氧化物冶金型大線能量焊接用鋼組織性能調控與生產工藝研究
發(fā)布時間：2020-12-01 20:27
在船舶、建筑等領域的大型鋼質結構建造中,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）韌性嚴重惡化以致無法滿足使用要求,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,并處于國際領先水平。我國近年己取得顯著研究進展,但產品級別以及性能穩(wěn)定性較低,還無法滿足各領域的迫切需求。氧化物冶金是開發(fā)大線能量焊接用鋼的有效工藝手段,但由于其技術復雜性和知識產權保護等原因,國內仍未實現成熟的工業(yè)化應用。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控與生產工藝開展了研究,主要包括以下內容。為闡明氧化物冶金工藝下夾雜物析出規(guī)律,并為實驗和工業(yè)研發(fā)提供理論指導,開展了氧化物冶金脫氧熱力學分析。計算結果表明,在一般微合金條件下Ti的多種脫氧產物中Ti203穩(wěn)定性最高,為避免Al203的析出,在0.01%Ti時需控制A1含量在0.004%以下。Zr和Mg脫氧能力極強,微量Zr可使A1203和Ti203還原,極微量Mg就可使A1203轉化成MgAl204尖晶石。凝固過程中由于元素偏析,Ti脫氧反應將繼續(xù)發(fā)展...
【文章來源】：東北大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：177 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１大線能量焊接工藝典型工程應用??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｙｐｉｃａｌ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｈｉｇｈ?ｈｅａｔ?ｉｎｐｕｔ?ｗｅｌｄｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ??
的調整適應大線能量焊接要求。這一時期控軋控冷技術還未實現，對高級別鋼需通過正??火、調質熱處理提高強靭性能，所以具有較高的碳含量和碳當量。這類鋼的組織類型、??韌性與線能量的關系如圖１．５所示１５］。小線能量時得到下貝氏體（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，促進下貝氏體轉變，并且要降低基體本身的脆性，增加Ｎｉ??含量、降低Ｃ含量。但是所達到的線能量仍然較低（約６０？７０ｋＪ／ｃｍ），對更大線能量只有??大幅增加Ｎｉ含量（約＞３％）才能滿足要求，這時所開發(fā)的鋼還不具備現代意義上的大線能??量焊接用鋼的特征。??－３－??
２０世紀７０年代中期，新日鐵（現屬新日鐵住金）的金沢等人［６＇７］開創(chuàng)性地研究了采用??ＴｉＮ細化ＨＡＺ組織，開發(fā)出可大線能量焊接ＨＴ５０、ＨＴ６０鋼。在對各種碳氮化物的研究??中發(fā)現，只有ＴｉＮ粒子對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元素質量分??數達到０．０１％以上時，奧氏體晶粒尺寸才開始明顯減小。由于加熱時ＴｉＮ大量溶解，所以??鋼中所需Ｔｉ和Ｎ含量較高。ＴｉＮ對ＨＡＺ組織的細化效果如圖１．６，析出粒子不僅釘扎奧氏??體晶界，并促進晶界和晶內鐵素體形成，顯微組織顯著細化。??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對奧氏體晶粒尺寸和ＨＡＺ組織的細化作用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??韌脆轉變溫度約在－２０°Ｃ。雖然晶粒尺寸顯著細化
【參考文獻】：
期刊論文
[1] 劉洪波 李建新 吝章國 李玉謙 田志強 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的發(fā)展[J]. 王國棟,王昭東,劉振宇,王丙興,袁國,田勇. 中國冶金. 2016(10)
[2]船用EH級別鋼大線能量焊接技術應用[J]. 陳華,江澤新,劉博,吳磊磊,王凱. 造船技術. 2016(02)
[3]EH40鋼雙絲垂直氣電自動焊工藝[J]. 沈志根,許志祥,余滋樸. 金屬加工(熱加工). 2014(12)
[4]新一代原油儲罐用鋼板的開發(fā)[J]. 楊云清,譚小斌,于青,翟運濤,高海亮,鄭鍵. 壓力容器. 2012(09)
[5]淺談大型儲罐用調質高強度鋼板的焊接[J]. 柳德忠,李衛(wèi)國,張治軍. 中國化工裝備. 2012(05)
[6]夾雜物對低碳鋼焊接熱影響區(qū)組織性能的影響[J]. 鄭超超,王學敏,李書瑞,尚成嘉,賀信萊. 中國科學:技術科學. 2012(06)
[7]我國建筑鋼結構焊接技術的發(fā)展現狀和發(fā)展趨勢[J]. 段斌,孫少忠. 焊接技術. 2012(05)
[8]大線能量焊接用船體結構鋼的研究進展[J]. 付魁軍,及玉梅,王佳驥,劉芳芳. 鞍鋼技術. 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]大型原油儲罐用高強度鋼板國產化進展[J]. 張漢謙. 石油化工建設. 2011(02)
本文編號：2895033
【文章來源】：東北大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：177 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１大線能量焊接工藝典型工程應用??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｙｐｉｃａｌ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｈｉｇｈ?ｈｅａｔ?ｉｎｐｕｔ?ｗｅｌｄｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ??
