低合金钢焊接热影响区的微观组织和韧性研究进展

对钢结构而言,诸如海洋平台、船舶、桥梁、建筑和油气管线等,焊接后的性能直接决定了其服役寿命和安全性,重要性不言而喻.在针对焊接相关问题的研究中,焊接热影响区的韧性提升一直是重点和难点.焊接热影响区会经历高达1400℃的高温,从而形成粗大的奥氏体晶粒,如果焊接参数控制不当,不能通过后续冷却过程中的相变细化组织,就会造成韧性的降低.而多道次焊接的情况更为复杂,前一道次形成的粗晶区还会在后续焊接过程中经历二次热循环,从而形成链状M-A,造成韧性的急剧下降.本文旨在对一些现有焊接热影响区的相关研究结果进行总结,探讨母材的成分、第二相及焊接工艺等因素对热影响区微观组织和性能的影响,为低温环境服役的大型钢结构的焊接性能改善提供一些设计思路.     

Ti含量对X65管线钢组织与力学性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜观察两组不同Ti含量的X65级别管线钢显微组织和析出物变化,并进行室温拉伸性能和0℃时CVN冲击功测试。结果表明,随着Ti含量增大,钢中析出物数量增多,多边形铁素体尺寸变细,珠光体形态退化,材料强韧性增大;Ti含量为0.11%时材料强韧性满足API Spec 5L—2007标准要求。     

无碳化物贝氏体钢低温韧性

对适用在—80℃以上低温的Ni5．5铸钢，从成分设计、热处理工艺的选择、机械性能及低温冲击韧度等方面进行了研究．经采用中温淬火 高温回火热处理的Ni5．5铸钢，在—80℃时其冲击韧度5．66J大于低温钢最低要求冲击韧度2．07J的2倍，并且具有较高的强度、韧性指标．在得到的强韧性综合指标较好的贝氏体组织中，没有残余奥氏体和碳化物．试验结果表明，Ni5．5铸钢具有无碳化物贝氏体结构、良好的机械性能和低温冲击韧性．     

X100管线钢焊接热影响区组织与韧性研究

采用热模拟试验技术,研究了X100管线钢焊接热影响区的组织与性能变化规律,结果表明:采用高Nb、微Ti设计的低碳X100管线钢的焊接粗晶区经焊接热循环后仍保持良好的韧性。焊接热影响区的脆化区出现在峰值温度为750℃的两相区。沿原奥氏体晶界形成的岛状组织是导致韧性降低的主要原因。     

X65管线钢焊接接头抗开裂性能及止裂性能

为了研究X65管线钢焊接接头的抗开裂性能和母材的止裂性能，对接头的金相组织进行了观察，并且进行了接头各区域裂纹尖端张开位移(CTOD)试验和母材的落锤撕裂试验(DWTT)。试验结果表明：X65钢焊接接头焊缝和母材相比，组织粗大且不均匀，其冲击韧度和断裂韧度值均明显低于母材；X65钢管材对应剪切面积为40％的温度约为 -35℃，X65钢母材的抗开裂性能明显优于焊缝，且具有良好的止裂性能。     

高频焊管在焊接过程中三维应力场的模拟

在高频焊管生产过程中,消除因高频焊接造成的焊管残余应力是一项重要的工序,预先得出焊管残余应力场对于消除焊管残余应力具有指导意义.利用ANSYS参数化语言APDL,建立高频焊管的有限元模型,采用高频焊接线热源模型进行计算,同时考虑高频焊管有限元模型的热边界条件及物理结构约束,从而获得高频焊管在焊接过程中三维应力场及位移场...     

低温钢SA516Gr.60使用国产焊材的焊接工艺

在分析低温钢SA516Gr.60的化学成分、金相组织、力学性能和焊接性基础上,对低温钢SA516Gr.60焊接接头进行了常温拉伸和低温夏比冲击试验.试验结果表明,手工焊和埋弧焊采用合适的焊接规范时,选用国产焊材能够满足实际需要.     

热输入对深海X70粗晶区组织和韧性的影响

为解决深海X70管线钢在实际焊接中粗晶区(CGHAZ)的脆化问题,在不同热循环工艺下对X70管线钢进行了热模拟研究。采用Gleeble-3800热模拟机模拟X70管线钢CGHAZ,研究CGHAZ在10～60 kJ/cm不同热输入(HI)条件下组织和韧性的变化规律,并通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和夏比冲击试验等手段表征CGHAZ的组织和韧性。结果表明,不同热输入下试验钢的组织主要由粒状贝氏体(GB)、贝氏体铁素体(BF)和马-奥组元(M-A组元)组成;当HI不断增大时,BF比例减少,GB比例增加,M-A组元粗化,冲击吸收能先升高再降低;当HI为20 kJ/cm时,BF和GB可获得优异组合,断口为韧性断裂,冲击吸收能达到173.8 J;当HI大于20 kJ/cm时,断口解离断裂,冲击吸收能下降明显,最低为18.8 J。因此,较低的热输入可提高CGHAZ的韧性,使X70管线钢具有高强度、高韧性和良好的焊接性。研究结果可为优化焊接工艺提供理论依据。     

