公告信息：
1 前言
厚鋼板（JIS中的厚板相當(dāng)于中國的中、厚板）大部分作為焊接結(jié)構(gòu)鋼使用。為了確保安全性，除母材之外，確保焊接部位的韌性極為重要。特別是為了防止 韌性劣化，確保焊接熱影響區(qū)（HAZ）的高韌性是必不可少的。作為對策，早先的細(xì)化HAZ組織是有效的。該技術(shù)對以氧化物為核心，利用復(fù)合夾雜物的晶內(nèi)相 變控制進(jìn)行了廣泛而深入的研究，也被定義為氧化物冶金學(xué)。
2 利用鋼中非金屬夾雜物的組織控制技術(shù)的實用化。
為了確保HAZ韌性，以下三點措施是有效的：
HAZ組織的有效晶粒直徑（下稱deff）的微細(xì)化；
?、?鋼基體的高韌性化；
③ 減少成為島狀馬氏體（下稱M）那樣斷裂起點的脆化相。利用Ti2O3夾雜的“晶內(nèi)鐵素體（IGF）”技術(shù)可有效的細(xì)化deff。IGF鋼的組織控制技 術(shù)引人注目，特別是在焊接過程中或焊接后，焊接部位不能像母材那樣進(jìn)行軋制加工時，即無法采用TMCP技術(shù)，這時只能寄希望于IGF技術(shù)。
3 金屬學(xué)因子對IGF相變的影響
在利用IGF的組織控制中，若改變鋼的成分和冷卻速度，晶界F的生成量就會發(fā)生大的變化，從而使IGF分率受到大的影響。特別是在淬透性低的組分或冷速小 的場合，因F在較高溫度下開始生成，增大了晶界F量。晶界F的生成使A晶粒內(nèi)的C濃度增加，從而降低了IGF相變的驅(qū)動力。當(dāng)A晶粒直徑和冷卻速度越小 時，上述效果就越大。
研究表明，溶質(zhì)原子的缺乏層會對生成核附近的相變驅(qū)動力產(chǎn)生影響。還根據(jù)熱處理條件的不同測定了IGF分率，以查明在高溫下，不同的保持溫度和保持時間對 相變行為（即IGF分率）的影響。結(jié)果表明，IGF分率根據(jù)上述溫度和時間的不同而在0～0.8%之間變化，且隨保溫時間的延長而持續(xù)下降。如在 1373K保溫1000s，IGF分率僅降至40%；但若在1523K保溫300s，就基本上不能生成IGF（即其分率為0）。
用收斂離子束（FIB）加工法將表示以上IGF分率的試樣薄膜化而制成電鏡觀察試樣。
用Φ2nm的電子束對上述薄膜試樣組成進(jìn)行分析的結(jié)果表明：在1523K保溫1000s的試樣上未發(fā)現(xiàn)Mn濃度下降，而在1373K保溫 100～1000s時的Mn濃度下降量分別達(dá)0.4%和0.2%，界面Mn濃度的下降是因相變溫度約提高了10℃，據(jù)此可知這對于促進(jìn)IGF生成是有效 的。
在MnS周邊的合金元素缺乏層，即使在其他S化物（CuS）和（C，N）化物周邊也能形成，但在（C，N）化物上，C、N的擴(kuò)散即使在低溫也很快，故實 際生成缺乏層的可能性低。另一方面，計算表明存在Nb、V、Ti等合金元素缺乏層，但其對相變的影響尚不明確。
此外，也有研究報告指出，在HAZ上Fe23（CB）6的C缺乏層的生成、含B的Ti氧化物鋼上B向有陽離子孔穴的Ti2O3中擴(kuò)散滲透、在A/氧化物界面上形成的B缺乏層，都可促進(jìn)IGF相變。
4 提高大線能和超大線能HAZ韌性的對策和HAZ細(xì)晶粒鋼
為了降低鋼結(jié)構(gòu)件的制造成本，近年利用大線能或超大線能（目標(biāo)值30～100kJ/mm）焊接的高效施工正急劇增加。在此背景下，一方面要求厚板母材的高 性能化，同時廣泛要求開發(fā)在大線能焊接時也可確保HAZ韌性的厚板。為了在增大焊接輸入熱量時確保此韌性，細(xì)化HAZ的deff是可行的。對于deff的 細(xì)化，有利用IGF細(xì)化和在HAZ相變前將A晶粒細(xì)化這樣2種方法。關(guān)于前者的應(yīng)用有TiN鋼和Ti氧化物鋼；關(guān)于后者，在焊接輸入熱量增大時的HAZ受 熱經(jīng)歷中，除在高溫狀態(tài)保持時間長之外，還有冷卻速度極慢的場合，相在熔融線附近將相變前的A晶粒保持細(xì)小是很困難的。眾所周知，對于相變前的A晶粒的細(xì) 化，應(yīng)用最廣泛的是TiN粒子的釘扎效果（以阻止晶粒粗大），但在大熱量輸入時，即使利用TiN也難以見效。其原因是TiN粒子在1200℃以上的高溫下 長期滯留時會逐步失去熱穩(wěn)定性而減少，或因合金第二相的熔聚式長大而失去原來的阻止晶粒長大的釘扎效果。
對于HAZ的A晶粒長大的抑制，原來就一直在進(jìn)行利用穩(wěn)定氧化物的研究和實用化，比N化物的研究更加熱門。如已有REM（O，S）和Ca（O，S）等，并 有研究報告指出，利用這些細(xì)微粒子不僅促進(jìn)了IGF生成，且有抑制晶粒長大的效果。但這類粒子是否能適用于超大線能焊接工藝，過去尚未充分研 究。
在最近的研究中，將超細(xì)（數(shù)10nm～數(shù)100nm）Mg和Ca的氧化物或硫化物稠密分散于鋼中，而實現(xiàn)了A晶粒的顯著細(xì)晶化。通過從1400℃水冷的試 樣觀察，確認(rèn)這些夾雜物粒子是在1400℃高溫下都不固溶而殘存下來的。作為IGF的核生成位置而利用的氧化物和硫化物粒子尺寸以數(shù)μm為主。即這些新的 釘扎粒子尺寸僅有原來的1/100～1/10。利用這些細(xì)小分散的釘扎粒子，即使在1400℃高溫保持1～1000s時，A晶粒也基本上沒有長大（晶粒尺 寸保持在70μm），充分發(fā)揮了在原來鋼上不能實現(xiàn)的微小粒子極強(qiáng)的釘扎效果。在實際中，采用此HAZ細(xì)晶化技術(shù)生產(chǎn)的厚板正廣泛用于建筑、造船、海洋結(jié) 構(gòu)物及油氣管線等多個重要領(lǐng)域。
5 結(jié)語
晶內(nèi)相變技術(shù)是提高厚板HAZ（焊接熱影響區(qū)）韌性的重要技術(shù)之一，本文概要介紹了有效的晶內(nèi)相變技術(shù)特點、使用例以及作為最新技術(shù)的利用氧化物冶金的HAZ細(xì)晶粒鋼。
同時，整理并簡要介紹了金屬學(xué)因子對晶內(nèi)相變影響的研究成果。由于該領(lǐng)域是厚板的重要研究對象，故在晶內(nèi)相變機(jī)理和鋼中夾雜物控制技術(shù)等方面積累實踐知識是非常重要的。
機(jī)械大類
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當(dāng)前位置:
提高厚鋼板HAZ韌性的技術(shù)
來源：環(huán)球糧機(jī)網(wǎng)發(fā)布時間：2015-04-28 11:25:47
