Mg处理石油储罐用钢大线能量焊接性能研究.pdf

6 8 材料工程 ／2 0 1 2 年 1 O期 Mg处理石油储 罐用钢大线能量 焊接性能研究 W e l d i ng Pr o p e r t i e s o f H i gh He a t I npu t we l d i n g f o r Mg Tr e a t e d Oi l Ta n k S t e e l 梁 国俐 。 ， 武会宾 ， 杨 善武 ， 刘学 利 1北京 科技 大学 材料 物理 与化 学 系 ， 北 京 1 0 0 0 8 3 ； 2北 京科 技大 学 高效轧 制 国家工 程研究 中心 ， 北京 1 0 0 0 8 3 3唐 山学 院 机 电工 程系 ， 河 北 唐 山 0 6 3 0 0 0 LI ANG Gn o l i ， 0 一， W U H ui bi n ， YANG Sha n wu ， LI U Xue l i 。 1 De pa r t m e nt o f M a t e r i a l Phys i c s a nd Che m i s t r y， U n i v e r s i t y o f S c i e nc e a nd Te c h n o l o g y B e i j i n g， Be i j i n g 1 0 0 0 8 3 ， Ch i n a ； 2 Na t i o n a l En g i n e e r i n g Re s e a r c h Ce nt e r f o r Adv a n c e d Rol l i n g， U n i v e r s i t y o f Sc i e n c e a n d Te c h no l og y B e i j i n g， B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ， Ch i n a ； 3 De p a r t me n t o f El e c t r o Me c h a n i c a l En gi n e e r i n g， Ta ng s ha n Co l l e g e， Ta ng s h a n 06 3 0 0 0， H e be i ， Chi na 摘 要 采用 Gl e e b l e 对不 同焊接线能量下微量 Mg处理石油储 罐用钢 粗 晶热 影响区 c GHAz 的低温韧 性进行 了研究 ， 并 结合 S E M， T E M 等技术对 C GHAZ进 行了微 观分析 。结果表 明 经微镁 处理 6 9 0 MP a 级石油储罐用钢 ， 改变了钢中夹 杂 物的形态 和分 布状态 ， 使钢 中原有的氧化铝和硫化物夹杂物变成 细小 的弥散分 布的含镁夹杂物 ， 提高母材与焊接 热影 响区性 能 ； 随着线能量 的增加 ， 微镁处理 6 9 0 MP a级石油储 罐钢 C GHA Z的 M A组元均 随着 线能量 的升高而粗化 ，M A组元面积百分数随线能量的升高而降低 ， 导致其低温冲击韧性降低 。 关键词 Mg处理石油储罐用钢 ； 大线能量焊接 ； M A组元 ； 夹杂 物； 低温韧性 中图分类号 TG l 1 5 ． 2 8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 4 3 8 1 2 0 1 2 1 0 0 0 6 8 0 5 Ab s t r a c t I t i s ba s e d o n t h e M g t r e a t e d oi l t a n k s t e e l t o s t u dy t he e f f e c t s of t r a c e M g e l e m e n t o n i m p a c t t o u g h n e s s o f c o a r s e g r a i n h e a t a f f e c t e d z o n e CGHAZ wh i c h wa s e x p e r i e n c e d t h e h i g h h e a t i n p u t we l d i ng c y c l e u s i n g Gl e e b l e 3 5 0 0 c o m b i ne d wi t h SEM ，TEM a n d o t he r e x pe r i m e nt a l me t ho ds ．