Zr-Ti复合脱氧对高强度钢力学性能与焊接性能的影响

摘要

虽然低合金高强度钢的发展历史已有百余年,但是随着社会的发展,人们对低合金高强度钢力学性能的要求越来越高。通常情况下在满足高强度的同时,往往会影响钢的韧性及焊接性能。因此,如何改善韧性与焊接性能成为低合金高强度钢等钢铁材料研究与开发的重要理论与工程问题。
　　 试验钢板采用南钢试制的低合金高强度钢Q690基板钢A钢(Zr-Ti复合脱氧处理)和B钢(传统Al脱氧处理),两种钢为同一浇次浇铸的同一钢种。本文对比研究了两种脱氧方式(Zr-Ti复合脱氧和常规Al脱氧)对Q690基板钢的力学性能以及对不同线能量条件下埋弧焊焊接热影响区粗晶区低温冲击韧性的影响。
　　 实验结果表明:A钢(Zr-Ti复合脱氧)基板的强度与B钢(Al脱氧)差别不大,但是其稳定性比B钢好。A钢平均屈服强度是801 Mpa,偏差是28 Mpa,而B钢的平均屈服强度是802 Mpa,但是偏差比A钢大得多,为66 Mpa。抗拉强度也有同样的现象,A、B两钢的平均抗拉强度相差不大,分别为845 Mpa和839 Mpa,但是抗拉强度的偏差较大,A钢抗拉强度的偏差(15MPa)比B钢的偏差(50MPa)小。A钢的延伸率及稳定性比B钢好,A钢的低温冲击韧性稳定性也比B钢好,这与A钢经过Zr-Ti复合脱氧后形成了细小弥散的Zr-Ti复合氧化物所导致的MnS的球化和分散有关。A钢的平均延伸率为35.2％,延伸率平均偏差为2.0％,而B钢的平均延伸率为26.9％,延伸率平均偏差为2.2％,可见,A钢的平均延伸率明显比B钢的大且稳定性略好。A钢板厚方向-60℃下的低温冲击韧性为136.8 J,偏差为14.5％,而B钢板厚方向-40℃下的低温冲击韧性为154.3 J,偏差为66.9％。很明显A钢的低温冲击韧性稳定性比B钢好。
　　 两种钢经过20、35和51kJ/cm三种线能量的埋弧焊焊接后,粗晶区晶粒和组织都有粗化现象,但是B钢的粗化现象明显比A钢严重。同一线能量下,A钢粗晶区的平均奥氏体晶粒比B钢的小,并且随着线能量的增加,A钢粗晶区的平均奥氏体晶粒的长大倾向比B钢小。此外,A钢的平均冲击性能值均大于B钢。随着线能量的增加,两种钢的平均冲击性能值均有一定程度的减小,但是A钢减小得较少。这主要是因为A钢中形成了较多高温稳定的微米级、亚微米级与纳米级Zr-Ti复合氧化物粒子,它们在焊接过程中对奥氏体晶粒起到了较好的钉扎效果。