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    低合金高強鋼焊材合金成分的優化很關鍵


      低合金高強鋼焊縫組織的優化方向是使其生成較多的針狀鐵素體。研究表明,針狀鐵素體具有細小的晶粒尺寸和高密度位錯,當其含量大于65%,平均板條尺寸約為1μm時,焊縫金屬可具有優異的強韌性。 
      如何獲得上述組織呢?合適的焊材合金成分設計是關鍵。

      1. C。C含量一般控制在0.05%~0.10%,碳當量小于0.39。在這個范圍內可生成側板條鐵素體和針狀鐵素體,焊縫再熱區轉變為等軸塊狀鐵素體。

      2. Mn。Mn對焊縫金屬具有細化和硬化兩種相反的作用,適當的Mn含量可獲得較多的針狀鐵素體。但過多添加Mn,則會使得貝氏體的晶界形核率高于針狀鐵素體晶內形核率,使焊縫硬度增加。Mn含量一般控制在0.6~1.8%。

      3. Cr。隨著焊縫金屬中Cr含量增加,針狀鐵素體數量增加,焊縫微觀組織得到細化,柱狀區和粗晶區中先共析鐵素體減少。沖擊韌性隨著Cu含量增加而降低,隨Cr含量的增加而增加。Cr含量一般在0.9~1.0%。

      4. Ti。獲得most優組織和沖擊性能組合的Ti含量范圍為0.02%~0.05%。研究表明,當焊縫金屬中Ti含量為0.014%~0.048%時,Q235板材焊縫組織主要由等軸鐵素體和針狀鐵素體組成,隨著Ti含量的增加,針狀鐵素體含量增加且長度減少,焊縫金屬韌性提高,這是由于焊縫金屬中Ti含量高于Al含量后,生成TiO2夾雜,有利于針狀鐵素體的形核。

      5. B。實驗表明,當B含量在0.0032%~0.0103%之間時,針狀鐵素體隨B含量的增加而減少,沖擊能顯著降低,這是B導致共析溫度的降低的緣故。但是,如向焊絲中添加較高的Ti,且保證較低的堿度,并當焊縫金屬中硼氮比(B/N)在0.6~0.8的范圍內時,則可以生成有利于針狀鐵素體形核的含Ti氧化物夾雜,焊縫金屬可獲得較高的沖擊韌性值;如B/N高于0.8,則沖擊韌性降低。B含量一般控制在0.003~0.006%。

      6. O。O是焊縫金屬中限制性雜質元素。焊縫金屬中常加入Al,Mg等強還原劑來脫氧固氮,然而容易生成多邊形的AlN脆性夾雜物,嚴重損害焊縫金屬的低溫韌性。有文獻提出通過向藥芯中加入適量LiF,會在電弧區與N生成Li3N,從而顯著降低焊縫金屬中N含量,減少AlN有害夾雜數量。也有觀點認為,N與V沉淀生成V(C,N)相可促進針狀鐵素體形核。還有文獻指出,藥芯中添加適量Fe2O3、MnO2等,雖然提高了焊縫金屬中O含量,但生成了以Al2O3為主的圓形夾雜,仍有利于得到以針狀鐵素體為主的焊縫組織。一般認為,在Al/O = 0.45限度內,低合金鋼焊縫金屬中適當提高Al/O比可促使產生較多的0.2~0.8μm尺寸的夾雜物,促進針狀鐵素體形核,從而對韌性有利。

      7. S。S也是焊縫金屬中限制性雜質元素,但含有少量Mn和Cu的FeS顆粒對針狀鐵素體形核有效。

      此外,夾雜物尺寸和形態的控制也非常重要。一般認為,主要由MnS和其它非晶相組成的、尺寸為0.5~0.8μm,表面有TiO薄層的球形顆粒對針狀鐵素體形核most為有利。


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