The r e s u l t s s ho we d t ha t t he pa t t e r n a nd d i s t r i bu t i o n o f i nc l us i o ns ha pp e ne d t o c ha n ge M g t r e a t e d o i l t a nk s t e e l wi t h 69 0 M Pa l e v e 1 ． t he i nt r i ns i c al i nc l u s i on s o f a l umi nu m o xi de a nd s ul f i d e we r e c o nv e r t e d t o t he i nc l u s i on s c o nt a i ne d M g wh i c h i s v e r y f i ne a n d d i s pe r s i o n，t h e p r op e r t i e s o f ba s e m a t e r i a l a n d HAZ a r e a l l i mpr o v e d ． Th e M A i s l a nd c o mpo ne nt o f o i l t a nk s t e e l a dd i n g t r a c e M g c o a r s e de d wi t h t he he a t i n pu t i n c r e a s e，t h e a r e a p e r c e nt a g e of M A i s l a nd c o mpo ne nt i nc r e a s e d wi t h h e a t i npu t i n c r e a s e whi c h l e d t o t he l o w t e mp e r a t ur e t ou gh ne s s wo r s e n． Ke y wo r d s M g t r e a t e d o i l t a nk s t e e l ； h i g h h e a t i n pu t we l di ng； M A i s l a nd c o m p o ne n t； i nc l us i o n； l o w t e m p e r a t u r e t ou g hne s s 焊 接作 为材料 加 工 的方 式 之 一 ， 在 钢 结 构制 造 中 具 有重要 的作用 。大线 能量 焊接技 术 和工艺 具有 减少 制造成本、 节约资源和能源 、 提高制造效率 、 提高结构 和制 品的可 靠性 等 一 系列 优 点 。但 是 ， 随 着 钢 板强 度 的提高， 其冲击韧度和焊接性能显著下降 ， 焊接裂纹敏 感性增加[ 1 ] 。特别 是随着焊接线能量 的提高 ， 传统 低合金高强钢的焊接热影响区性能 强度 、 韧性 恶化 ， 易产生焊接冷裂纹问题 。在大焊接线能量下 ， 传统 的 低合金高强钢 HS L A 的热影响区 HA z 组织将 急 剧长大， 焊接部位的强度和韧性将有较大的下降， 易产 生焊 接冷 裂 纹 问 题 ， 给大 型钢 结 构 的 制 造 带 来 困难 。 另外 ， 对于传统的热机械轧制 TMC P 技术 ， 随着钢板 强度的提高和厚度 的增加 ， 必须提高碳 当量 C e q ， 这 是焊接冷裂纹敏感性等焊接性能和焊接部位韧性恶化 7 2 材料工程 ／2 0 1 2 年 1 O期 3 结 论 1 随着 线能量 的增 加 ， 微 镁处 理 6 9 0 MP a 级 石 油 储罐 钢 C GHA Z的 M A 组 元均 随 着 线 能量 的升 高 而 粗化 ，M A组元面积百分数随线能量的升高而降低 ， 导致其低温冲击韧性降低 。 2 经微 镁处理 石油 储罐用 钢 ， 改变 了钢 中夹杂 物 的形态和分布状态 ， 使钢 中原有 的氧化铝和硫化物夹 杂物变成细小的弥散分布的含镁夹杂物， 提高母材与 焊 接 热影 响区性 能 。 参考文献 r 1 ] F U J i e ，YU Yu e g u a n g ，WANG A n - r e n ．I n c l u s i o n mo d i f i c a t i o n wit h ma g n e s i u m t r e a t me n t f o r 3 5 C r Ni 3 Mo V s t e e l E J ] ．J o u r n a l o f M a t e r i a l s S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y，1 9 9 8，1 4 1 5 3 5 6 ． [ 2 ] 杨才福 ， 柴锋．大线能量焊 接船体钢 的研究[ J ] ． 上海金属 ， 2 0 1 0， 3 2 1 6 8 ． [ 3 ] 夏佃 秀， 尚成嘉 ， 侯 东华 。 等． 石油储 罐钢焊接 热影响 区模拟研 究 [ J ] ． 