X80管线钢热影响区ICHAZ组织性能

利用Gleeble-1500热模拟试验机对X80管线钢进行了不同峰值温度的热模拟实验,确定了焊接热影响区的冲击性能薄弱环节为不完全再结晶区（ICHAZ）。研究ICHAZ峰值温度（Tp）800℃区域的组织性能结果表明：实验钢经过800℃热循环部分奥氏体化,冷却后得到贝氏体组织。形成的贝氏体组织及大量含有孪晶马氏体的M-A组元作为局部硬化区,造成ICHAZ冲击功降低。另外,利用EBSD对比了母材与ICHAZ区域得到：经过峰值温度800℃热循环后大量的亚晶和亚晶界合并消失,造成冲击功降低。     

27SiMn钢临界区淬火显微组织与亚结构

用光学显微镜和透射电镜研究了２７ＳｉＭｎ钢临界区淬火后的显微组织和亚结构，观察到其显微组织由铁素体和马氏体组成，组织形态随临界区淬火温度的不同有所差异；铁素体中具有高密度位错；马氏体中孪晶增多，但没有贯穿整个马氏体片，其周围有高密度位错。     

Effect of microstructure on the low temperature toughness of high strength pipeline steels

Microstructure observations and drop-weight tear test were performed to study the microstructures and mechanical properties of two kinds of industrial X70 and two kinds of industrial X80 grade pipeline steels. The effective grain size and the fraction of high angle grain boundaries in the pipeline steels were investigated by electron backscatter diffraction analysis. It is found that the low temperature toughness of the pipeline steels depends not only on the effective grain size, but also on other microstructural factors such as martensite-austenite (MA) constituents and precipitates. The morphology and size of MA constituents significantly affect the mechanical properties of the pipeline steels. Nubby MA constituents with large size have significant negative effects on the toughness, while smaller granular MA constituents have less harmful effects. Similarly, larger Ti-rich nitrides with sharp corners have a strongly negative effect on the toughness, while fine, spherical Nb-rich carbides have a less deleterious effect. The low temperature toughness of the steels is independent of the fraction of high angle grain boundaries.     

回火温度对超高强韧船体结构钢力学性能的影响

借助OM、SEM、EBSD及力学性能测试等手段,研究了回火温度对低碳超高强韧船体结构钢显微组织及力学性能的影响。结果表明,经不同温度(500～650℃)回火2 h后,试验钢的显微组织均为回火索氏体,随着回火温度的升高,钢中析出渗碳体数量及大角度晶界含量逐渐增加;力学性能测试结果显示,试验钢的抗拉强度和屈服强度随回火温度的升高而降低,屈服强度在回火温度区间内均在782 MPa以上,达到超高强度船体钢的要求;试验钢的塑性和韧性随着回火温度的升高有所提升,延伸率和室温冲击吸收功分别保持在12%和212 J以上,且当回火温度为650℃时,试验钢于-80℃下的冲击吸收功高达64 J,这主要与钢中大角度晶界含量有关。     

济钢X65管线钢板的开发与生产

介绍了济钢中厚板厂供国内某管道工程X65管线钢板开发生产情况,采用低C-高Nb—Mn—Ti的经济合金成分设计,配合洁净钢冶炼以及合理的板坯加热、轧制冷却工艺,生产出的X65管线钢板具有较高的强度,良好的低温韧性以及止裂性能。     

Ti微合金化对3.5Ni钢低温韧性的影响

利用光学显微镜和透射电镜观察不同Ti含量3.5Ni钢试样的组织及析出物,并通过测定其-80～-120℃的夏比冲击功来研究Ti微合金化对3.5Ni钢低温韧性的影响。结果表明,与0.042Ti试样相比,0.079Ti试样在热轧态和正火+回火态时晶粒大小相同,但其热轧态组织中珠光体细化,且正火+回火态组织中TiN数量增多,平均尺寸约为150nm;正火+回火处理后,0.079Ti试样在-80～-120℃的夏比冲击功为233～23J,均低于0.042Ti试样相应值(234～66J);对于正火+回火态试样,较粗大TiN粒子的析出是造成其低温韧性降低的主要原因。     

大尺寸金属焊接接头低温CTOD试验研究

完成了用于寒冷海区半潜式采油平台的高韧性金属材料大尺寸焊接试件缝金属区及焊接热影响区的CTOD（裂纹尖端张开嘴位移）试验，获得了焊缝金属区和热影响区的低温CTOD值，讨论了试验方法及试验现象。