针状铁素体形成机理的探讨

本文采用W极氩弧焊熔融来模拟焊缝,研究在C-Mn-Si系焊缝金属中,影响针状铁素体形核的因素。结果表明,在CaF_2保护下的C-Mn-Si系合金的焊缝金属中,当Si、Mn匹配在一定范围内,能使焊缝组织出现高比例的针状铁素体。并通过碳膜复型、电子显微镜、能谱分析和x光衍射分析发现,针状铁素体是在大的奥氏体晶粒内部的非金属夹杂物上非自发形核。并且还发现,较高密度微小的夹杂物(一般在1μm以下)弥散分布对针状铁素体形核更为有利。如果在C-Mn-Si系焊缝中加入少量的Ti,那么不但能细化晶粒,而且能增加TiN、TiO这些细小难溶的非金属夹杂物颗粒浓度,大大提高形成针状铁素体的机率。     

氧化铈对FAB法埋弧焊缝组织与性能的影响

实验研究了CeO_2对FAB(焊剂石棉衬垫单面焊)法埋弧焊D32船用高强钢焊缝金属组织及性能的影响.结果表明:在焊接电弧作用下,CeO_2使焊缝金属增氧,Mn和Si含量降低;CeO_2能细化FAB埋弧焊焊缝金属中夹杂物,促进直径小于2.0μm铈的氧硫复合物形成,并诱导大量针状铁素体形成;合金粉中加入CeO_2后,焊缝金属显微组织主要为针状铁素体、少量先共析铁素体与侧板条铁素体;合金粉中CeO_2质量分数不超过3%时,焊缝金属的屈服强度、抗拉强度、V型缺口冲击值随CeO_2质量分数增加而增加,当达到5%时,焊缝金属的屈服强度、抗拉强度和V型缺口冲击值有所下降.焊缝金属中CeS,Ce_2S_3和Ce_2O_2S复合夹杂物诱导针状铁素体的形核机理是它们与针状铁素体的错配小,符合最小错配度形核机理.     

微合金钢焊缝金属中的针状铁素体

系统地分析了微合金钢焊缝金属中针状铁素体组织的形成条件及特点 ,对夹杂物粒径、数量进行了统计分析 ,并阐述了针状铁素体的形核位置。结果表明 ,焊缝金属化学成分和冷却速度是影响针状铁素体 (AF)的主要因素 ,应力对焊缝金属相变的影响很小。焊缝金属中约有 6 0 %夹杂物的粒径都小于 0 .6 μm ,只有不足 10 %的夹杂物粒径大于 1 0 μm ,约有 94 %以上提供针状铁素体 (AF)形核的夹杂物的粒径为 0 .2～ 0 .6 μm。微合金钢焊缝金属最理想的组织是获得大于 6 5 %的针状铁素体 ,其平均板条尺寸约为 1μm。AF在原奥氏体晶内合适粒径的夹杂物上形核长大 ,在较粗大的原奥氏体晶粒和夹杂物粒径大于 2 μm条件下 ,焊缝金属可得到大量的AF。AF在夹杂物上形核机理有 3种 :形核剂与核心共格界面形核机理、高能惰性基体形核机理及高应变能区形核机理。     

X80管线钢埋弧焊缝组织特征及其控制的试验研究

从贝氏体强化针状铁素体基体角度出发,采用降低碳元素、提高锰元素含量,并添加镍元素以增加贝氏体转变区和高温铁素体转变区的分离程度的技术路线,进行Mn-Ni-Mo-Ti-B合金系X80级(σs≥551 MPa)管线钢埋弧焊丝的试验研究.焊缝的力学性能测试以及SEM、TEM显微组织观察结果表明,对于所研究的焊缝,过高的锰元素含量因提高冷裂纹敏感指数(Pcm)而细化焊缝金属原奥氏体晶粒尺寸,增加贝氏体形核质点,减少了晶内形核的针状铁素体含量,焊缝韧性下降.镍元素对Pcm贡献较小,且镍元素使焊缝金属基体易于交叉滑移,因而合适的镍元素含量有利于提高焊缝的强韧性.针状铁素体片以夹杂物为核心呈放射状生长,夹杂物周围的局部合金元素(Mn,Ti等)贫乏区提高铁素体相变温度,有利于针状铁素体在该区优先形核.另外,夹杂物周围不存在镍元素的贫乏区.     