材料工程 ， 2 0 1 1 ， 4 2 0 2 4 ． [ 4 ] 刘学利 ， 蔡庆武 ， 武会宾 ， 等． 大线能量焊接对不 同 Ti 含量石油储 罐钢性能影响[ J ] ． 热加工工艺， 2 0 1 0 ， 3 9 2 3 1 6 4 1 6 6 ． [ 5 ] 张英乔 ， 张汉谦．M A岛组元对石油储罐用钢粗 晶热影 响区韧性 的影响[ 刀． 焊接学报， 2 0 0 9 ， 3 0 1 1 0 9 1 1 2 ． [ 6 ] 赵辉 ， 胡水平 ， 武会 宾， 等．X I 2 0管线钢焊 接热影 响 区模 拟研 究 [ J ] ． 热加工工艺 ， 2 0 1 0 ， 3 9 1 2 0 2 3 ． [ 7 ] A 1 HAI J E RI K F ． P a r t i c l e s t i mu l a t e d n u c l e a t i o n o f f e r r i t e i n h e a v Y s t e e l s e c t i o n [ J ] ． I S I J I n t ， 2 0 0 6 ， 4 6 8 1 2 3 3 1 2 4 0 ． [ 8 ] 李新 明， 郑少波 ， 郑庆． 钢的氧化物冶金技术 [ J ] ． 上海金 属 ， 2 0 0 5 ， 2 7 5 5 5 6 0 ． [ 9 ] YAMAMOT O K， MA TS UDA S， HAZ E T．A n e wl y d e v e l o p e d Ti o x i d e be a r i n g s t e e l h a v i n g h i g h HAZ t o u gh n e s s ，r e s i d u a l a n d u n s p e c i f e d e l e me n t s i n s t e e l [ J ] ． AS TM S TP， 1 9 8 9 ， 1 0 4 2 2 6 6 2 8 4 ． [ 1 o ]TAT S UMI K．Hi g h t e n s i l e s t r e n g t h s t e e l p l a t e s a n d we l d i n g c o n s u ma b l e s f o r a r c h i t e c t u r a l c o ns t r u c t i o n wi t h e x c e l l e n t t o u g h n e s s i n w e l d e d j o i n t s[ J ] ． J F E Te c h Re p ， 2 0 0 4 ， 5 3 8 4 4 ． 基金项 目 中央高校基本科研业务费资助项 目 F RF B R一 1 0 0 3 5 B 收稿 日期 2 0 1 1 一 O 3 2 9 ； 修订 日期 2 0 1 i - 1 2 - 0 1 作者简介 梁国俐 1 9 7 4 一 ， 女 ， 在读博士 ， 主要研究领 域为新型钢铁 材 料的大线能量焊接性能研 究 ， 联 系地址 河北省 唐山市路北 区华 岩北 路 3 8 号唐 山学 院机电工程系 0 6 3 0 0 0 ， E ma i l g u o l i l i a n g 4 2 8 1 6 3 ． c o m 通讯作者 武会宾 1 9 7 7 一 ， 男 ， 工学 博士 ， 副研究 员 ， 主要从 事新 型钢 铁材料研究与开发的科研 工作， 联 系地址 北京 科技大学高校 轧制国家 工程研究 中心 1 0 0 0 8 3 ， E ma i l wu h b u s t b t ． e d u ． c n 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 来 米 柴 米 米 米 米 米 米 米 米 米 上接 第 6 7页 [ 9 ] WANG S C，S T ARI NK M J ．T wo t y p e s o f S p h a s e p r e c i p i t a t e s i n A1 一 C u Mg a l l o y s [ J ] ．Ac t a Ma t e r i a l i a ，2 0 0 7 ，5 5 3 9 3 3一 [ 1 6 ] 9 4 1 ． [ 1 0 ] [ 1 1 ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] 孙志强 ，周文龙 ，陈国清 ，等．时效成形对 2 3 2 4铝 合金组织及 性能的影响[ J ] ．材料工程 ，2 0 0 9 ， 1 0 7 3 7 6 ． BAKAVOS D ， PRANGNELL P B．DI F R．