氧化物冶金型大线能量焊接用钢组织性能调控与生产工艺研究
发布时间：2020-12-01 20:27
在船舶、建筑等领域的大型钢质结构建造中,采用大线能量焊接工艺可显著提高工程施工效率,节约制造成本。常规钢材在大热输入条件下热影响区（HAZ）韧性严重恶化以致无法满足使用要求,因此必须研发出具备耐大线能量焊接特性的钢材。日本较早开展了大线能量焊接用钢研发工作,并处于国际领先水平。我国近年己取得显著研究进展,但产品级别以及性能稳定性较低,还无法满足各领域的迫切需求。氧化物冶金是开发大线能量焊接用钢的有效工艺手段,但由于其技术复杂性和知识产权保护等原因,国内仍未实现成熟的工业化应用。本课题以此为背景,围绕氧化物冶金型大线能量焊接用钢组织性能调控与生产工艺开展了研究,主要包括以下内容。为阐明氧化物冶金工艺下夹杂物析出规律,并为实验和工业研发提供理论指导,开展了氧化物冶金脱氧热力学分析。计算结果表明,在一般微合金条件下Ti的多种脱氧产物中Ti203稳定性最高,为避免Al203的析出,在0.01%Ti时需控制A1含量在0.004%以下。Zr和Mg脱氧能力极强,微量Zr可使A1203和Ti203还原,极微量Mg就可使A1203转化成MgAl204尖晶石。凝固过程中由于元素偏析,Ti脱氧反应将继续发展...
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１大线能量焊接工艺典型工程应用??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｙｐｉｃａｌ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｈｉｇｈ?ｈｅａｔ?ｉｎｐｕｔ?ｗｅｌｄｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ??
的调整适应大线能量焊接要求。这一时期控轧控冷技术还未实现，对高级别钢需通过正??火、调质热处理提高强靭性能，所以具有较高的碳含量和碳当量。这类钢的组织类型、??韧性与线能量的关系如图１．５所示１５］。小线能量时得到下贝氏体（ＢＪ或与马氏体的混合组??织（Ｂｌ＋Ｍ），具有较高的冲击初性；线能量提高，冷速降低，形成上贝氏体（Ｂｕ），包含??粗大的板条朿和ＭＡ组元，韧性急剧恶化。为此，要提高大线能量ＨＡＺ初性，需增加基??体的淬透性，降低相变温度，促进下贝氏体转变，并且要降低基体本身的脆性，增加Ｎｉ??含量、降低Ｃ含量。但是所达到的线能量仍然较低（约６０？７０ｋＪ／ｃｍ），对更大线能量只有??大幅增加Ｎｉ含量（约＞３％）才能满足要求，这时所开发的钢还不具备现代意义上的大线能??量焊接用钢的特征。??－３－??
２０世纪７０年代中期，新日铁（现属新日铁住金）的金沢等人［６＇７］开创性地研究了采用??ＴｉＮ细化ＨＡＺ组织，开发出可大线能量焊接ＨＴ５０、ＨＴ６０钢。在对各种碳氮化物的研究??中发现，只有ＴｉＮ粒子对高温奥氏体晶界钉扎效果显著，如图１．６所示。指出将奥氏体晶??粒细化至１００ｐｍ以下可显著改善韧性，但只有尺寸０．?ｌｐｍ以下的ＴｉＮ中所含Ｔｉ元素质量分??数达到０．０１％以上时，奥氏体晶粒尺寸才开始明显减小。由于加热时ＴｉＮ大量溶解，所以??钢中所需Ｔｉ和Ｎ含量较高。ＴｉＮ对ＨＡＺ组织的细化效果如图１．６，析出粒子不仅钉扎奥氏??体晶界，并促进晶界和晶内铁素体形成，显微组织显著细化。??７；?＂ｓｔｅｅｌ?５?０＇ｉＮ）?＇??３００?－?ｉｆ炫紛為魏ｓｓ??．?ｊ驟攀＿＿??１?ｒＳｔｅｅｌ２?ｆｆｉＮｆｒｅｅ）??〇?Ｌ?，?．——??１２００?１３００?１４００?＊?－一?＇?１０〇＾；??Ｍａｘ．?ｈｅａｔ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／°Ｃ?＇?＇??图１．６?ＴｉＮ对奥氏体晶粒尺寸和ＨＡＺ组织的细化作用１７］??Ｆｉｇ．?１．６?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ＴｉＮ?ｏｎ?ｇｒａｉｎ?ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ?ｏｆ?ａｕｓｔｅｎｉｔｅ?ａｎｄ?ＨＡＺ?ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??通过?ＴｉＮ?处理所开发的?ＨＴ６０?钢采用?０．１３％Ｃ－０．２８％Ｓｉ－ｌ?．３４％Ｍｎ－０．２３％Ｃｕ－０．２５％Ｎｉ－??０．０１９％Ｔｉ－０．００１９％Ｂ?（约０．００９％Ｎ）成分体系，在１００？２００１ｄ／ｃｍ焊接条件下，近熔合线部??韧脆转变温度约在－２０°Ｃ。虽然晶粒尺寸显著细化
【参考文献】：
期刊论文
[1] 刘洪波 李建新 吝章国 李玉谦 田志强 杜琦铭 梅东贵 刘崇 刘占礼 马浩冉 .
