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不同焊接线能量下船板钢的组织细化机制研究

刘云松  
【摘要】:造船所用宽厚板一直是钢材产品中重要的战略产品之一,而能适应大线能量焊接的船舶用钢更是近些年来造船业最为迫切的需求。由于大线能量焊接过程焊缝附近长时间经历高温过程,钢板焊接热影响区的微观组织发生严重劣化,导致韧性急剧下降,严重影响钢板的力学性能,所以改善焊接热影响区韧性已经成为钢铁冶金、材料领域最为重要的研究课题之一。而目前在炼钢过程中引入微细粒子的氧化物冶金技术是改善宽厚板焊接热影响区韧性最有效的方法。主要针对利用第三代氧化物冶金技术即钙镁强脱氧技术冶炼的DH36船板钢进行试验分析,围绕氧化物冶金技术的两大细化机理即对钢中微米级夹杂物诱发IAF细化组织和纳米级第二相粒子钉轧原奥氏体晶界两方面展开研究,探究微米级夹杂物和纳米级第二相粒子对经大线能量焊接后组织的细化法则。通过利用第三代氧化物冶金技术冶炼的含Mg的DH36铸坯钢和传统DH36铸坯钢的对比试验展开研究,对比研究发现Mg元素的加入不仅改变了铸坯钢金相组织的构成,而且对显微夹杂物的类型、大小和弥散分布程度产生了影响。Mg元素的加入不仅产生了更多的IAF去细化组织,而且使钢中的粒径尺寸主要集中在2μm~4μm之间,其中诱导IAF形核的夹杂主要成分为Al_2O_3-Ti_2O_3、Al_2O_3-Ti_2O_3-MnS、Al_2O_3-Ti_2O_3-MnS-SiO_2类复合夹杂物,中心部位以小尺寸MgO为核心,且钢中显微夹杂物种类更加丰富、粒径更加细小、分布更加弥散。然后围绕氧化物冶金技术微米级夹杂物诱导IAF形核细化机理对船板钢的轧材进行分析时,发现诱发IAF形核的夹杂物大小与原奥氏体晶粒尺寸之间存在某种特定的匹配关系,本课题对此进行系统的数据统计和分析研究。研究结果表明,在试验钢中诱发IAF的夹杂物尺寸与原奥氏体晶粒度之间存在近似线性的函数关系,在随着奥氏体晶粒度增大的情况下,诱发晶内铁素体的夹杂物尺寸会在一定程度上减小。最后对船板钢进行不同焊接线能量的模拟焊接试验,对焊后组织进行分析,并通过萃取复型实验焊后试样的纳米级第二相粒子进行分析和统计,探究和分析纳米级第二相粒子在焊接过程中对奥氏体晶界的钉轧作用。图36幅;表11个;参63篇。


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