微合金管线钢焊接粗晶区的晶粒长大动力学模型

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1、微合金管线钢焊接粗晶区的晶粒长大动力学模型12陈翠欣李午申（1河北工业大学材料学院天津300132；2天津大学材料学院天津300072）摘要：微合金管线钢通过细晶强化、沉淀强化等作用使材料具有良好的强韧性匹配，但经历焊接热循环后，焊接粗晶区晶粒的显著粗化将造成其力学性能下降。采用热模拟技术研究了不同焊接热循环条件下晶粒及第二相粒子的变化；考虑了第二相粒子对奥氏体晶界的钉扎作用影响，引入晶粒长大阈值，以试验数据为基础建立了微合金钢焊接粗晶区奥氏体晶粒长大的动力学方程。关键词：微合金管线钢；粗晶区；第二相粒子；晶粒长大阈值；动力学方程中图分类号：

2、TG457.11TG401GrainGrowthKineticmodelofCoarseGrainHeat-affectedZoneforMicroalloyedSteel12CHENCui-Xin,LIWu-shen(1SchoolofmaterialScienceandEngineering,HebeiUniversityofTechnology,Tianjin300132,China2SchoolofmaterialScienceandEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)A

3、bstract:Microalloyedsteelwithfinegrainanddisperedprecipitateshashighstrengthandgoodtoughness.Butthemechanicalpropertiesincoarsegrainheat-affectedzonewillbecomepoorafterweldingthermalcycle.ThermalsimulatingtechnologywasadoptedtostudygrainsizeandtheprecipitatesdistributionofC

4、GHAZwithdifferentweldingcondition.Consideringthepinningeffectoftheprecipitates,thegraingrowthkineticmodelofCGHAZformicroalloyedsteelwasestablishedbasedonexperimentaldatathroughintroducingthelimitinggrainsize.Keywords:microalloyedsteel;coarsegrainheat-affectedzone;precipitat

5、es;limitinggrainsize;kineticmodel1序言广泛应用于管道工程的管线钢是控轧控冷高强度微合金钢，是未来的天然气、石油输送管道的主导钢材。该钢的晶粒尺寸较细，强度级别高，并具有良好的抗延性断裂能力。但是在管道施工过程中，尤其是在焊接热循环作用下，焊接热影响区粗晶区（CGHAZ）奥氏体晶粒将严重长大，从而使韧性大大下降。根据焊接冶金学可知，晶粒长大速度和驱动力与晶粒尺寸成反比，当晶粒尺寸越小时，在焊接热循环作用下，晶粒长大的速度就越快，即细晶钢和超细晶钢具有较大的晶粒长大倾向。由Hall-Petch关系式可知，钢的屈服

6、强度与晶粒尺[1]寸的平方根成反比；韧脆转变温度也随晶粒尺寸的增加而升高。因此焊接粗晶区由于晶粒的显著粗化而易造成焊接接头的局部脆化，软化等现象，使HAZ的性能与母材性能严重不作者简介：陈翠欣（1975-），女，河北无极人，河北工业大学讲师。345匹配，成为整个焊接接头的薄弱环节。因此应如何控制HAZ粗晶区的晶粒度，从而保证其强韧度，防止脆化是保证输油气管线安全的主要因素。对焊接热影响区晶粒长大进行研究一直是焊接领域的重要研究课题之一。目前关于晶粒长大的模型很多，应用最多的为Arrhennious公式，这些模型相对简单，只是把晶粒尺寸表示为温

7、度的简单函数。对于微合金钢而言，由于采用低碳多种微量元素（如Nb、Ti、V等）合金化，通过不平衡机制而获得最大程度的晶粒细化，形成多元沉淀物和多种沉淀物，它们[2，3]通过对奥氏体晶界的钉扎而限制奥氏体晶粒的长大，能显著的细化晶粒。但是当经历快速加热和冷却的热循环作用时，第二相粒子将发生溶解沉淀聚集现象，其形状、尺寸、分布的变化均对晶粒长大具有复杂的影响。因此在焊接热循环造成的非平衡条件下微合金钢中碳氮化物的溶解、沉淀析出问题也是影响晶粒长大的主要问题之一，因此传统的晶粒长大模型并不适用于微合金钢。在建立微合金钢的晶粒长大的动力学方程中必须考

8、虑第二相粒子的影[4~6]响。本文即以微合金管线钢为研究对象，采用了热模拟技术研究不同热输入条件下CGHAZ的晶粒长大规律，以试验数据为基础，建立了晶粒长大的动力学