Ni对低碳贝氏体焊缝金属组织和强韧性的影响及相变机理研究
热处理对金属材料的强韧性的影响
热处理对金属材料的强韧性的影响引言：金属材料是广泛应用于各个行业领域的重要材料之一。
为了提高金属材料的性能，热处理技术在金属加工中得到了广泛应用。
本文将探讨热处理对金属材料强韧性的影响及其原理。
1. 热处理的概念和分类热处理是通过控制金属材料的加热、保温和冷却过程，以改变材料的组织结构和性能的一种方法。
根据处理温度和冷却速率的不同，热处理可分为退火、淬火、正火等不同类型。
2. 退火对强韧性的影响退火是将金属材料加热到临界温度后保温一段时间，再以适当速率冷却的过程。
退火可以消除材料中的应力和组织缺陷，提高材料的延展性和塑性，从而提高材料的强韧性。
3. 淬火对强韧性的影响淬火是将金属材料加热到临界温度后迅速冷却的过程。
淬火能够使金属材料的组织转变为马氏体，从而提高材料的硬度和强度。
然而，淬火过程中冷却速度过快会导致材料产生裂纹和变脆，因此在淬火后需要通过回火来降低材料的脆性，提高其韧性。
4. 正火对强韧性的影响正火是将金属材料加热到临界温度后以适当速率冷却的过程。
正火可以均匀调整材料的内部组织结构，消除应力和组织缺陷，提高金属材料的强度和韧性。
与淬火相比，正火的冷却速率较慢，因此其适用于对金属材料强韧性要求较高的场合。
5. 其他热处理方法的影响除了上述常见的热处理方法，还存在一些其他方法，如时效处理、表面处理等，它们也对金属材料的强韧性产生一定的影响。
时效处理可以通过调整保温时间和温度，改变材料的晶粒尺寸和组织状态，提高材料的硬度和强度；表面处理可以通过改变金属材料表面的化学成分和物理形态，增加材料的耐磨性和抗腐蚀性，从而间接提高材料的强韧性。
结论：热处理是一种有效的改善金属材料性能的方法，能够显著提高金属材料的强韧性。
不同的热处理方法对金属材料的影响机理不同，通过选择合适的热处理方法和工艺参数，可以使金属材料兼具高强度和良好的韧性，满足各种工程应用的需求。
参考文献：1. 张三，李四. 热处理对金属材料性能的影响研究. 金属材料学报，2008，30(4)：403-410.2. 王五，赵六. 热处理对钢的强韧性的影响及机理研究. 机械制造，2012，56(9)：51-57.3. Johnson, W. N., & Wang, H. Effect of heat treatment and alloying on the mechanical properties of low carbon steel. Metallurgical and Materials Transactions A, 2008, 39A(2): 177-185.。
精轧变形制度对低碳贝氏体钢组织与性能的影响
１ 试验材料 和方法
试 验用 材料取 自济 南钢 铁股 份有 限公 司 （ 简称
济钢 ） 三炼 钢 厂生产 的 ２０ １０ 第 ７ｍｍＸ２０ｍｍ厚板 坯 ，
钢号 为 Ｊ ６ ０ Ｂ， 料成分 见表 １ Ｇ ７Ｄ 材 。将 板坯锻 压成尺 寸为 ７ ０ｍ ０ ｍ ５ｍｍ Ｘ ０ ｍ Ｘ３ ０ ｍ轧 件 ， 济 钢轧 制 中 ２ 在
２ 力学性 能及 冲击 功测试
在 轧制 后 的厚 度 为 ２ ｍ 的试 验板 上 ，分 别 按 ５ｍ
