N對低碳V-Ti鋼焊接熱影響區(qū)晶內(nèi)鐵素體和強(qiáng)韌性調(diào)控研究.pdf

1、V元素作為重要的合金元素之一，通過與N元素的配合使用能夠顯著提高材料的強(qiáng)度和韌性，然而V和N元素對焊接粗晶熱影響區(qū)(Coarse grain heat affected zone(CGHAZ))的組織和韌性的影響一直存在爭議。本文借助Gleeble-3800熱模擬試驗(yàn)機(jī)、掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)等分析技術(shù)，結(jié)合力學(xué)性能測試，系統(tǒng)研究了N對低碳V-Ti鋼CGHAZ的IGF組織和強(qiáng)韌性的調(diào)控作用。
　　研究了N含量對低碳

2、V-Ti鋼CGHAZ連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變行為的影響。結(jié)果表明，首先，增N后試驗(yàn)鋼CGHAZ相變開始溫度升高。其次，增N降低了臨界t8/5時間tc1和tc2，減小了貝氏體區(qū)域的大小；第三，增N改變了不同t8/5時間下CGHAZ的組織類型，促進(jìn)了多邊形鐵素體和針狀鐵素體的形成。最后，與N鋼相比，增N顯著降低了CGHAZ的硬度。
　　研究了N含量對低碳V-Ti鋼CGHAZ組織和韌性的影響。結(jié)果表明，試驗(yàn)鋼CGHAZ的50％FATT是有效晶粒尺寸

3、、固溶N和析出強(qiáng)化綜合作用的結(jié)果。當(dāng)試驗(yàn)鋼的N含量從44ppm增加到94ppm，有效晶粒尺寸(晶粒取向差角≥15o)細(xì)化，CGHAZ的50%FATT降低；N含量繼續(xù)增加，試驗(yàn)鋼CGHAZ中固溶N、析出強(qiáng)化對韌性的降低作用增加使CGHAZ的50%FATT降低。當(dāng)N含量為94ppm時，試驗(yàn)鋼CGHAZ獲得了最佳的強(qiáng)韌性匹配。
　　研究了焊接熱輸入對低碳V-Ti鋼CGHAZ的組織和韌性的影響。結(jié)果表明，試驗(yàn)鋼的模擬CGHAZ的屈服強(qiáng)度隨

4、著焊接熱輸入的增加而降低。由于增N促進(jìn)了TiN粒子的析出，有效細(xì)化了原始奧氏體晶粒尺寸和有效晶粒尺寸，導(dǎo)致91N鋼模擬CGHAZ的50%FATT隨著有效晶粒尺寸的減小而降低，且顯著高于32鋼。原始奧氏體晶粒和有效晶粒尺寸的細(xì)化可以降低固溶N對韌性的損害作用。與32鋼相比，91N鋼的CGHAZ能夠獲得良好的強(qiáng)韌性匹配。
　　研究了N對低碳V-Ti鋼焊接熱循環(huán)過程中析出粒子的影響。結(jié)果表明，對于低N鋼的目次析出粒子的類型為富Ti的(T

5、i,V)(C,N)粒子，經(jīng)過焊接熱循環(huán)后發(fā)生粗化，從而導(dǎo)致奧氏體晶粒的粗化。對于增N鋼，母材的析出粒子類型為富Ti的(Ti,V)(C,N)、富V的(V,Ti)(C,N)粒子和V(C,N)。在焊接熱循環(huán)過程中，富V的(V,Ti)(C,N)粒子和V(C,N)發(fā)生完全的溶解，而富Ti的(Ti,V)(C,N)部分溶解。焊接峰值溫度和焊接冷卻過程中尺寸小于50nm的富Ti的(Ti,V)(C,N)粒子能夠有效的釘扎奧氏體晶界，從而細(xì)化奧氏體晶粒。N

6、含量從44ppm增加到190ppm降低了基體中固溶Ti元素的含量，使富Ti的(Ti,V)(C,N)粒子的粗化速率降低，最終細(xì)化了富Ti的(Ti,V)(CN)粒子尺寸。
　　研究了(Ti,V)(C,N)析出粒子促進(jìn)CGHAZ晶內(nèi)鐵素體(IGF)形成機(jī)理。焊接冷卻過程中，未溶解的富Ti粒子可以作為富V粒子的形核質(zhì)點(diǎn)，并且使富Ti的(Ti,V)(C,N)粒子達(dá)到臨界形核尺寸。富V粒子的形成提高了富Ti的(Ti,V)(C,N)復(fù)合析出粒子