手机知网 App
24小时专家级知识服务
打 开
手机知网|搜索

Ti处理改善船体钢焊接HAZ组织与性能研究

杨银辉

   在大热输入焊接的条件下,传统Al处理船体钢中易出现焊接HAZ低温韧性下降,焊接裂纹敏感性增加的问题。在炼钢过程中产生弥散分布的Ti氧化物能促进晶内针状铁素体的形核,有效改善HAZ的组织和性能,能促进针状铁素体形核的第二相夹杂物中,Ti_2O_3在高温下最稳定,在焊接过程中促进针状铁素体形核能力最强。 本文先对Ti氧化物促进晶内针状铁素体形核机理进行分析。对于不含Nb和其他强化元素的Ti脱氧钢采用Gleeble3500D进行连续冷却淬火试验。相变温度为725℃时,晶界铁素体和侧板条铁素体在晶界开始形成,同时晶内针状铁素体开始形核长大。到650℃时晶界铁素体已基本完全形成,晶内针状铁素体迅速长大,抑制了侧板条铁素体由晶界向晶内生长。575℃时针状铁素体组织已在奥氏体晶内形成大量交错密排的组织。利用Bonding扩散试验从宏观角度探讨了Ti_2O_3周围贫锰区(MDZ)形成的机理,以及高温保温时间对其形核能力的影响。结果表明,在Ti_2O_3粉末与基体界面处有铁素体带形成,而Al_2O_3粉末与基体界面处无铁素体带形成,说明Ti_2O_3有较强的促进铁素体形核能力。随着奥氏体化温度的降低,界面处铁素体层的宽度显著下降,当奥氏体化温度为950℃时,铁素体带消失。电子探针分析发现钢的基体材料与氧化物接触的过渡层中形成了约10μm贫锰区。Ti_2O_3吸附了周围的Mn原子,促进了贫锰区形成。随着高温保温时间的增加,Ti氧化物促进针状铁素体形核能力下降。 利用焊接物理模拟技术,在Gleeble1500D热验机上对不同热输入下的焊接粗晶区组织进行模拟。-20℃焊接热模拟冲击试验表明,当焊接线能量大于50KJ/cm时,Ti处理船体钢的焊接粗晶区的冲击韧性明显高于Al处理船体钢,在75KJ/cm焊接热输入时-20℃冲击功达60J。气体保护焊试验中,Al处理钢在大热输入焊接(50KJ/cm)时,其焊接粗晶区.20℃冲击功小于40J,而Ti处理钢在50KJ/cm和20KJ/cm的焊接热输入条件下,焊接粗晶区-20℃冲击功均大于140J,因此Ti处理较大地改善了船体钢焊接粗晶区低温韧性。Ti处理船体钢母材夹杂主要是以Ti氧化物为核心的圆形夹杂,少量MnS在其外层析出,其粒径主要分布在2~3.2μm,t_(8/5)=100s(75KJ/cm)的焊接热输入对其形貌、成分及尺寸无影响。Al处理船体钢母材中夹杂主要是以Al_2O_3为核心,外层是较多的富Ti的TiN+Mn-Ti-O析出,边缘有少量MnS的复合夹杂,其粒径主要分布在2.5~3.5μm。在t_(8/5)=100s的焊接热循环后,氧化物外层富钛的析出物发生了分解,粒径减小,得到复合夹杂以Al_2O_3为核心,外层是少量富Ti的(Ti,Nb)(C,N)析出。对Ti处理船体钢采用50KJ/cm焊接热循环,当温度连续冷却到600℃、650℃淬火,得到了较多的Ti氧化物促进针状铁素体形核长大组织。采用SEM和金相显微镜在t_(8/5)=100s、60s的热循环组织中观察到了Ti氧化物促进针状铁素体形核长大组织,晶内针状铁素板条减少了粒状贝氏体的数量,有效分割晶粒,细化了组织。在900~1100℃的奥氏体化温度区间,Al处理船体钢奥氏体晶粒长大速度慢于Ti处理船体钢,当奥氏体化温度超过1100℃时,Al处理钢晶粒异常长大,Ti处理钢晶粒尺寸仍正常长大。Al处理钢在1300℃奥氏体晶粒尺寸达到180μm,明显高于Ti处理钢。焊接峰值温度Tm=1350℃时,当t_(8/5)小于40s时,Ti处理钢的晶粒长大速度要高于Al处理钢,当t8/5>40s时,Al处理钢奥氏体晶粒长大速度远高于Ti处理钢,t8/5=100s,Al处理钢奥氏体晶粒尺寸为160μm,明显大于Ti处理钢。……   
[关键词]:焊接HAZ;Ti处理钢;Ti_2O_3;贫锰区;针状铁素体
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:昆明理工大学2008年