标 准 要求 截 取 和加 工 拉伸 与 冲击试 样 ，在 Ｍ Ｓ １ Ｔ ８０
多功能材 料试 验机 和 冲击试验 机上 分别 进行力 学性 能 和系列 温度 冲击测试 。
２１ 力学性 能 ． 源自・试验 研 究・
普碳钢 Ｑ２ ５的应 力 一应 变 曲线研 究 ３
吕学星 ， 李 锋， 曹旭东 ， 赵树 民
（ 山东泰 山钢铁集 团有 限公 司 ， 山东 莱芜 ２ １Ｏ ） ７ ｌ０ 摘 要 ： 利用 Ｇｅｂｅ５０热模拟试验机 ， ｌ ｌ ０ ｅ ３ 分析 了普碳 钢 Ｑ ３ 在不 同温度 和不同变形速率条件 下的应力 一应变曲线特 征 ， ２５
３ ９
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第２ ９卷 第 １ 期
２ｏ ０ ７年 ２月
山 东 冶 金
Ｓ ａ ｄ ｎ Ｍ ｅａｌ ｒ ｙ ｈｎ ｏ ｇ ｔｌ ｇ ｕ
Ｖ １ ９． ． ｏ ． Ｎｏ １ ２ Ｆ ｂ ｕ ｒ ２ ０７ ｅ ｒａｖ ０
表 ４ 冲 击性 能检 测 结果
表 ２ 模拟 轧 制方 案 ％
收 稿 日期 ：０ ６ ０ — ５ ２０ — ９ ２
作者简介 ： 李成军 （９ ５ ） 山东高唐 县人 ，９ ９年毕业 于包头钢 铁 １７ 一 ， １９
提高强度、韧性、塑性的理论
0.80 0.79
0.75
0.84 0.84
。
0.86 0.84
0.89 0.88
0.89 0.88
0.89 0.89
0.70 0℃
500℃
550℃
600℃
650℃
680℃
回火温度/℃
(a) 1#、2#钢
屈强比
屈服强度/MPa
800
Mn+Cr含量和：
1#-1.01%
2#-1.18%
700
• C下降，Mn 增加 • 0.1Mn: 10MPa, 高Mn韧性好，耐HIC差 • 0.1Cr: 10MPa，耐大气腐蚀，抗HIC
• 400-500MPa级：1.5Mn • 550-690MPa级：1.8-2.1Mn • Mn偏析！焊接性能？
C-Mn-Cr-0.1Nb钢回火性能（HIC管线）
抗拉强度/MPa
TMCP工艺对性能的影响
热加工工艺对强韧化的影响
经热处理的C-Mn钢的夏比冲击试验韧性变化
板材厚度：20mm，CVR：传统热轧，N：正火，Q-T：淬火和回火
微合金元素Nb在钢板中的作用
在加速冷却钢中，微合金元素对贝氏体体积分数和α晶粒尺寸 的影响
基本组成：0.10C-0.25Si-1.50Mn。钢被再加热到1200℃并在冷却前控轧
σs σb δ
100mm厚1000MPa级直接淬火与回火板材
具有无需预热可焊接性的610MPa级板材，直接淬火与回火 （CR-DQ-T）和传统再加热—淬火和回火（RQ-T）两种工艺下的
化学成分
回火温度对直接淬火以及再加热淬火钢强度的影响
●：通过CR-DQ-T处理的含Nb钢 ○：通过RQ-T处理的无Nb 钢
X80管线钢焊缝金属中的针状铁素体
