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钢材中加Ti有利于韧性的提高 提高了焊缝的抗裂性
日期:2019/1/16 21:33:10    阅读:

    钢材中加Ti有利于韧性的提高 提高了焊缝的抗裂性

    通过添加微量合金元素,可改善钢板的韧性,提高焊接性能。合金元素在钢中形成细小的化合物颗粒,不仅细化晶粒,还充当AF的形核质点,形成更多的AF组织,或是降低有害夹杂的含量,从而提高材料的韧性。Ti、Nb、V的研究较多,此外Ni、Mn、Al、Si、Mo、B、Cu和RE等元素也有类似的效果。研究表明,钢中加Ti有利于韧性的提高。TiN粒子能够促进针状铁素体析出。由于TiN粒子与铁素体的错配度较小,双方保持共格关系,从而有利于铁素体晶核的长大。也有分析认为这与膨胀系数有关。因为TiN与奥氏体的膨胀系数不同,在TiN粒子周围产生较大的晶格畸变,畸变区有大量的位错,为铁素体的形核提供了位置;同时,畸变促进了C原子的扩散,还为铁素体形核提供了激活能。

    Nb可以在不损失韧性的情况下提高强度。试验表明,加入0.02%的Nb即可使强度提高而韧性不降低。有研究认为,Ti、Nb复合微合金化中,加入的Nb部分固溶于奥氏体基体抑制奥氏体晶粒的长大;同时,化合态的Nb可以减少凝固期间形成的粗大富Ti的碳氮化物,增加钉轧粒子的体积分数;也可能是形成(Ti,Nb)N降低了粒子的熔点,从而使得第二相粒子在比固相线更低的温度析出,但具有更高的粗化温度,从而具有更细小的尺寸。

    Mn是防止热裂纹的有益元素。有研究发现,Mn的存在改善了硫化物的分布形态,使薄膜状的低熔点化合物FeS改变为球状,并置换FeS形成MnS,从而减少了低熔点硫化物的数量;而Ti在焊接过程中也形成高熔点的硫化物,提高了焊缝的抗裂性。

    适量的Al能改善HAZ的低温韧性,还有研究者发现,钢中同时加入Ti更有效。随着Al的加入,钢中M-A岛数量减少,其平均长度减少,并且M-A中残余奥氏体数量增加,从而提高HAZ的韧性。加入Ti后,HAZ中有相当多的TiN质点,并有MnS依附于TiN质点析出的现象。

    Mo能够有效降低Bs温度。ULCB钢中Mo和B共同作用能够使铁素体析出线明显右移,使得在较宽的冷却速度范围内获得完全的贝氏体组织。这样,在较大的线能量范围内,HAZ的组织没有变化,从而保持了良好的韧性。当Mo增加时,钢的强度明显提高。另外,Mo和Mn还能增大Nb(CN)在奥氏体中的溶解度,从而降低TMCP工艺的再加热温度、轧制温度及再结晶终止温度。

    Ni是能够增加基体金属韧性并改善强化而不恶化HAZ韧性的元素,随着Ni的加入,强度和韧性都有改善。尤其在ε-Cu时效强化ULCB钢中,加入0.5~2倍的Ni可以防止铜的热脆性,通常1.5%是其上限。

    B能减少焊缝中自由状态的N,提高HAZ粗晶区的韧性。TiN粒子在温度超过1450℃时易熔解,产生的自由N原子对HAZ韧性不利。B与N结合形成BN,从而改善韧性。

    Re2O3对熔敷金属中的夹杂物有球化、细化作用,提高HAZ的韧性。在焊剂中加入适量的Re2O3后,夹杂物数量减少。而且,REM在钢中形成稳定细小的O、S化物,一方面取代TiN颗粒抑制奥氏体晶粒的粗化,还充当铁素体的形核核心阻止上贝氏体的形成。

    在焊口中加入Cr粉能增加AF的数量,但削弱冲击韧度。不同的合金成分下,随着Cr量的增加AF有不同程度的增加,但进一步增加Cr量,AF将被FS(ferritewithsecondphase)取代。国外有研究者认为Cr量的增加将减少(通常抑制)PF(primaryferrite)的形核,因为在AF晶内形核前贝氏体已经可以在晶界自由形核。

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