ulcb钢及其焊接材料与焊接性研究综述

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1、ULCB钢及其焊接材料与焊接性研究综述摘要：超低碳贝氏体（ULCB）钢采用极低的碳含量，充分利用Mn、Mo、Nb、Ni、Ti、B等元素的合金化作用，通过ULCB组织获得了高的强韧性及优良的低温韧性；由于ULCB钢碳含量极低，焊接性优良，焊接热影响区（HAZ）韧性明显改善，裂纹敏感性显著降低。ULCB钢焊接时，焊缝金属是焊接接头的薄弱环节，研制开发超低碳贝氏体焊接材料是实现ULCB钢焊接的关键环节。关键词：ULCB钢；强韧性；低温韧性；焊接性；焊接材料ULCB钢主要分为两大类：一类是以美国和加拿大为代表的Fe-Cu-Nb-B系列，：W—类是以U木为代

2、表的Fe-Mn-Nb-B系列。由于在成分设计上采用极低的碳含景，选择Mn、Ni、Mo、Nb、B、Ti等合金元素的最佳配合，从而在较宽的冷却速度范围内能够获得完全的W氏体组织。在保证优良的低温韧性和焊接性的煎提下，通过适当调整合金元素的含M和进一步完善控轧与控冷工艺（TMCP+AcC），讨使超低碳贝氏体钢的屈服强度达500〜900MPa,而且对延性及解理断裂均具冇高的抗力，因而控乳控冷超低碳W氏体钢被国际上公认为是面1421世纪的新一代钢铁材料。超低碳W氏体（ULCB）组织，不仅具杏高的强韧性及裂纹抗力，而且其强度、塑性和低温韧性对热输入和冷却速率不

3、敏感，因此研究开发超低碳W氏体焊接材料足实现高强钢尤预热焊接的冇效途径之一。1.ULCB钢的合金化原理及合金元素的作用马成勇等人对ULCB钢的研究表明，为了提高焊接忡及低温韧忡，ULCB钢碳含虽极低，—•般为0.01%〜0.03%,即处于碳在铁素体屮的溶解度以下或接近于铁素体屮碳的溶解度。由于碳含量的人人降低，ULCB钢必须采川合金元素取代C來实现强化作川的效果。ULCB钢全部的强化效果儿乎均来自于合金元素。在ULCB钢巾，Mn、Mo、Ni、Cr都足阻止铁素休形成的元素，能够通过改变相变溫度，相应地改变材料的力学性能。随着锰含量的增加，钢材的强度明

4、显增加，但是冲击转变温度（ITT）几乎不发生变化。Mo在降低Bs温度及避免发生铁素体相变的最低冷却速度方面是最效的元素。当Mo增加时，随着Bs温度的显著下降，钢的强度明显提高，似会使韧性显著恶化，而Ni能S著改善钢的塑韧性。2.ULCB钢的组织与性能2.1ULCB钢的组织形态马成男等人的研究显示，Atem卜，贝氏体品粒一般是由不M位高密度位错板条组成，这些板条的宽度大约在1〜5Pm之间，.F1.长度在不同冷却条件及不同钢种中也有变化。具体来说，成分不同，生产工艺不同，ULCB钢的组织也将不同。通常ULCB钢在迕续冷却条件下获得的组织足W氏体、残余奥

5、氏体、碳化物或马氏体的混合物，因此，ULCB钢的组织也可以称之为超低碳复合组织。通过TEM观察，ULCB钢组织精细结构的突出特征可描述如下：①典型的ULCB钢贝氏体品粒是由具有细小亚结构的贝氏铁素体组成的，上沏均匀分布着少量的宮碳二次相。这些二次相处于W氏铁素体板条束中，菽木上都是由M-A组元组成。由于朿状结构内，W氏铁素体亚结构的边界是小允度界面，在光学显微镜下几乎或根本看不到铁素体边界，因此其光学组织形貌特征是二次相粒子散布在单个的铁素体品粒內。但是，事实上，这些二次相是凼位向基本一致的铁素体品粒之间的残余奥氏体和马氏体组成的；②贝氏铁素体的基

6、本结构单元是一系列的板条，板条边界由位错墙组成；板条的整体形貌与回父时形成的亚晶粒或胞状亚结构相似，两者之间明显的区别在于板条自身含冇大景的位错；③板条的长轴方14与变形奥氏体的长轴方14一致；④尽管能够发现一些残余奥氏体与M-A组元，似足它们出现的儿率很小，数量也很少；⑤热轧状态卜，能够看到的惟一沉淀相是Nb(CN),其尺、分亂位置表明，这些沉淀物形成于控轧过程巾的奥氏体阶段，而且是以通常在铁素体-诛光体中经常讨以看到的那种方式形成。1.1ULCB钢的强韧特性ULCB钢的强度同组织结构之间的联系可以用扩展的hall-Petch方程进行描述m:YS

7、=YSo+AYSs+AYSt+AYSd+AYSp+AYSC+AYSc+KYDFd/2式中，YS是疆强度，YSo足晶格雜叽力，AYSS、AYST、AYSD、AYSp、AYSC分别代表固溶、织构、位错、沉淀及第二相粒子对强度的贡献。KYDH1/2代表铁素体晶粒尺寸对强化的影响。这说明ULCB钢的强化机制是包括®木晶格强化、固溶强化、析出强化、位错与亚结构强化，以及细晶强化等多种机制的综合作用。ULCB钢则能够充分发挥各种强化机制的作川，获得理想的强度水平。另外，采川合理的控轧工艺可以使钢的W服强度增加约100Mpa左右，使得在TMCP工艺下ULCB钢的

8、屈服强度4达500〜900Mpa以上。由于碳含量的显著降低及采用控轧丄艺，ULCB钢的韧性尤其是低温韧性明显改莕。3.UL