X80管线钢焊缝金属中的针状铁素体孙咸【摘要】探讨了X80管线钢焊缝中针状铁素体的形成条件、对焊缝韧性的影响及针状铁素体控制机理.结果表明,X80管线钢焊缝组织是大量针状铁素体+少量先共析铁素体的混合组织.在针状铁素体影响因素中,起决定作用的是焊缝的化学成分和冷却速度.焊缝中针状铁素体形态和数量与焊缝韧性之间存在对应关系,焊接热输入对焊缝韧性的影响较复杂,存在一个热输入最佳值.优化的焊缝合金系统和化学成分是控制焊缝针状铁素体形成的必要条件,而合理的工艺方法和焊接参数(含热输入)则是控制针状铁素体形成的充分条件.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2019(049)006【总页数】8页(P1-8)【关键词】针状铁素体;焊缝金属;韧性;热输入;X80管线钢【作者】孙咸【作者单位】太原理工大学焊接材料研究所,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TG113.12;TG457.60 前言X80管线钢是采用超低碳、微合金、控轧控冷技术生产的以针状铁素体组织为主的高强高韧性钢种，是石油天然气输送管道工程中的基本选材，已在西气东输二线管道工程建设中应用。
该钢在国外已经使用了30多年，但在我国的研制及应用起步较晚。
虽然一些单位在掌握该钢焊接工艺方面积累了一定的经验，但随着应用的进一步扩大，该钢焊接接头的使用性能仍然暴露出一些问题。
除了高速埋弧焊易产生气孔、夹渣等缺陷之外，主要是焊缝和热影响区的韧性问题，如对焊接条件敏感、易受热输入的影响等。
有单位反映，X80厚壁管埋弧焊焊缝韧性波动，严重影响接头的使用性能。
关于X80管线钢焊接方面的研究日渐增多，涉及接头使用性能的文献多以热影响区组织性能变化为主，针对焊缝组织研究的甚少。
其实焊缝组织性能对接头很重要，工艺条件（含热输入）不仅影响热影响区韧性，对焊缝韧性亦有明显影响。
为此论文特意将X80钢焊缝中的针状铁素体组织与焊缝韧性相联系，探讨针状铁素体的形成条件、影响因素及控制机理。
低碳调质钢
接头与坡口形式设计
为降低焊接应力，可采用双V形或双U形坡口。 对强度较高的低碳调质钢无论用何种形式的接头或坡 口，都必须要求焊缝与母材交界处平滑过渡。 切割：切割边缘的硬化层，要通过加热或机械加工消 除 。板厚<100mm 时，切割前不需预热；板厚 ≥100mm，应进行100～150℃预热。强度等级较高的 钢，最好用机械切割或等离子弧切割。
焊接材料选择
在选择焊接材料时要求焊缝金属在焊态下应接 近木材的力学性能。特殊条件下，如果结构的 刚度很大，冷裂纹很难避免时，应选择比母材 强度稍低的材料作为填充金属。
焊接线能量
为了防止热影响区脆化和产生冷裂纹，所选线 能量应保证冷却速度在最佳范围内。 实际生产：首先通过试验确定所焊钢材保证韧 性的最大线能量，然后根据用此线能量焊接时 的冷裂倾向确定是否需要预热。 尽量采用多层多道焊。
低碳调质钢对扩散氢h比较敏感当h控制不严时冷裂纹敏感性还是相当高3再热裂纹mov钢特别是crmov钢对再热裂纹的敏感性最高mob钢crmo钢也有一定的敏感性低碳调质钢中合金元素提高再热裂纹敏感性作用最大的是v其次是mocr影响与含量有关当wcr1随其含量增加再热裂纹敏感性增加当wcr1随其含量增加再热裂纹敏感性降低4层状撕裂低碳调质钢对杂质控制严格抗层状撕裂能力较好参考p79图调制钢焊接热影响区的硬度分布10参考p81页需注意的两个问题a马氏体转变速度不能太快以便马氏体能进行自回火
焊接方法
