氧化物冶金型大線能量焊接用鋼組織性能調(diào)控與生產(chǎn)工藝研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-01 20:27
在船舶、建筑等領(lǐng)域的大型鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)建造中,采用大線能量焊接工藝可顯著提高工程施工效率,節(jié)約制造成本。常規(guī)鋼材在大熱輸入條件下熱影響區(qū)（HAZ）韌性嚴(yán)重惡化以致無(wú)法滿足使用要求,因此必須研發(fā)出具備耐大線能量焊接特性的鋼材。日本較早開展了大線能量焊接用鋼研發(fā)工作,并處于國(guó)際領(lǐng)先水平。我國(guó)近年己取得顯著研究進(jìn)展,但產(chǎn)品級(jí)別以及性能穩(wěn)定性較低,還無(wú)法滿足各領(lǐng)域的迫切需求。氧化物冶金是開發(fā)大線能量焊接用鋼的有效工藝手段,但由于其技術(shù)復(fù)雜性和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等原因,國(guó)內(nèi)仍未實(shí)現(xiàn)成熟的工業(yè)化應(yīng)用。本課題以此為背景,圍繞氧化物冶金型大線能量焊接用鋼組織性能調(diào)控與生產(chǎn)工藝開展了研究,主要包括以下內(nèi)容。為闡明氧化物冶金工藝下夾雜物析出規(guī)律,并為實(shí)驗(yàn)和工業(yè)研發(fā)提供理論指導(dǎo),開展了氧化物冶金脫氧熱力學(xué)分析。計(jì)算結(jié)果表明,在一般微合金條件下Ti的多種脫氧產(chǎn)物中Ti203穩(wěn)定性最高,為避免Al203的析出,在0.01%Ti時(shí)需控制A1含量在0.004%以下。Zr和Mg脫氧能力極強(qiáng),微量Zr可使A1203和Ti203還原,極微量Mg就可使A1203轉(zhuǎn)化成MgAl204尖晶石。凝固過程中由于元素偏析,Ti脫氧反應(yīng)將繼續(xù)發(fā)展...
【文章來(lái)源】：東北大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：177 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１大線能量焊接工藝典型工程應(yīng)用??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｙｐｉｃａｌ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｈｉｇｈ?ｈｅａｔ?ｉｎｐｕｔ?ｗｅｌｄｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ??
的調(diào)整適應(yīng)大線能量焊接要求。這一時(shí)期控軋控冷技術(shù)還未實(shí)現(xiàn)，對(duì)高級(jí)別鋼需通過正??火、調(diào)質(zhì)熱處理提高強(qiáng)靭性能，所以具有較高的碳含量和碳當(dāng)量。這類鋼的組織類型、??韌性與線能量的關(guān)系如圖１．５所示１５］。小線能量時(shí)得到下貝氏體（ＢＪ或與馬氏體的混合組??織（Ｂｌ＋Ｍ），具有較高的沖擊初性；線能量提高，冷速降低，形成上貝氏體（Ｂｕ），包含??粗大的板條朿和ＭＡ組元，韌性急劇惡化。為此，要提高大線能量ＨＡＺ初性，需增加基??體的淬透性，降低相變溫度，促進(jìn)下貝氏體轉(zhuǎn)變，并且要降低基體本身的脆性，增加Ｎｉ??含量、降低Ｃ含量。但是所達(dá)到的線能量仍然較低（約６０？７０ｋＪ／ｃｍ），對(duì)更大線能量只有??大幅增加Ｎｉ含量（約＞３％）才能滿足要求，這時(shí)所開發(fā)的鋼還不具備現(xiàn)代意義上的大線能??量焊接用鋼的特征。??－３－??