热加工对管线钢针状铁素体组织形成的影响

以X70管线钢为实验材料,研究不同变形量和冷却速率对管线钢显微组织的影响.结果表明,在奥氏体未再结晶区进行适量的变形,从而形成位错、形变带和胞状组织等缺陷,可以增加铁素体在奥氏体晶内的形核位置和形核率,增大相变驱动力,有利于在随后的冷却过程中得到晶粒细小的针状铁素体组织;其中变形量ε2=0.4、冷却速率为30～60 ℃/s(油冷)下冷却的试样,能够得到最佳的针状铁素体组织,可以满足工程上要求组织中针状铁素体占80%以上的要求.     

低碳钢中以氧化物为核心针状铁素体的形成

通过高温热扩散结合法系统地研究了在含CaO,CeO2的低碳钢中晶内针状铁素体形核现象. 实验结果表明:钢中针状铁素体的形核是由稳定的氧化物CaO,CeO2质点非均匀形核引起的. 在CaO,CeO2氧化物周围存在明显应变区,它是晶内针状铁素体非均匀形核起支配作用的驱动力,可以在一个夹杂氧化物上多处形核,同时形成大量新的奥氏体/铁素体高能内界面,提供发生激发形核的表面效应. 氧化物尺寸在0.1～0.6?m范围内对形成晶内针状铁素体效果最好.     

微合金钢焊缝金属中的针状铁素体

系统地分析了微合金钢焊缝金属中针状铁素体组织的形成条件及特点，对夹杂物粒径、数量进行了统计分析，并阐述了针状铁素体的形核位置。结果表明，焊缝金属化学成分和冷却速度是影响针状铁素体(AF)的主要因素，应力对焊缝金属相变的影响很小。焊缝金属中约有60％夹杂物的粒径都小于0．6μm，只有不足10％的夹杂物粒径大于1．0μm，约有94％以上提供针状铁素体(AF)形核的夹杂物的粒径为0．2～0．6μm．微合金钢焊缝金属最理想的组织是获得大于65％的针状铁素体，其平均板条尺寸约为1μm，AF在原奥氏体晶内合适粒径的夹杂物上形核长大，在较粗大的原奥氏体晶粒和夹杂物粒径大于2μm条件下，焊缝金属可得到大量的AF。AF在夹杂物上形核机理有3种；形核剂与核心共格界面形核机理、高能惰性基体形核机理及高应变能区形核机理。     

非调质钢中钛氧化物冶金行为

通过热力学计算及实验,研究了含钛汽车用非调质钢在液态和凝固过程中含钛夹杂物的析出规律.研究表明,通过调整非调质钢中O,Al和Ti的含量,可以控制夹杂的形态和尺寸,从而得到细小、弥散非金属夹杂物作为针状铁素体的形核核心,细化钢的组织,提高钢的强度和韧性.     

X80管线钢埋弧焊缝组织特征及其控制的试验研究

从贝氏体强化针状铁素体基体角度出发，采用降低碳元素、提高锰元素含量，并添加镍元素以增加贝氏体转变区和高温铁素体转变区的分离程度的技术路线，进行Mn-Ni-Mo-Ti-B合金系X80级（σs≥551MPa）管线钢埋弧焊丝的试验研究。焊缝的力学性能测试以及SEM、TEM显微组织观察结果表明，对于所研究的焊缝，过高的锰元素含量因提高冷裂纹敏感指数（Pcm）而细化焊缝金属原奥氏体晶粒尺寸，增加贝氏体形核质点，减少了晶内形核的针状铁素体含量，焊缝韧性下降。镍元素对Pcm贡献较小，且镍元素使焊缝金属基体易于交叉滑移，因而合适的镍元素含量有利于提高焊缝的强韧性。针状铁素体片以夹杂物为核心呈放射状生长，夹杂物周围的局部合金元素（Mn，Ti等）贫乏区提高铁素体相变温度，有利于针状铁素体在该区优先形核。另外，夹杂物周围不存在镍元素的贫乏区。     