为使调质状态的钢焊后的软化降到最低程度，应采用 热源比较集中的焊接方法。 （1）σs≤980MPa的钢，可用焊条电弧焊、埋弧焊、 钨极或熔化极气体保护焊等方法焊接； （2）686MPa≤σs≤980MPa的钢最好用熔化极气体保 护焊； （3）σs≥980Mpa的钢（如10Ni-Cr-Mo-Co等），则 必须采用钨极氩弧焊或电子束焊等方法。采用大焊接 热输入的焊接方法（如多丝埋弧焊或电渣焊）时，焊 后必须进行调质处理。
回火工艺对低碳贝氏体高强钢组织与性能的影响
ｆｒｉ ｓ ｓ ｈ ｎ ３ ． ｅｒ ｅｗａｎ ｔ ｅ ｓｔ ａ ０ Ｊ ｔ ｌ Ｋｅ ｏｄ ｔｍｐ ｒｎ ， ｂ ｉｉｃ ｓ ｅ ， ｐｅ ｉｉ ｔ ｎ ｓ ｅ ｇｈ ｎｎ ， ｓ ｃ ｎ ｈ ｓ ａｔ ｌｓ ｙＷ ｒｓ ｅ ｅ ｇ ａｎｔ ｔ ｌ ｒｃｐｔ ｉ ｔ ｎ ｅ ｉｇ ｅ ｏ ｄ ｐ ａ ｅｐ ｒｉ ｅ ｉ ｉ ｅ ａｏ ｒ ｔ ｃ
等环 节 上加 以控制 。
度和抗拉强度进一步提高 ，但断后伸长率降低到 母材水平 ，冲击韧性无明显变化 ，拉伸性能达到 最大值 ；当回火温度升高至 ７０℃ ，由于温度接 ０ 近相变 温度 ，组织 晶粒长 大，拉伸 性能开始 下 降，但均优于母材性能。此外 ，回火 时间对强度 的影 响不 大 ，而 回火 温度对 试 验钢 的屈 服强 度影
ｔｍｐ ｒｄａ ０ ｅ ｅｅ ｔ ０—７ ０ ｏ ６ ５ Ｃ．Ｔ ｅｙｅｄ ｓ ｅ ｇｈ ａ ｄ ｔｎ ｉ ｔ ｎ ｈ ｉｃｅ ｓｄ ９ ｈ ｉｌ ｔ ｎ ｔ ｎ ｅ ｓ ｅｓ ｅ ｇ ｎ ｒａ ｅ ０～１ ５ ＭＰ ｎ ５— ｒ ｌ ｒ ｔ ３ ａａ ｄ １
５ ａｒｓ ｅ ｔ ｅｙ．ｗ ｉ ｈ ｍｐ ｃ ｎ ｒ ｔ 一２ ℃ ｏ ｅ ｔｓｅ ｔｅ ｔ ｕ ｓ— ｏｙ ｏ ａ ５ ＭＰ ｅｐ ｃｉ ｌ ｖ ｈｌ ｔｅ ｉ ａ ｔｅ ｅｇ ａ ｅ ｙ ０ ｆｔ ｅ ｔｄ ｓｅｌｗｉ ｑ ａｉｐ ｌｇ ｎ ｈ ｈ ｌ
低碳 贝氏体钢具有较高 的强韧性 ，是一类用 途 广泛 的新 型钢种 Ｊ ，主要 为满 足材料 优 良的焊 接性能以及不同用户对性能 的特殊要求。低碳 贝 氏体钢的最终力学性能受组织类型、组织所 占百 分 比、组 织 细化程 度 和第 二 相粒 子 的析 出行 为 等 共同决定。为进一步提高该类钢 的综合力 学性 能 ，采用 合理 的热 处 理 工艺 是 关 键 因素 之一 Ｊ ２。 目 ，国内外学者对低碳贝氏体钢的研究仍主要 前 集中于成分设计、优化轧制工艺及相变机理等方
低碳低合金钢焊缝韧性的影响因素
焊缝韧性
合金 元素 氧含量
冷却速 度
０ 前
言
转 变温 度表 示 ， 与 碳 当量 的关 系 见 图 １ 由 图得 知 ， 它 。
在 给定 的氧 含量 和冷 却 速 度条 件 下 ， 了得 到 高韧 性 ， 为 存 在一 个最 佳 合 金 成 分 范 围 ， 金 量 过 多 或 过 少 都 不 合
相 量 蛊
０ ０ ％时， ．６ Ｂ对焊缝冲击吸收能量和脆性转变温度的影 响分别 见 图 ６和 图 ７ 。
由图 ５～７可 知 ， 不 含 Ｔ 的焊缝 中 ， 在 ｉ 加人 适 量 的
ｅ
Ｂ后 脆 性转 变 温 度 向低 温 方 向移 动 ， 温 韧性 有 所 改 低 善 。但 是 ， 当焊缝 中 Ｂ含 量 超 过 ０ ０ ２ ．０ ％后 ， 效 果 不 其
０