２０世紀(jì)７０年代中期，新日鐵（現(xiàn)屬新日鐵住金）的金沢等人［６＇７］開創(chuàng)性地研究了采用??ＴｉＮ細(xì)化ＨＡＺ組織，開發(fā)出可大線能量焊接ＨＴ５０、ＨＴ６０鋼。在對(duì)各種碳氮化物的研究??中發(fā)現(xiàn)，只有ＴｉＮ粒子對(duì)高溫奧氏體晶界釘扎效果顯著，如圖１．６所示。指出將奧氏體晶??粒細(xì)化至１００ｐｍ以下可顯著改善韌性，但只有尺寸０．?ｌｐｍ以下的ＴｉＮ中所含Ｔｉ元素質(zhì)量分??數(shù)達(dá)到０．０１％以上時(shí)，奧氏體晶粒尺寸才開始明顯減小。由于加熱時(shí)ＴｉＮ大量溶解，所以??鋼中所需Ｔｉ和Ｎ含量較高。ＴｉＮ對(duì)ＨＡＺ組織的細(xì)化效果如圖１．６，析出粒子不僅釘扎奧氏??體晶界，并促進(jìn)晶界和晶內(nèi)鐵素體形成，顯微組織顯著細(xì)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?＇?＇??圖１．６?ＴｉＮ對(duì)奧氏體晶粒尺寸和ＨＡＺ組織的細(xì)化作用１７］??Ｆｉｇ．?１．６?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ＴｉＮ?ｏｎ?ｇｒａｉｎ?ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ?ｏｆ?ａｕｓｔｅｎｉｔｅ?ａｎｄ?ＨＡＺ?ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??通過?ＴｉＮ?處理所開發(fā)的?ＨＴ６０?鋼采用?０．１３％Ｃ－０．２８％Ｓｉ－ｌ?．３４％Ｍｎ－０．２３％Ｃｕ－０．２５％Ｎｉ－??０．０１９％Ｔｉ－０．００１９％Ｂ?（約０．００９％Ｎ）成分體系，在１００？２００１ｄ／ｃｍ焊接條件下，近熔合線部??韌脆轉(zhuǎn)變溫度約在－２０°Ｃ。雖然晶粒尺寸顯著細(xì)化
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1] 劉洪波 李建新 吝章國(guó) 李玉謙 田志強(qiáng) 杜琦銘 梅東貴 劉崇 劉占禮 馬浩冉 .
博士論文
[1]基于超快冷的控軋控冷裝備技術(shù)的發(fā)展[J]. 王國(guó)棟,王昭東,劉振宇,王丙興,袁國(guó),田勇. 中國(guó)冶金. 2016(10)
[2]船用EH級(jí)別鋼大線能量焊接技術(shù)應(yīng)用[J]. 陳華,江澤新,劉博,吳磊磊,王凱. 造船技術(shù). 2016(02)
[3]EH40鋼雙絲垂直氣電自動(dòng)焊工藝[J]. 沈志根,許志祥,余滋樸. 金屬加工(熱加工). 2014(12)
[4]新一代原油儲(chǔ)罐用鋼板的開發(fā)[J]. 楊云清,譚小斌,于青,翟運(yùn)濤,高海亮,鄭鍵. 壓力容器. 2012(09)
[5]淺談大型儲(chǔ)罐用調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼板的焊接[J]. 柳德忠,李衛(wèi)國(guó),張治軍. 中國(guó)化工裝備. 2012(05)
[6]夾雜物對(duì)低碳鋼焊接熱影響區(qū)組織性能的影響[J]. 鄭超超,王學(xué)敏,李書瑞,尚成嘉,賀信萊. 中國(guó)科學(xué):技術(shù)科學(xué). 2012(06)
[7]我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J]. 段斌,孫少忠. 焊接技術(shù). 2012(05)
[8]大線能量焊接用船體結(jié)構(gòu)鋼的研究進(jìn)展[J]. 付魁軍,及玉梅,王佳驥,劉芳芳. 鞍鋼技術(shù). 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]大型原油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度鋼板國(guó)產(chǎn)化進(jìn)展[J]. 張漢謙. 石油化工建設(shè). 2011(02)
本文編號(hào)：2895033
【文章來(lái)源】：東北大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
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【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１大線能量焊接工藝典型工程應(yīng)用??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｙｐｉｃａｌ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｈｉｇｈ?ｈｅａｔ?ｉｎｐｕｔ?ｗｅｌｄｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ??
的調(diào)整適應(yīng)大線能量焊接要求。這一時(shí)期控軋控冷技術(shù)還未實(shí)現(xiàn)，對(duì)高級(jí)別鋼需通過正??火、調(diào)質(zhì)熱處理提高強(qiáng)靭性能，所以具有較高的碳含量和碳當(dāng)量。這類鋼的組織類型、??韌性與線能量的關(guān)系如圖１．５所示１５］。小線能量時(shí)得到下貝氏體（ＢＪ或與馬氏體的混合組??織（Ｂｌ＋Ｍ），具有較高的沖擊初性；線能量提高，冷速降低，形成上貝氏體（Ｂｕ），包含??粗大的板條朿和ＭＡ組元，韌性急劇惡化。為此，要提高大線能量ＨＡＺ初性，需增加基??體的淬透性，降低相變溫度，促進(jìn)下貝氏體轉(zhuǎn)變，并且要降低基體本身的脆性，增加Ｎｉ??含量、降低Ｃ含量。但是所達(dá)到的線能量仍然較低（約６０？７０ｋＪ／ｃｍ），對(duì)更大線能量只有??大幅增加Ｎｉ含量（約＞３％）才能滿足要求，這時(shí)所開發(fā)的鋼還不具備現(xiàn)代意義上的大線能??量焊接用鋼的特征。??－３－??