稀土Ce在大热输入焊缝金属中的作用

研究了稀土Ce对大热输入焊缝金属中夹杂物尺寸大小和分布,焊缝金属的显微组织和力学性能的影响,探讨了稀土Ce的氧硫化物诱导针状铁素体的形核机理。结果表明,稀土Ce能细化焊缝金属的夹杂物,使焊缝金属中直径小于2.0μm的非金属夹杂物达90%以上。稀土Ce在大热输入焊缝金属中以Ce2O2S、Ce3S4和CeS的形式存在,形成中心为Al2O3、TiO、MnO和SiO2,表面为Ce2O2S、Ce2S3或CeS的非金属夹杂物,位于夹杂物表面的Ce2O2S、Ce3S4和CeS诱导针状铁素体形核,增加焊缝金属中针状铁素体的含量,抑制先共析铁素体的生成,细化焊缝金属晶粒,提高焊缝金属的韧性。稀土Ce的氧硫化物诱导针状铁素体形核的机理是Ce2O2S、Ce3S4和CeS与针状铁素体的错配度小。     

含锆微合金钢焊接区针状铁素体形成观察

借助Gleeble-2000热模拟试验机和TEM对Zr,Zr＋Ti处理试验钢焊接粗晶区中针状铁素体的形核进行了观察。结果表明，Zr和Ti的氧化物都能够作为焊接粗晶热影响区中针状铁素体形核的核心，在提高针状铁素体数量方面，Ti的氧化物比Zr的氧化物更为有效。     

Ti-B微量合金化元素对焊缝金属韧性的影响机制

通过向焊缝金属过渡微量的Ｔｉ－Ｂ元素,探讨了低合金高强钢焊缝金属的微观组织与组织与低温冲击韧性的关系。研究结果表明,向焊缝金属过渡适量的Ｔｉ－Ｂ元素,可以有效地抑制先共析铁素体的析出,使焊缝获得细小,均匀的针状铁素体组织,从而提高了焊缝的低温冲击韧性,通过透射电镜的观察,发现针状铁素体由许多位错亚结构组成,这相当于进一步细化了晶粒,是提高焊缝金属低温韧性的微观原因。     

单质对低碳钢A-TIG焊焊缝成形的影响

以Ti粉、Si粉和Te粉作为活性剂,研究了单质对低碳钢直流正接A-TIG焊焊缝成形的影响,分析了单质影响熔深的机理.在试验条件下,传统TIG焊的焊缝深宽比为0.24.添加三种活性剂后,焊缝表面都成形良好,Te粉使得焊缝余高增大.Ti粉和Te粉能显著增加熔深,Si粉对焊缝熔深影响则相对较小.Ti和Si粉能使熔宽收缩,而Te粉对熔宽几乎没有影响.在活性剂作用下,Ti粉的焊缝深宽比为0.43;而Te粉的为0.40,Si粉的只有0.35.Si粉、Ti粉、Te粉三者的焊缝熔深排序与其原子半径的大小顺序相同,焊缝熔深变化与单质原子半径大小关系密切.     

Effects of welding wire composition and welding process on the weld metal toughness of submerged arc welded pipeline steel

The effects of alloying elements in welding wires and submerged arc welding process on the microstructures and low-temperature impact toughness of weld metals have been investigated. The results indicate that the optimal contents of alloying elements in welding wires can improve the low-temperature impact toughness of weld metals because the proeutectoid ferrite and bainite formations can be suppressed, and the fraction of acicular ferrite increases. However, the contents of alloying elements need to vary along with the welding heat input. With the increase in welding heat input, the contents of alloying elements in welding wires need to be increased accordingly. The microstructures mainly consisting of acicular ferrite can be obtained in weld metals after four-wire submerged arc welding using the wires with a low carbon content and appropriate contents of Mn, Mo, Ti-B, Cu, Ni, and RE, resulting in the high low-temperature impact toughness of weld metals.     