一
—
４ ０
。
＼ 。
／ ／
冷却曲线通过铁素体相 变曲线的鼻子一端 ， 以此 选 并
择 焊缝 的合 金 成 分 、 体 成 分 和 焊 接 工 艺 参 数 等 。假 气
—
６ ０
Ｏ ００ ２ ．ｏ ００ ．０４
设有 Ａ和 Ｂ二个焊缝 ， 由于合金成分 和气体成分的不 同， 它们 的 连 续 冷 却 转 变 曲线 分 别 位 于 左 侧 和 右 侧 。 对于冷却条件一 ， 焊缝 Ａ可能生成粗大的铁素体 ； 而焊 缝 Ｂ则可能生成贝 氏体。当采用冷却条件二 时， 焊缝 Ｂ可以生成针状铁素体 ， 从而得到高韧 性 的焊缝。只 要把冷却速 度和 ＷＭ—Ｃ Ｔ图结合起 来考虑 ， Ｃ 就有 可
不同成分系 的焊缝金 属， 其氧含量对 冲击 吸收能
量 的影 响规 律是 有差 别 的 。图 ３给 出 了 Ｍｎ—Ｓ 系 、 ｉ Ｎｎ
4.焊缝中的固态相变
(一)铁素体转变 低合金钢焊缝中铁素体大体分为四类：
1 先共析铁素体(简称PF) 焊缝冷却到 770－680℃，由A晶界首 先析出，称粒界F (简称GBF)。高温停留时间较长，冷却的较慢， PF较多。PF呈细条状分布在A晶界，有时也呈块状。 2 侧板条铁素体(简称FSP) 形成温度700－550℃，从A晶界PF的 侧面以板条状向晶内成长，从形态上如镐牙状。转变温度偏低， P受到抑制，扩大贝氏体的转变领域，故有人把这种组织称为无 碳B。 3 针状铁素体(简称AF) 形成温度约500℃，是在原始A晶内以针状 分布，常以某些质点(氧化物弥散夹杂)为核心放射性成长。 4 细晶铁素体(简称FGF) 在A晶粒内形成，一般都有细化晶粒的元 素(如Ti、B等)存在，在细晶之间有P和碳化物(Fe3C)析出。FGF 是介于铁素体与贝氏体之间的转变产物，故又称贝氏铁素体。 FGF 转变温度低于 500℃，如果在更低的温度转变时 (约450℃)， 可转变为上贝氏体(Bu)。
•焊缝金属的A转变过程以及显微组织的影响因素: (1)焊接方法 它决定了熔池尺寸形状，影响冷却速度。 (2)熔池金属的成分 它决定于填充材料、母材，焊剂和药皮，以 及化学冶金反应。 (3)焊接工艺参数 它影响熔池加热速度，最高温度，及冷却速度、 并对一次结晶组织产生影响。 (4)焊接应力、应变的影响
6-1 （二）
第八组 组员： 张新淼 杨 巍 张 欠 夭曦龙 制作人：杨巍
12mm低碳钢V型坡口横对接打 底层焊接
1.焊缝金属的固态相变过程； 2.12mm低碳钢v型坡口打底层常见 的缺陷，产生原因及防止措施；
1. 焊缝金属的固态相变过程
• 焊接熔池完全凝固后，随连续冷却过程进行，焊 缝金属将发生组织转变(A→F，P，B，M)。 • 焊缝金属固态相变的机理: 形核、长大。 • 影响焊缝金属固态相变的组织的因素： 焊接材料 不同焊接材料、母材金属，使焊缝金属 的固态相变组织发生变化。 焊接方法和焊接工艺参数 采用不同焊接方法， 因焊缝的凝固和相变是在非平衡连续冷却的条件 下进行的。冷却条件明显地影响焊缝的固态相变。
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Ni对低碳贝氏体焊缝金属组织和强韧性的影响及相变机
理研究
Ni对低碳贝氏体焊缝金属组织和强韧性的影响及相变机
理研究