A c o mp a r i s o n o f t h e e f f e c t s o f a g e f o r mi n g o n t h e p r e c i p i t a t i o n b e h a v i o u r i n 2 x x x， 6 x x x a n d 7 x x x a e r o s p a c e a l l o y s [ J ] ．Ma t e r i a l s F o r u m，2 0 0 4 ， 2 81 2 4 1 3 1 ． 邓运来 ，周亮 ， 晋坤 ， 等．2 1 2 4铝合金蠕变时效的微结构 与性能 [ J ] ．中国有色金属学报 ， 2 0 1 0 ，2 0 1 1 2 1 0 6 2 1 1 1 ． W ETM AN G． Co n c r e t e c r e e p a n d t h e r ma l s t r e s s e s n e w c r e e p mo d e l s a n d t h e i r e f f e c t s o n s t r e s s d e v e l o p me n t [ D] ．D o c t o r a l The s i s ，S we d e nLu l e a Unive r s i t y o f Te c h n o l o g y，1 9 9 9 ． S TARI NK M J ，GAO N，KAMP N，e t a 1 ．Re l a t i o n s be t we e n mi c r o s t r uc t u r e ，p r e c i p i t a t i o n，a g e f o r ma b i l i t y a n d d a m a g e t o l e r a n c e o f A1 一 C u Mg L i Mn ，Z r ，S c a l l o y s f o r a g e f o r mi n g [ J ] ． M a t e r i a l s Sc i e n c e a n d En g i n e e r i n g A ，2 0 0 6，4 1 8 1 2 2 4 1 2 4 9 ． SHI H H C，HO N J，HUANG J C．P r e c i p i t a t io n b e ha v i o r s i n [ 1 7 ] [ 1 8 ] AI C u Mg a n d 2 0 2 4 a l u mi n u m a l l o y s [ J ] ．Me t a l l u r g i c a l a n d Ma t e r i a l s Tr a n s a c t i o n s A ，1 99 6 ，2 7 9 2 47 9 2 4 9 4 ． LI Y ，NUTT S R，M OHAM ED F A． An i n v e s t i g a t i o n o f c r e e p a n d s u b s t r u c t u r e f o r ma t i o n i n 2 1 2 4 A1 [ J ] ．Ac t a Ma t e r ，1 9 9 7 ， 4 5 6 2 6 0 7 2 6 2 0 ． 王祝堂 ，田荣璋．铝合金及其加工手册[ M] ．长沙 中南大学 出 版社 ，1 9 9 9 ． J ATA K V，HOPKI NS A K，RI OJ A R J ．The a n i s o t r o p y a nd t e x t u r e o f A1一 L i a l l o y s [ J ] ．Ma t e r i a l s S c i e n c e F o r u m，1 9 9 6 ，2 1 7 2 2 26 47 6 5 2 ． 基金项目 国家重点基础研究发展计 划 9 7 3 项 目 2 0 1 0 C B 7 3 1 7 0 0 收稿 日期 2 0 1 2 0 2 1 3 ； 修订 日期 2 0 1 2 0 6 0 6 作者简介 赵建华 1 9 8 6 一 ， 男 ， 硕士研究 生 ， 主要研究方 向为铝合金时 效成形研究 ， 联 系地址 湖南省长沙市中南大学材料科学 与工程学院特 冶楼 1 1 9 室 4 1 0 0 8 3 ， E - ma i l z h a o j i a n h u a O 8 0 1 1 6 3 ． c o rn 通讯作者 邓运来 1 9 6 9 一 ， 男 ， 教授 ， 博士 ， 主要从事高性能铝 、 镁合金 材料与构件研究 ， 联系地址 湖南省长沙市中南大学材料科 学与工程学 院特冶楼 l 1 4窒 4 1 0 0 8 3 ， E ma i l d e n g y l c s u 1 2 6 ． t o m