脱氧工艺对低碳钢组织和性能的影响

摘要

近年来，采用大线能量焊接技术越来越普遍，而大线能量焊接时由于高温停留时间长、相变冷却速度慢，焊接热影响区的晶粒急剧长大，造成钢材焊接韧性严重恶化，同时产生焊接裂纹的几率增加，影响钢材结构的整体安全。“氧化物冶金”技术利用钢中细小的夹杂物颗粒，促进奥氏体晶粒中晶内铁素体的形核，细化晶粒，改善焊接热影响区的组织，成为大线能量焊接用钢的最有效的技术途径。
　　本文在实验室条件下，进行了Ti和Mn不同添加顺序及不同保温时间的实验，以及Ti、Zr和Mg的不同添加量的实验，并对实验钢进行了轧制、焊接热模拟处理及拉伸冲击实验。
　　通过定量金相和扫描电镜分析Ti和Mn不同添加顺序及不同保温时间时钢中夹杂物特性及夹杂物对钢的组织的影响，得出如下结论:先Mn后Ti钢中生成的夹杂物数量较多，平均直径更小，大于3μm的大型夹杂物占的比例较小，夹杂物成分以TiN为主，保温30 min后，夹杂物成分没有发生变化。Ti和Mn的不同添加顺序得到的组织均为针状马氏体，内部有少量的针状铁素体。
　　分析添加不同量的Ti、Zr和Mg的合金对钢中夹杂物的特性、力学性能及焊后组织性能的影响，得出如下结论:
　　(1)在添加0.032％的Ti和添加0.01％Ti-0.01％Mg时钢中夹杂物的数量最多，小于1μm的细微夹杂物的数量所占的比例较高，夹杂物的平均直径较小，且单位面积夹杂物个数最多。当未添加Mg时，夹杂物多为TiN-ZrO2-MnS-Al2O3，其中以TiN为主;当添加Mg时，生成的复合夹杂物多为MgO-Al2O3-MnS-ZrO2-TiOx,其中以MgO为主。
　　(2)实验钢的显微组织均为铁素体，添加0.032％的Ti和添加0.01％Ti-0.01％Mg时，实验钢的平均晶粒尺寸较小，分别为9.9μm和7.7μm，其力学性能最好，抗拉强度分别达到了495 MPa和500 MPa，断裂形式均为韧性断裂，断口中有较多的韧窝及夹杂物颗粒。
　　(3)焊接热模拟处理后，未添加Mg时，焊接热影响区的晶粒急剧长大，晶粒尺寸超过100μm，-20℃下冲击功小于10J，冲击断裂形式为解理脆性断裂;添加Mg时，焊接热影响区的晶粒粗化程度小，晶粒尺寸在20μm左右，-20℃下冲击功为249 J，断裂形式为韧性断裂。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题的研究背景

1．2 本课题的目的、意义及内容

第2章 文献综述

2．1 钢中的夹杂物

2．2 夹杂物对钢性能的影响

2．2．1 夹杂物对钢塑性的影响

2．2．2 夹杂物对钢韧性的影响

2．2．3 夹杂物对钢疲劳性能的影响

2．2．4 夹杂物对钢的加工性能的影响

2．3 氧化物冶金

2．3．1 氧化物冶金的发展及现状

2．3．2 氧化物冶金的技术要点

2．3．3 氧化物冶金在冶金工程中的地位和发展前景

2．4 焊接热影响区

2．4．1 焊接热影响区组织划分

2．4．2 焊接热影响区组织特点

2．4．3 影响焊接热影响区性能的因素

2．4．4 焊接热模拟技术

2．5 大线能量焊接

2．5．1 大线能量焊接的应用

2．5．2 焊接热影响区与大线能量焊接

2．5．3 国内的大线能量焊接研究现状及展望

2．6 文献评述

2．7 目前研究中存在的问题

第3章 低碳钢的脱氧实验及组织性能研究

3．1 实验内容及目的

3．2 Ti和Mn的脱氧实验

3．2．1 实验设备及实验原料

3．2．2 实验步骤

3．2．3 试样的处理

3．2．4 实验结果和分析

3．3 Ti、Zr和Mg脱氧轧制实验及组织性能研究

3．3．1 实验设备及实验原料

3．3．2 实验步骤

3．3．3 试样的处理

3．3．4 实验钢的轧制实验

3．3．5 焊接热模拟实验

3．3．6 实验钢的性能检测

3．3．7 实验结果和分析

第4章 结论

参考文献

致谢

作者简介

论文包含图、表、公式及文献