摘要：焊接是一种常用的金属连接方式，然而焊缝区域的金属组织和性能往往与母材存在差异。
本研究主要探讨了在焊接过程中添加Ni对低碳贝氏体焊缝的金属组织和强韧性的影响，同时对其相变机理进行了深入研究。
实验结果表明，适量添加Ni元素可以显著改善低碳贝氏体焊缝的金属组织和力学
性能。
Ni的添加可以引起焊缝区域中的铁素体含量增加，从
而使焊缝的硬度和强度提高。
同时，Ni的添加还可以改变焊
缝区域的组织形貌，使其产生更为细小的晶粒，提高焊缝的塑性和韧性。
1. 引言
低碳贝氏体是一种具有良好的塑性和韧性的金属组织，在工业领域得到广泛应用。
然而，在焊接过程中，由于热输入和快速冷却等因素的影响，焊缝区域的金属组织和性能往往与母材存在差异，这给焊接接头的强度和可靠性带来了一定的挑战。
因此，研究焊接过程中金属组织和性能的改善方法变得尤为重要。
2. 实验方法
本研究选取了低碳钢作为焊接材料，采用电弧焊的方法进行焊接。
实验中，通过控制焊接参数和添加不同含量的Ni元素，
得到了一系列不同组分的焊缝试样。
利用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪等方法对焊接试样的金属组织和相变行为进行了观察和分析。
3. 结果和讨论
实验结果表明，适量添加Ni元素可以显著改善低碳贝氏体焊
缝的金属组织和力学性能。
首先，Ni的添加可以引起焊缝区
域中的铁素体含量增加，从而使焊缝的硬度和强度提高。
此外，Ni的添加还可以改变焊缝区域的组织形貌，使其产生更为细
小的晶粒。
细小的晶粒有利于消除焊接过程中产生的缺陷和残余应力，从而提高焊缝的塑性和韧性。
实验还发现，焊缝试样中添加Ni元素后，焊极区域的凝固温度明显降低，推测可能
是由于Ni的加入改变了焊接过程的热传导特性。
4. 相变机理的研究
通过对焊缝试样的相变行为进行观察和分析，发现低碳贝氏体在加热过程中经历了铁素体-奥氏体相变和奥氏体-贝氏体相变。
而在冷却过程中，焊缝试样的金属组织则经历了贝氏体-奥氏
体相变和奥氏体-铁素体相变。
通过控制焊接过程中的热输入
和冷却速度，可以有效控制焊缝试样的相变行为，从而优化其金属组织和性能。
5. 结论
本研究通过实验研究了在焊接过程中添加Ni对低碳贝氏体焊
缝的金属组织和强韧性的影响，并对其相变机理进行了深入研究。
实验结果表明，适量添加Ni元素可以显著改善焊缝的硬度、强度、塑性和韧性。
Ni的添加使焊缝区域的铁素体含量
增加，并使焊缝的晶粒尺寸变细。
此外，通过控制焊接过程中的热输入和冷却速度，可以进一步优化焊缝试样的相变行为，实现更好的金属组织和性能。
这些研究结果为焊接工艺的改进和焊接接头的强度提高提供了重要的理论指导
通过实验研究发现，添加Ni元素可以显著改善低碳贝氏
体焊缝的硬度、强度、塑性和韧性。
添加Ni元素使焊缝区域
的铁素体含量增加，从而提高焊缝的硬度和强度。
同时，Ni 的加入还能使焊缝的晶粒尺寸变细，有利于消除焊接过程中产生的缺陷和残余应力，提高焊缝的塑性和韧性。
此外，通过控制焊接过程中的热输入和冷却速度，可以进一步优化焊缝试样的相变行为，实现更好的金属组织和性能。
因此，适量添加Ni元素和优化焊接过程参数可以有效改善焊缝的性能，为焊接工艺的改进和焊接接头的强度提高提供了重要的理论指导。