大热输入焊接用海洋工程用钢E36的组织与性能研究

发布时间：2020-07-24 16:35

【摘要】：目前,厚钢板在造船、高层建筑、海洋平台等领域的大型焊接结构方面得到了广泛应用。为了提高焊接效率和质量,进而提高经济效益,焊接热输入不断提高。由于在大热输入焊接过程中,钢板焊接热影响区的晶粒组织会变得粗大,导致钢板焊接热影响区韧性明显下降,严重影响焊接接头的力学性能。因而在保证钢板强度的同时,如何有效改善热影响区韧性成了人们需要解决的主要问题。本文以对大热输入焊接性能需求较为迫切的海洋工程用钢E36为目标钢种,采用氧化物冶金工艺对钢板进行了试制。研究了轧制工艺和正火温度对其组织和性能的影响,并进行了相关大热输入焊接热模拟实验研究。为研究不同正火温度对海洋工程用钢E36的组织与性能的影响,在相同轧制工艺和不同正火温度条件下对冶炼钢进行了处理。通过光学显微镜观察了金相组织,通过冲击实验、拉伸实验检测了钢板力学性能,结果表明:在冲击功方面,在-40℃的条件下,910℃正火钢的冲击功高于轧态钢的冲击功,而890℃和870℃正火钢的冲击功低于轧态钢的冲击功;910℃正火钢的屈服强度、延伸率以及冲击功最高;870℃正火钢的抗拉强度最高;890℃正火钢的综合性能相对较差,而910℃正火钢的综合性能最优。为研究大热输入对钢板焊接热影响区组织及其低温韧性的影响,对910℃正火钢进行了焊接热模拟实验,结果表明:910℃正火钢在200 kJ/cm热输入的焊接热模拟条件下,其组织为晶界铁素体、多边形铁素体和针状铁素体,此时钢板具有较好的低温韧性,但钢中还含有贝氏体时,钢板的韧性会有所下降。通过对相关夹杂物的研究分析,结果表明:尺寸在0.2~5um范围内的含钛化物的复合夹杂物能够有效促进针状铁素体的形核。在上述实验结果的指导下,对钢板进行工业试制,结果表明采用新工艺在工业生产线上试制出的大热输入焊接用海洋工程用钢的各项力学性能均符合国家标准及各船级社规范,模拟焊接热输入能够达到200kJ/cm,实际气电立焊在热输入为304kJ/cm的条件下,焊接热影响区仍具有合格的性能。
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG142.1
【图文】：

针状铁素体,夹杂物,形核,形核能

（a）典型针状铁素体（b）夹杂物促进针状铁素体形核示意图图 1.1 钢中以夹杂物为形核核心的针状铁素体[26]Fig. 1.1 Acicular inclusions in steel as the core of acicular ferrite冷却速率的影响。相关研究表明，在奥氏体转变过程中，如果温度过高则会形成晶界铁素体与等轴铁素体。但随着温度降低，则会形成针状铁素体，若温度进一步降低则会形成贝氏体铁素体。一般认为，如果冷却速率较小，则可以得到多边形铁素体以及等轴状铁素体；如果冷却速率较大，则会形成贝氏体铁素体。原奥氏体晶粒尺寸的影响。大量实验表明，当奥氏体晶粒尺寸较小时，有利于晶界形核，贝氏体组织会在晶界处形核并向晶内生长，严重阻碍了晶内针状铁素体的形成；当奥氏体晶粒较大时，夹杂物密度相对较大，从而能够有效促进针状铁素体的形核。梁冬梅等[27]通过研究表明，针状铁素体的形核能力与奥氏体晶粒的大小大致呈 C曲线关系，即随着奥氏体晶粒变大，针状铁素体的形核能力会增加，当达到一个最大值后其形核能力开始减小。夹杂物的影响。相关研究表明，细小且弥散分布的夹杂物能够促进针状铁素体的

示意图,相关尺寸,拉伸试样,示意图

论文第二章实验材料及磨、细磨、抛光制备成抛光态金相试样，使用扫描电子显微镜及夹杂物自动对夹杂物进行统计分析和点扫描分析。本实验的透射试样为萃取复型试样取复型，采用的是铜网。在真空镀膜机中，在垂直方向上，向选择性深浸蚀品表面喷上一层 10～20nm 厚的碳膜，然后用化学法或电解法腐蚀基体，得有基体组织形貌与粘附第二相粒子的碳膜，然后在透射电镜下进行夹杂物的种复型不仅可以观察到基体组织的形貌特征，而且能够直接观察到析出物的分布状态。力学性能测试1）拉伸实验伸实验用于测试钢板本身强度以及焊接以后的焊接接头是否存在强度软化拉伸实验是在 WAW-1000 微机控制电液伺服万能试验机上进行的，拉伸试试样，拉伸速度为 5mm/min。拉伸实验试样相关尺寸如图 2.1 所示。

金相组织,冲击功,正火,正火钢

冲击功却远远高于前四炉钢的-40℃冲击功。与轧态钢相比较，在屈服强度方面，正火态钢的屈服强度要低于轧态钢的屈服强度。在抗拉强度方面，正火态钢的抗拉强度相对较低，其中，5#钢的抗拉强度相对于其他四炉正火钢要低一些。在延伸率方面，正火态钢的延伸率略高于轧态钢。在-40℃冲击功方面，910℃正火钢的-40℃冲击功在整体上略高于轧态钢的-40℃冲击功，而 890℃和 870℃正火钢的-40℃冲击功低于轧态钢-40℃冲击功，甚至在 890℃正火的 2#钢中出现了-40℃冲击功值为 33J 的情况。屈服强度和抗拉强度变低的主要原因是在正火的过程中发生了动态回复。3.2 显微组织3.2.1 不同试验钢轧态金相组织分析图 3.1 为轧态试验钢 1#、2#、3#、4#、5#的金相组织。其中，图 3.1（a）为试验钢 1#的轧态金相组织，从图中可以看出，1#钢组织为珠光体、铁素体以及针状铁素体。图 3.1（b）为试验钢 2#的轧态金相组织，从图中可以看出，2#钢与 1#钢组织相同，也为珠光体、铁素体和针状铁素体，只是珠光体的含量要明显少于 1#钢。(a)(b)

【参考文献】