博士论文
[1]基于超快冷的控轧控冷装备技术的发展[J]. 王国栋,王昭东,刘振宇,王丙兴,袁国,田勇. 中国冶金. 2016(10)
[2]船用EH级别钢大线能量焊接技术应用[J]. 陈华,江泽新,刘博,吴磊磊,王凯. 造船技术. 2016(02)
[3]EH40钢双丝垂直气电自动焊工艺[J]. 沈志根,许志祥,余滋朴. 金属加工(热加工). 2014(12)
[4]新一代原油储罐用钢板的开发[J]. 杨云清,谭小斌,于青,翟运涛,高海亮,郑键. 压力容器. 2012(09)
[5]浅谈大型储罐用调质高强度钢板的焊接[J]. 柳德忠,李卫国,张治军. 中国化工装备. 2012(05)
[6]夹杂物对低碳钢焊接热影响区组织性能的影响[J]. 郑超超,王学敏,李书瑞,尚成嘉,贺信莱. 中国科学:技术科学. 2012(06)
[7]我国建筑钢结构焊接技术的发展现状和发展趋势[J]. 段斌,孙少忠. 焊接技术. 2012(05)
[8]大线能量焊接用船体结构钢的研究进展[J]. 付魁军,及玉梅,王佳骥,刘芳芳. 鞍钢技术. 2011(06)
[9]High Strength Steel Plates for Large Container Ships[J]. Chang-Sun Lee,Sangho Kim,In-Shik Suh,Kyung-Keun Um,Ohjoon Kwon. Journal of Iron and Steel Research(International). 2011(S1)
[10]大型原油储罐用高强度钢板国产化进展[J]. 张汉谦. 石油化工建设. 2011(02)
本文编号：2895033
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１大线能量焊接工艺典型工程应用??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｙｐｉｃａｌ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｈｉｇｈ?ｈｅａｔ?ｉｎｐｕｔ?ｗｅｌｄｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ??
的调整适应大线能量焊接要求。这一时期控轧控冷技术还未实现，对高级别钢需通过正??火、调质热处理提高强靭性能，所以具有较高的碳含量和碳当量。这类钢的组织类型、??韧性与线能量的关系如图１．５所示１５］。小线能量时得到下贝氏体（ＢＪ或与马氏体的混合组??织（Ｂｌ＋Ｍ），具有较高的冲击初性；线能量提高，冷速降低，形成上贝氏体（Ｂｕ），包含??粗大的板条朿和ＭＡ组元，韧性急剧恶化。为此，要提高大线能量ＨＡＺ初性，需增加基??体的淬透性，降低相变温度，促进下贝氏体转变，并且要降低基体本身的脆性，增加Ｎｉ??含量、降低Ｃ含量。但是所达到的线能量仍然较低（约６０？７０ｋＪ／ｃｍ），对更大线能量只有??大幅增加Ｎｉ含量（约＞３％）才能满足要求，这时所开发的钢还不具备现代意义上的大线能??量焊接用钢的特征。??－３－??
