗疲劳破坏性能等。
但是，随着钢板强度的提高，其冲击韧度和焊接性能显著下降，焊接裂纹敏感性增加。
特别是随着焊接线能量的提高，传统低合金高强钢的焊接热影响区性能（强度、韧性）恶化，易产生焊接冷裂纹问题，给大型钢结构的制造带来困难。
由于焊接为厚板加工的主要方式，满足大线能量焊接性能也逐步成为各种钢种所具备的一种性能。
所以，在追求高强度的同时，改善钢板的韧性以提高钢板的焊接性能越来越迫切。
本文综述了大线能量焊接用结构钢的研究进展。
提高钢大线能量焊接性能的主要技术手段
钢大线能量焊接的主要难点在于其热影响区（HAZ的强度和韧性随着输入线能量的增大而降低。
因此，HAZ的韧性成为制约钢大线能量焊接的关键因素。
为了解决HAZ的韧性问题，国内外相继开展了大线能量焊接用钢的研究工作，提出的改善韧性的方法主要有降低C含量和Ceq利用微合金元素
和氧化物夹杂细化奥氏体晶粒、获得韧性好的组织如针状铁素体以及贝氏体组织的超低碳钢、通过改进生产工艺提高韧性等。
1奥氏体晶粒的细化
晶粒细化是同时提高钢的强度和韧性的途径。
通过降低奥氏体的晶粒尺寸来增加形核点密度以细化铁素体晶粒的方法已经被广泛研究。
原奥氏体晶粒越细小，HAZ的晶粒也就越小，韧性也就会越好。
在钢中引入微量的合金元素，形成弥散分布的高熔点颗粒。
这些颗粒一方面以钉轧”的形式阻碍奥氏体晶界的迁移，限制奥氏体晶粒的长大，同时增加了相变过程中的形核点，从而使钢的组织更加细小。
目前研究较多的是
Ti元素对高温奥氏体的细化作用。
研究发现，Ti在钢中形成细小弥散的TiN
粒子，在焊接热循环过程中有效阻止奥氏体晶粒的长大，促进针状铁素体析出，从而改善HAZ的韧性。
研究人员发现，Nb可以加强Ti的细化作用。
Nb在钢中与N也有着强烈的亲和力，可以取代部分Ti,与N形成(Ti, Nb)N颗粒，其溶解温度在1350C
以上，可以钉轧、拖拽高温奥氏体晶界的迁移。
进一步的研究发现，Ti-Nb
微合金钢中含有大量尺寸细小的TixNb1-x(CyN1-x粒子，粒子中Nb的相对含
量在0.25〜0.82之间，形状接近球形。
这些粒子具有很高的稳定性，在焊接过程中这些粒子不仅能有效地阻止奥氏体晶粒长大、抑制粗大贝氏体的形成、还能够促进针状铁素体的析出和M-A组元的分解，从而显著改善低合金高强
钢HAZ粗晶区的韧性。
2HAZ组织的改善
除了细化晶粒，改善HAZ组织也是提高钢板韧性的一个途径。
当成分确定时，钢的韧性由组织和晶粒尺寸决定。
研究结果表明，当大线能量焊接后的HAZ含有一定数量
的针状铁素体（AF时，将具有较高的强度和良好的韧性, 所以很多研究都致力于在HAZ获得AF组织，并对AF的形核机理和合金元素
对组织的影响做了探讨分析。
3添加合金元素控制钢的显微组织
通过添加微量合金元素，可改善钢板的韧性，提高焊接性能。
合金元素
在钢中形成细小的化合物颗粒，不仅细化晶粒，还充当AF的形核质点，形
成更多的AF组织，或是降低有害夹杂的含量，从而提高材料的韧性。
Ti、Nb、
V的研究较多，此外Ni、Mn、Al、Si、Mo、B、Cu和RE等元素也有类似的
效果。
研究表明，钢中加Ti有利于韧性的提高。
TiN粒子能够促进针状铁素体
析出。
由于TiN粒子与铁素体的错配度较小，双方保持共格关系，从而有利于铁素体晶核的长大。
也有分析认为这与膨胀系数有关。
因为的膨胀系数不同，在
TiN与奥氏体TiN粒子周围产生较大的晶格畸变，畸变区有大量的位
错，为铁素体的形核提供了位置；同时，畸变促进了C原子的扩散，还为铁
素体形核提供了激活能。
Nb可以在不损失韧性的情况下提高强度。
试验表明，加入0.02%的Nb 即可使强度提高而韧性不降低。
有研究认为，Ti、Nb复合微合金化中，加入
的Nb部分固溶于奥氏体基体抑制奥氏体晶粒的长大；同时，化合态的Nb
可以减少凝固期间形成的粗大富Ti的碳氮化物，增加钉轧粒子的体积分数;
也可能是形成(Ti, Nb)N降低了粒子的熔点，从而使得第二相粒子在比固相线
更低的温度析出，但具有更高的粗化温度，从而具有更细小的尺寸。
Mn是防止热裂纹的有益元素。
有研究发现，Mn的存在改善了硫化物的
分布形态，使薄膜状的低熔点化合物FeS改变为球状，并置换FeS形成MnS，从而减少了低熔点硫化物的数量；而Ti在焊接过程中也形成高熔点的硫化物, 提高了焊缝的抗裂性。
适量的Al能改善HAZ的低温韧性，还有研究者发现，钢中同时加入Ti
更有效。
随着Al的加入，钢中M-A岛数量减少，其平均长度减少，并且M-A 中残余奥氏体数量增加，从而提高HAZ的韧性。
加入Ti后，HAZ中有相当多的TiN质点，并有MnS依附于TiN质点析出的现象。
Mo能够有效降低Bs温度。
ULCB钢中Mo和B共同作用能够使铁素体析
出线明显右移，使得在较宽的冷却速度范围内获得完全的贝氏体组织。
这样, 在较大的线能量范围内，HAZ的组织没有变化，从而保持了良好的韧性。
当
Mo增加时，钢的强度明显提高。
另外，Mo和Mn还能增大Nb(CN)在奥氏体
中的溶解度，从而降低TMC P工艺的再加热温度、轧制温度及再结晶终止温
度。
Ni是能够增加基体金属韧性并改善强化而不恶化HAZ韧性的元素，随着
Ni的加入，强度和韧性都有改善。
尤其在&Cu时效强化ULCB钢中，加入0.5〜2倍的Ni可以防止铜的热脆性，通常1.5%是其上限。
B能减少焊缝中自由状态的N,提高HAZ粗晶区的韧性。
TiN粒子在温
度超过1450C时易熔解，产生的自由N原子对HAZ韧性不利。
B与N结合形成BN,从而改善韧性。
Re2O3对熔敷金属中的夹杂物有球化、细化作用，提高HAZ的韧性。
在
焊剂中加入适量的Re2O3后，夹杂物数量减少。
而且，REM在钢中形成稳定细小的0、S化物，一方面取代TiN颗粒抑制奥氏体晶粒的粗化，还充当铁素体的形核核心阻止上贝氏体的形成。
在焊口中加入Cr粉能增加AF的数量，但削弱冲击韧度。
不同的合金成分下，随着Cr量的增加AF有不同程度的增加，但进一步增加Cr量，AF将
被FS(ferritewithsecondphase取代。
国外有研究者认为Cr量的增加将减少(通常抑制)PF(primaryferrite)的形核，因为在AF晶内形核前贝氏体已经可以在晶界自由形核。