Addition of cerium and yttrium to ferritic steel weld metal to improve hydrogen trapping efficiency

The applicability of Ce and Y as promising candidate elements to form irreversible traps in weld metal was investigated by thermal desorption spectroscopy (TDS) with gas chromatography (GC).The precise nature of the precipitate particles newly formed in the weld metal by the addition of Ce and Y to a certain alloy system was characterized.Moreover,the hydrogen trapping efficiency expressed as the reduction of the diffusible hydrogen in the weld metal was analyzed.The results showed that the addition of Ce and/or Y to this alloy system led to the formation of a mixed type of (Ce,Ti)-based oxide,(Y,Ni)-based carbide,or (Ce,Y,Ti)-based oxide particles.Because of the high activation energy of the mixed type of particles (≥ 150 kJ/mol),the trapping efficiency for hydrogen was considered to be sufficiently high to effectively reduce the diffusible hydrogen content.     

微合金钢中夹杂物诱导晶内铁素体析出行为

通过热力学计算及实验,研究了微合金钢加钛脱氧后钢液中夹杂物的形态、组成、尺寸和类型,分析了加钛前后钢的组织变化.结果表明:加钛后,钢的组织明显细化,钛的脱氧产物可成为TiN夹杂的形核核心,还可以包覆在Al2O3夹杂周围,此类夹杂物呈细小弥散析出;这些细小的夹杂物可以在奥氏体晶粒内部诱发晶内铁素体析出,从而产生细化组织的效果.     

添加或未添加 Cu?Nb 的超低碳高强度钢焊接金属的显微组织和力学性能

Two types of ultralow carbon steel weld metals (with and without added Cu?Nb) were prepared using gas metal arc welding (GMAW) to investigate the correlation between the microstructure and mechanical properties of weld metals. The results of microstructure characterization showed that the weld metal without Cu?Nb was mainly composed of acicular ferrite (AF), lath bainite (LB), and granular bainite (GB). In contrast, adding Cu?Nb to the weld metal caused an evident transformation of martensite and grain coarsening. Both weld metals had a high tensile strength (more than 950 MPa) and more than 17% elongation; however, their values of toughness deviated greatly, with a difference of approximately 40 J at ?50°C. Analysis of the morphologies of the fracture surfaces and secondary cracks further revealed the correlation between the microstructure and mechanical properties. The effects of adding Cu and Nb on the microstructure and mechanical properties of the weld metal are discussed; the indication is that adding Cu?Nb increases the hardenability and grain size of the weld metal and thus deteriorates the toughness.     

Microstructure and mechanical properties of friction-stir welded St52 steel joints

The aim of this work is to investigate the mechanical properties and microstructures of friction-stir welded (FSWed) St52 structural steel joints. In this study, St52 steel plates with a thickness of 4 mm were butt-welded by friction-stir welding (FSW) using a tungsten carbide tool having a conical pin. The microstructure of the welded zone consists of equiaxed fine ferrite, grain boundary ferrite, Widmanstatten ferrite, and aggregates of ferrite + cementite. The microhardness measurements showed that the hardness of the welded zone was significantly higher than that of the base metal. The FSWed St52 joint exhibited a significant strength overmatching in the weld region and a strength performance similar to or slightly higher than that of the base plate.     

锰对C-Mn钢多层焊缝低温韧性影响的机理

本文通过热模拟、夏氏冲击及启裂源组织观察等实验,研究了锰对C-Mn钢多层焊缝韧性影响的机理。结果发现:启裂的最薄弱环节组织一般为原始柱状晶过热区(1350℃)、不完全重结晶区(860℃)及两者共同作用的再热区域;当锰含量较高时,细晶区也可成为薄弱环节,随着锰含量的升高,薄弱环节中针状铁素体的比例增大,该区的韧性升高,从而使整个焊缝的韧性升高;当锰含量为1.34％时,焊缝的韧性最佳。