夹杂物对低碳钢焊接热影响区组织性能的影响-常州工程职业技术学院.PDF

中国科学: 技术科学 2012 年 第42 卷 第6 期: 662 ~ 671 SCIENCE CHINA PRESS 论 文 夹杂物对低碳钢焊接热影响区组织性能的影响 ① ①* ①② ① ① 郑超超 , 王学敏 , 李书瑞 , 尚成嘉 , 贺信莱 ① 北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083; ② 武钢研究院, 武汉 430080 * E-mail: wxm@ 收稿日期: 2011-11-04; 接受日期: 2012-01-11 国家重点基础研究计划(“973”计划)资助项目(批准号: 2010CB630801) 摘要 利用焊接热模拟技术、光学显微镜及扫描电镜对比分析了 2 种采用不同脱氧方式 关键词 冶炼的低碳钢中夹杂物特性及其对焊接热影响区组织和性能的影响; 采用高温激光共聚焦 低碳钢 显微镜对晶内针状铁素体形核长大行为进行原位观察; 采用俄歇电子能谱仪分析夹杂物边 夹杂物 针状铁素体 界附近Mn 元素分布. 实验结果表明, 加Ti 处理的Al 脱氧钢中主要夹杂物为Al O , MnS 和 2 3 焊接热影响区 TiN, 氧化物冶金型Ti 脱氧钢中主要夹杂物为TiOx/MnS 复合型夹杂和MnS 夹杂. 研究发现, 尺寸为 1~3 m 的TiOx/MnS 夹杂物边界附近存在着一定宽度的贫Mn 区, 能有效诱导针状 铁素体形核. 优先生成的针状铁素体会分割原奥氏体晶粒, 阻碍低温组织生长, 细化最终组 织, 显著提高焊接热影响区韧性. 随着机械工程结构的大型化, 在实际生产建造 冶炼方法的进一步改善提供了充分的实验证据. 中, 常采用大线能量焊接技术以大幅提高焊接效率, 此外, 在已有的对于夹杂物与针状铁素体关系 但传统低碳钢在采用该技术时会造成焊接热影响区 的研究中, 虽然通过金相和扫描照片能够分析夹杂 晶粒粗化, 材料性能急剧恶化, 这就需要开发能适应 物周边针状铁素体的形貌, 但并不能准确反应针状 大线能量焊接条件的钢板[1]. 报道指出, 在钢中添加 铁素体组织的初始形核位置. 本文采用高温激光共 Ti 元素, 使钢中形成大量弥散的 TiN, 可防止焊接热 聚焦显微镜对样品进行升温、降温过程中的原位观察, 影响区晶粒粗化, 提升材料焊接性能[2]. 但此种方法 并采用俄歇电子能谱仪分析夹杂物边界附近Mn 元素 对材料焊接性能的提升有限, 且需要严格控制处理 分布, 为针状铁素体形核、长大方面的研究提供了有 过程和 Ti 和 N 含量. 这就促使研究者寻求其他有效 力的证据. 方法改善材料焊接性能. 国外学者研究表明[3~7], 采 用氧化物冶金技术冶炼的钢板具有优良的焊接性能, 1 实验材料及方法 其焊接热影响区低温冲击韧性能得到明显提升, 并 充分适应高效的大线能量焊接方法. 本文对采用这 试样来自国内某大型企业大生产冶炼样品. 采 两种方法冶炼的钢中夹杂物特性及不同区域组织形 用转炉冶炼、真空处理, 来料为 32 mm 厚热轧板. 貌等进行了大量实验研究,