氧化物冶金技术的理论与工艺.pdfVIP

维普资讯 2005年第2期 世 界 钢 铁 氧化物冶金技术的理论与工艺 (中)郑 庆 朱立新 (上海宝钢研究院冶金工艺所) 摘要 细小氧化物夹杂可以作为非均匀形核质点在奥氏体晶粒内部诱发针状铁素体组织，从而产生细化晶 粒的效果。这项被称为氧化物冶金的技术对于提高某些高强度低合金钢焊接热影响区的韧性有着非常好的 效果 ，其技术关键在于对凝固前沿及其后形成的二次夹杂进行精确控制。 关键词 HAZ 晶内针状铁素体 夹杂物 1 前言 也将因Oustwald熟化过程而长大、重熔而减弱并 氧化物冶金技术是一项近 1O年来受到国际 失去对奥氏体晶粒的抑制作用一．8j，这就给传统 冶金材料学术界和产业界广为关注的前沿技术。 的高强度低合金钢带来新的课题 ，即焊接热影响 这一技术对于改善高强度低合金钢种 (HSLA)的 区(HAZ)的性能 (强度和韧性)恶化，易产生焊接 焊接热影响区(HAZ)韧性、推动超细晶粒钢种的 冷裂纹等问题l9．】。众所周知，大型桥梁、管线、 开发有着非常重要的意义，有望得到大规模产业 压力容器等工作负荷(压力、承重及工作条件)越 化应用。 来越大，对焊接结构钢的止裂性能的要求也愈来 高强度低合金钢是一种应用广泛的结构钢， 愈高，除要考虑钢的韧一脆性转变温度外，提高延 在大多数情况下要求其具有优 良的焊接性。其焊 性断裂的止裂性能则显得更为重要，因而，进一步 接性主要包括两个方面，其一是裂纹敏感性，即要 改善高强度低合金钢材HAZ韧性非常迫切。 求钢材具有足够的韧性；其二是焊接热影响区的 1990年，在 日本名古屋召开的国际钢铁大会 力学性能l1“J。焊接时，焊缝金属发生局部重熔。 上，新 日铁研究人员首次提出氧化物冶金技术的 焊后冷却过程中，熔合线附近晶粒则粗化形成粗 概念，其基本原理是在钢中弓f人细小弥散的Ti20 晶热影响区(CGHAZ)，粗晶组织导致局部强度和 夹杂物，而且，Ti20 比TiN稳定。这些 Ti20夹杂 韧性降低。因此 ，HAZ成为钢铁构件的脆弱 区 物在焊接后的冷却过程中起到非均匀形核质点的 域。近半个世纪以来，通过微合金化、纯净化冶炼 作用，在奥氏体晶粒内部诱发针状铁素体组织 和控轧控冷等技术的应用，高强度低合金钢种母 (IGF或者AF)，即原始奥氏体晶粒被分割成多个 材和HAZ的强度和韧性均得到很大的提高。特 针状铁素体 晶粒，起到细化 HAZ组织 的效 别是采用 Ti微合金化，使钢中形成了TiN粒子， 果 11～14] 可以有效抑制焊接过程 HAZ奥氏体晶粒的长大， 大大减小HAZ的韧性降低幅度，这项被称为TiN 2 焊接对钢材微观组织性能的影响 冶金的技术 目前已在高强度低合金钢中广泛应 焊接时输入热，使焊缝经历一个热循环，在焊 用l5～6j。近年来，随着管线、桥梁、海上采油平台、 缝金属区，钢本身发生熔化。在熔合线和未受热 高层建筑钢结构、压力容器越来越多地采用大规 影响的基体材料之间形成HAZ。紧靠熔合线的基 格、高强度钢板，要求钢板可以采用大幅度提高焊 体金属温度接近钢的固相线温度，因此 ，该区域显 接效率的单面埋弧焊、气电焊或电渣焊等大线能 微组织迅速粗化，成为粗晶热影响区(GcI_ )。 量焊接技术进行焊接。焊接线能量输入从原来较 随着距熔合线距离的增大，热循环峰温下降，在某 低的手弧焊 (≤25kJ／cm)、自动焊 (≤35kJ／cm)提 一 区域达到的一个温度范围相当于正火温度，这 高到50～150kJ／cm，甚至更高 峰值温度将达到 个区域为细晶热影响区(GRI-IAZ)。离熔合线的距 或超过 1400~C，从而使CGHA