２０世纪７０年代中期，新日铁（现属新日铁住金）的金沢等人［６＇７］开创性地研究了采用??ＴｉＮ细化ＨＡＺ组织，开发出可大线能量焊接ＨＴ５０、ＨＴ６０钢。在对各种碳氮化物的研究??中发现，只有ＴｉＮ粒子对高温奥氏体晶界钉扎效果显著，如图１．６所示。指出将奥氏体晶??粒细化至１００ｐｍ以下可显著改善韧性，但只有尺寸０．?ｌｐｍ以下的ＴｉＮ中所含Ｔｉ元素质量分??数达到０．０１％以上时，奥氏体晶粒尺寸才开始明显减小。由于加热时ＴｉＮ大量溶解，所以??钢中所需Ｔｉ和Ｎ含量较高。ＴｉＮ对ＨＡＺ组织的细化效果如图１．６，析出粒子不仅钉扎奥氏??体晶界，并促进晶界和晶内铁素体形成，显微组织显著细化。??７；?＂ｓｔｅｅｌ?５?０＇ｉＮ）?＇??３００?－?ｉｆ炫紛為魏ｓｓ??．?ｊ驟攀＿＿??１?ｒＳｔｅｅｌ２?ｆｆｉＮｆｒｅｅ）??〇?Ｌ?，?．——??１２００?１３００?１４００?＊?－一?＇?１０〇＾；??Ｍａｘ．?ｈｅａｔ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／°Ｃ?＇?＇??图１．６?ＴｉＮ对奥氏体晶粒尺寸和ＨＡＺ组织的细化作用１７］??Ｆｉｇ．?１．６?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ＴｉＮ?ｏｎ?ｇｒａｉｎ?ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ?ｏｆ?ａｕｓｔｅｎｉｔｅ?ａｎｄ?ＨＡＺ?ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??通过?ＴｉＮ?处理所开发的?ＨＴ６０?钢采用?０．１３％Ｃ－０．２８％Ｓｉ－ｌ?．３４％Ｍｎ－０．２３％Ｃｕ－０．２５％Ｎｉ－??０．０１９％Ｔｉ－０．００１９％Ｂ?（约０．００９％Ｎ）成分体系，在１００？２００１ｄ／ｃｍ焊接条件下，近熔合线部??韧脆转变温度约在－２０°Ｃ。虽然晶粒尺寸显著细化
【参考文献】：
期刊论文
[1] 刘洪波 李建新 吝章国 李玉谦 田志强 杜琦铭 梅东贵 刘崇 刘占礼 马浩冉 .
博士论文
[1]基于超快冷的控轧控冷装备技术的发展[J]. 王国栋,王昭东,刘振宇,王丙兴,袁国,田勇. 中国冶金. 2016(10)
[2]船用EH级别钢大线能量焊接技术应用[J]. 陈华,江泽新,刘博,吴磊磊,王凯. 造船技术. 2016(02)
[3]EH40钢双丝垂直气电自动焊工艺[J]. 沈志根,许志祥,余滋朴. 金属加工(热加工). 2014(12)
[4]新一代原油储罐用钢板的开发[J]. 杨云清,谭小斌,于青,翟运涛,高海亮,郑键. 压力容器. 2012(09)
[5]浅谈大型储罐用调质高强度钢板的焊接[J]. 柳德忠,李卫国,张治军. 中国化工装备. 2012(05)
[6]夹杂物对低碳钢焊接热影响区组织性能的影响[J]. 郑超超,王学敏,李书瑞,尚成嘉,贺信莱. 中国科学:技术科学. 2012(06)
[7]我国建筑钢结构焊接技术的发展现状和发展趋势[J]. 段斌,孙少忠. 焊接技术. 2012(05)
[8]大线能量焊接用船体结构钢的研究进展[J]. 付魁军,及玉梅,王佳骥,刘芳芳. 鞍钢技术. 2011(06)
[9]High Strength Steel Plates for Large Container Ships[J]. Chang-Sun Lee,Sangho Kim,In-Shik Suh,Kyung-Keun Um,Ohjoon Kwon. Journal of Iron and Steel Research(International). 2011(S1)
[10]大型原油储罐用高强度钢板国产化进展[J]. 张汉谦. 石油化工建设. 2011(02)
本文编号：2895033
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