２０世紀(jì)７０年代中期，新日鐵（現(xiàn)屬新日鐵住金）的金沢等人［６＇７］開創(chuàng)性地研究了采用??ＴｉＮ細(xì)化ＨＡＺ組織，開發(fā)出可大線能量焊接ＨＴ５０、ＨＴ６０鋼。在對(duì)各種碳氮化物的研究??中發(fā)現(xiàn)，只有ＴｉＮ粒子對(duì)高溫奧氏體晶界釘扎效果顯著，如圖１．６所示。指出將奧氏體晶??粒細(xì)化至１００ｐｍ以下可顯著改善韌性，但只有尺寸０．?ｌｐｍ以下的ＴｉＮ中所含Ｔｉ元素質(zhì)量分??數(shù)達(dá)到０．０１％以上時(shí)，奧氏體晶粒尺寸才開始明顯減小。由于加熱時(shí)ＴｉＮ大量溶解，所以??鋼中所需Ｔｉ和Ｎ含量較高。ＴｉＮ對(duì)ＨＡＺ組織的細(xì)化效果如圖１．６，析出粒子不僅釘扎奧氏??體晶界，并促進(jìn)晶界和晶內(nèi)鐵素體形成，顯微組織顯著細(xì)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?＇?＇??圖１．６?ＴｉＮ對(duì)奧氏體晶粒尺寸和ＨＡＺ組織的細(xì)化作用１７］??Ｆｉｇ．?１．６?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ＴｉＮ?ｏｎ?ｇｒａｉｎ?ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ?ｏｆ?ａｕｓｔｅｎｉｔｅ?ａｎｄ?ＨＡＺ?ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??通過?ＴｉＮ?處理所開發(fā)的?ＨＴ６０?鋼采用?０．１３％Ｃ－０．２８％Ｓｉ－ｌ?．３４％Ｍｎ－０．２３％Ｃｕ－０．２５％Ｎｉ－??０．０１９％Ｔｉ－０．００１９％Ｂ?（約０．００９％Ｎ）成分體系，在１００？２００１ｄ／ｃｍ焊接條件下，近熔合線部??韌脆轉(zhuǎn)變溫度約在－２０°Ｃ。雖然晶粒尺寸顯著細(xì)化
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1] 劉洪波 李建新 吝章國(guó) 李玉謙 田志強(qiáng) 杜琦銘 梅東貴 劉崇 劉占禮 馬浩冉 .
博士論文
[1]基于超快冷的控軋控冷裝備技術(shù)的發(fā)展[J]. 王國(guó)棟,王昭東,劉振宇,王丙興,袁國(guó),田勇. 中國(guó)冶金. 2016(10)
[2]船用EH級(jí)別鋼大線能量焊接技術(shù)應(yīng)用[J]. 陳華,江澤新,劉博,吳磊磊,王凱. 造船技術(shù). 2016(02)
[3]EH40鋼雙絲垂直氣電自動(dòng)焊工藝[J]. 沈志根,許志祥,余滋樸. 金屬加工(熱加工). 2014(12)
[4]新一代原油儲(chǔ)罐用鋼板的開發(fā)[J]. 楊云清,譚小斌,于青,翟運(yùn)濤,高海亮,鄭鍵. 壓力容器. 2012(09)
[5]淺談大型儲(chǔ)罐用調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼板的焊接[J]. 柳德忠,李衛(wèi)國(guó),張治軍. 中國(guó)化工裝備. 2012(05)
[6]夾雜物對(duì)低碳鋼焊接熱影響區(qū)組織性能的影響[J]. 鄭超超,王學(xué)敏,李書瑞,尚成嘉,賀信萊. 中國(guó)科學(xué):技術(shù)科學(xué). 2012(06)
[7]我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J]. 段斌,孫少忠. 焊接技術(shù). 2012(05)
[8]大線能量焊接用船體結(jié)構(gòu)鋼的研究進(jìn)展[J]. 付魁軍,及玉梅,王佳驥,劉芳芳. 鞍鋼技術(shù). 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]大型原油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度鋼板國(guó)產(chǎn)化進(jìn)展[J]. 張漢謙. 石油化工建設(shè). 2011(02)
本文編號(hào)：2895033
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