氧化物冶金工艺对热轧EH40钢板大线能量焊接性能的影响

摘要

近来，随着国内工业制造业的迅速发展，相关的船舶建造、大跨度桥梁、海上构造物、大型原油储罐、超高层建筑等不断涌现，中厚板大型焊接构件的生产规模也跟着急速扩大。由于工业发展的促进和理论研究的推动，中厚板大线能量焊接性能成为了钢铁技术研究的一个新方向。本文以氧化物冶金技术为基础，研究不同工艺冶炼的EH40船板钢在模拟火线能量焊接热循环后，试验钢板的低温韧性和组织变化情况，以寻找最优的氧化物冶金新工艺。初步利用性能较优的试验钢在实验室进行了大线能量实际焊接，以期为工业生产提供有价值的参考数据。
　　本论文的主要研究结果如下:
　　(1)以冶金热力学理论为基础，通过简化钢液熔体模型，分析了熔体中[Al]、[Ti]、[Mg]与[O]在不同温度下的平衡与析出;通过Al-Ti-O系脱氧平衡计算后得出:析出较合理夹杂物的元素重量百分比W(Ti)/W（Al)≥13～16;通过试验钢中夹杂物的分析，验证了低铝钢液中适量加入Mg更易于形成MgO·Al2O3和MgO复合夹杂物。
　　(2)在实验室MMS-300热模拟实验机上，对试验钢在峰值温度Tp=1400℃，相应线能量在100～380kJ/cm的条件下，进行了模拟大线能量焊接热循环实验，试样经过低温冲击性能测试、断口和显微组织的SEM、OM分析后表明:试验钢E-3具有最优的焊接热影响区组织和冲击韧性。
　　(3)测定了两种试验钢的连续冷却动态CCT曲线，结合相应的微观组织和硬度值，分析了冷却速度对两种试验钢组织转变规律的影响。对具有较优焊接模拟热影响区性能的试验钢E-3进行了奥氏体高温变形后的冷却过程模拟，考察了冷后加热速度对组织的影响规律，运用OM、TEM分析了组织中M/A组织与第二相析出的演变规律。
　　(4)利用气电立焊(EGW)对试验室开发的20 mm厚钢板进行了实际的大线能量焊接性能试验，实验结果表明，两种试验钢焊接部位的低温韧性满足中国船级社的要求，试验钢E-3热影响区(HAZ)组织为典型的针状铁素体，其组织演化规律与焊接热模拟试样所得到的结果相一致。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 大线能量焊接用钢发展与应用状况

1．2．1 国外大线能量焊接用钢的发展

1．2．2 国内大线能量焊接用钢技术发展

1．2．3 大线能量焊接用钢的应用前景

1．3 开发大线能量焊接用钢的理论分析

1．3．1 高温奥氏体晶界的钉扎理论

1．3．2 晶内铁素体的形成理论

1．4 课题研究的背景与内容

1．4．1 课题研究的背景

1．4．2 课题研究的内容

第2章 冶金过程中细小复合氧化物形成的分析

2．1 引言

2．2 脱氧剂脱氧能力的计算

2．2．1 铝脱氧的计算

2．2．2 钛脱氧的计算

2．2．3 镁脱氧的计算

2．2．4 钢液中Al2O3与Ti2O3竞相平衡析出的计算

2．2．5 钢液中生成MgO-Al2O3夹杂物的研究

2．3 实验室冶炼钢中氧化物的分析

2．3．1 Al-Ti-O系夹杂物的分析

2．3．2 Al-Ti-Mg-O系夹杂物的分析

2．4 小结

第3章 模拟大线能量输入对EH40钢组织和性能的影响

3．1 引言

3．2 实验内容

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验方法

3．3 实验结果及分析

3．3．1 模拟焊接热影响区的力学性能

3．3．2 模拟焊接热影响区冲击断口形貌与显微组织

3．4 小结

第4章 高温变形与冷却工艺对EH40钢组织的影响

4．1 引言

4．2 实验内容

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验方法

4．3 实验结果及分析

4．3．1 试验钢的动态CCT曲线分析

4．3．2 模拟不同冷速和待温温度下的组织分析

4．3．3 模拟在线加热速度对试验钢组织的影响

4．4 小结

第5章 试验钢在120kJ／cm线能量下的焊接实验研究

5．1 引言

5．2 试验钢板的焊接实验研究

5．2．1 实验材料

5．2．2 焊接设备与工艺

5．2．3 焊接部位的力学性能与组织研究方法

5．3 实验结果及分析

5．3．1 焊接接头的力学性能分析

5．3．2 试验钢板焊接接头的显微组织

5．4 小结

第6章 结论

参考文献

致谢