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低合金高强钢焊材合金成分的优化[铸造][铸造厂][铸件][不锈钢][锈钢]

来源:未知 佚名 2018-05-09 浏览
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  低合金高强钢焊缝组织的优化方向是使其生成较多的针状铁素体。研究表明,针状铁素体具有细小的晶粒尺寸和高密度位错,当其含量大于65%,平均板条尺寸约为1μm时,焊缝金属可具有优异的强韧性。

  如何获得上述组织呢?合适的焊材合金成分设计是关键。

  1. C。C含量一般控制在0.05%~0.10%,碳当量小于0.39。在这个范围内可生成侧板条铁素体和针状铁素体,焊缝再热区转变为等轴块状铁素体。

  2. Mn。Mn对焊缝金属具有细化和硬化两种相反的作用,适当的Mn含量可获得较多的针状铁素体。但过多添加Mn,则会使得贝氏体的晶界形核率高于针状铁素体晶内形核率,使焊缝硬度增加。Mn含量一般控制在0.6~1.8%。

  3. Cr。随着焊缝金属中Cr含量增加,针状铁素体数量增加,焊缝微观组织得到细化,柱状区和粗晶区中先共析铁素体减少。冲击韧性随着Cu含量增加而降低,随Cr含量的增加而增加。Cr含量一般在0.9~1.0%。

  4. Ti。获得最优组织和冲击性能组合的Ti含量范围为0.02%~0.05%。研究表明,当焊缝金属中Ti含量为0.014%~0.048%时,Q235板材焊缝组织主要由等轴铁素体和针状铁素体组成,随着Ti含量的增加,针状铁素体含量增加且长度减少,焊缝金属韧性提高,这是由于焊缝金属中Ti含量高于Al含量后,生成TiO2夹杂,有利于针状铁素体的形核。

  5. B。实验表明,当B含量在0.0032%~0.0103%之间时,针状铁素体随B含量的增加而减少,冲击能显著降低,这是B导致共析温度的降低的缘故。但是,如向焊丝中添加较高的Ti,且保证较低的碱度,并当焊缝金属中硼氮比(B/N)在0.6~0.8的范围内时,则可以生成有利于针状铁素体形核的含Ti氧化物夹杂,焊缝金属可获得较高的冲击韧性值;如B/N高于0.8,则冲击韧性降低。B含量一般控制在0.003~0.006%。

  6. O。O是焊缝金属中限制性杂质元素。焊缝金属中常加入Al,Mg等强还原剂来脱氧固氮,然而容易生成多边形的AlN脆性夹杂物,严重损害焊缝金属的低温韧性。有文献提出通过向药芯中加入适量LiF,会在电弧区与N生成Li3N,从而显著降低焊缝金属中N含量,减少AlN有害夹杂数量。也有观点认为,N与V沉淀生成V(C,N)相可促进针状铁素体形核。还有文献指出,药芯中添加适量Fe2O3、MnO2等,虽然提高了焊缝金属中O含量,但生成了以Al2O3为主的圆形夹杂,仍有利于得到以针状铁素体为主的焊缝组织。一般认为,在Al/O = 0.45限度内,低合金钢焊缝金属中适当提高Al/O比可促使产生较多的0.2~0.8μm尺寸的夹杂物,促进针状铁素体形核,从而对韧性有利。

  7. S。S也是焊缝金属中限制性杂质元素,但含有少量Mn和Cu的FeS颗粒对针状铁素体形核有效。

  此外,夹杂物尺寸和形态的控制也非常重要。一般认为,主要由MnS和其它非晶相组成的、尺寸为0.5~0.8μm,表面有TiO薄层的球形颗粒对针状铁素体形核最为有利。

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