的調整適應大線能量焊接要求。這一時期控軋控冷技術還未實現，對高級別鋼需通過正??火、調質熱處理提高強靭性能，所以具有較高的碳含量和碳當量。這類鋼的組織類型、??韌性與線能量的關系如圖１．５所示１５］。小線能量時得到下貝氏體（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，促進下貝氏體轉變，并且要降低基體本身的脆性，增加Ｎｉ??含量、降低Ｃ含量。但是所達到的線能量仍然較低（約６０？７０ｋＪ／ｃｍ），對更大線能量只有??大幅增加Ｎｉ含量（約＞３％）才能滿足要求，這時所開發(fā)的鋼還不具備現代意義上的大線能??量焊接用鋼的特征。??－３－??
２０世紀７０年代中期，新日鐵（現屬新日鐵住金）的金沢等人［６＇７］開創(chuàng)性地研究了采用??ＴｉＮ細化ＨＡＺ組織，開發(fā)出可大線能量焊接ＨＴ５０、ＨＴ６０鋼。在對各種碳氮化物的研究??中發(fā)現，只有ＴｉＮ粒子對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元素質量分??數達到０．０１％以上時，奧氏體晶粒尺寸才開始明顯減小。由于加熱時ＴｉＮ大量溶解，所以??鋼中所需Ｔｉ和Ｎ含量較高。ＴｉＮ對ＨＡＺ組織的細化效果如圖１．６，析出粒子不僅釘扎奧氏??體晶界，并促進晶界和晶內鐵素體形成，顯微組織顯著細化。??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對奧氏體晶粒尺寸和ＨＡＺ組織的細化作用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??韌脆轉變溫度約在－２０°Ｃ。雖然晶粒尺寸顯著細化
【參考文獻】：
期刊論文
[1] 劉洪波 李建新 吝章國 李玉謙 田志強 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的發(fā)展[J]. 王國棟,王昭東,劉振宇,王丙興,袁國,田勇. 中國冶金. 2016(10)
[2]船用EH級別鋼大線能量焊接技術應用[J]. 陳華,江澤新,劉博,吳磊磊,王凱. 造船技術. 2016(02)
[3]EH40鋼雙絲垂直氣電自動焊工藝[J]. 沈志根,許志祥,余滋樸. 金屬加工(熱加工). 2014(12)
[4]新一代原油儲罐用鋼板的開發(fā)[J]. 楊云清,譚小斌,于青,翟運濤,高海亮,鄭鍵. 壓力容器. 2012(09)
[5]淺談大型儲罐用調質高強度鋼板的焊接[J]. 柳德忠,李衛(wèi)國,張治軍. 中國化工裝備. 2012(05)
[6]夾雜物對低碳鋼焊接熱影響區(qū)組織性能的影響[J]. 鄭超超,王學敏,李書瑞,尚成嘉,賀信萊. 中國科學:技術科學. 2012(06)
[7]我國建筑鋼結構焊接技術的發(fā)展現狀和發(fā)展趨勢[J]. 段斌,孫少忠. 焊接技術. 2012(05)
[8]大線能量焊接用船體結構鋼的研究進展[J]. 付魁軍,及玉梅,王佳驥,劉芳芳. 鞍鋼技術. 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]大型原油儲罐用高強度鋼板國產化進展[J]. 張漢謙. 石油化工建設. 2011(02)
本文編號：2895033
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