【摘 要】
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随着桥梁,石油管线和船舶等钢结构件的大型化,制造钢结构件的钢板也相应增大增厚,为提高钢结构的焊接制造效率,双丝、三丝甚至多丝埋弧焊在工程上得到应用。但是,目前普通低合金钢在大热输入条件下焊接时,焊接粗晶热影响区（CGHAZ）冲击韧性严重恶化,不能满足使用要求。低碳V-N-Ti微合金钢利用增N促进沉淀粒子析出,细化焊接热影响区（HAZ）原奥晶粒,并且诱发晶内铁素体（IGF）形核,从而细化焊接CGHA
【基金项目】
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国家自然科学基金（项目编号:51671165和51471142）；
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随着桥梁,石油管线和船舶等钢结构件的大型化,制造钢结构件的钢板也相应增大增厚,为提高钢结构的焊接制造效率,双丝、三丝甚至多丝埋弧焊在工程上得到应用。但是,目前普通低合金钢在大热输入条件下焊接时,焊接粗晶热影响区（CGHAZ）冲击韧性严重恶化,不能满足使用要求。低碳V-N-Ti微合金钢利用增N促进沉淀粒子析出,细化焊接热影响区（HAZ）原奥晶粒,并且诱发晶内铁素体（IGF）形核,从而细化焊接CGHAZ组织、提高韧性。然而,该钢的焊接CGHAZ因晶内块状铁素体（IGPF）不够细化而强韧性仍有不足,这已成为制约其发展和应用的瓶颈。本论文采用复合添加N/B,制备CGHAZ具有高强韧性晶内针状铁素体（IGAF）组织的大热输入焊接用低碳Mo-V-Ti-B-N微合金钢。研究了复合添加微量N、B元素对热影响区沉淀粒子固溶-析出和B晶界偏聚行为、以及它们对IGF相变热/动力学的影响规律,准确调控均匀的IGAF,揭示复合N/B对IGF的调控作用及机理。研究了B含量对低碳Mo-V-Ti-B-N微合金钢CGHAZ连续冷却转变行为的影响。增B降低了CGHAZ的相变开始温度,扩大了贝氏体相区;B含量为13 ppm时,冷却过程中固溶B在原奥晶界处发生偏聚,抑制晶界铁素体的形成,降低相变点,从而促进针状铁素体和粒状贝氏体的转变。研究了典型热输入（75 k J/cm）下,B含量对低碳Mo-V-Ti-N微合金钢CGHAZ组织与冲击韧性的影响。结果表明,钢中不含B时,CGHAZ中出现粗大的晶界铁素体,从而导致CGHAZ的冲击韧性变差;B含量为13 ppm时,固溶B偏聚在原奥晶界使晶界铁素体消失,同时B和钢中的N结合依附Ti（C,N）粒子析出,形成复合的（B,Ti）（C,N）粒子,促进针状铁素体的形核,使得CGHAZ中晶内针状铁素体占比增加,组织得到明显细化,冲击韧性得到改善;B含量为19 ppm时,钢中固溶B含量增多,钢的淬透性增加,CGHAZ组织为尺寸较大的粒状贝氏体,冲击功较低。研究了N含量对低碳Mo-V-Ti-B微合金钢CGHAZ连续冷却转变行为的影响。增N使CGHAZ中细小的Ti（C,N）粒子增多,原奥晶粒发生细化,相变温度Ar3升高。同时,增N促进钢中V的析出,在CGHAZ形成更多表面富V的析出粒子,增强了析出粒子的形核能力,促进多边形铁素体和针状铁素体的形成,缩小了贝氏体相区。研究了典型热输入（75 k J/cm）下,N含量对低碳Mo-V-Ti-B微合金钢CGHAZ组织与冲击韧性的影响。增N使微米和亚微米级析出（200 nm～）和纳米级析出粒子（～100 nm）的含量增加,纳米级析出钉扎CGHAZ的原奥晶界,抑制奥氏体的长大,使原奥晶粒发生细化,微米和亚微米级析出粒子促进铁素体的形核,从而使CGHAZ的晶粒发生细化,改善CGHAZ的冲击韧性。研究了热输入对N含量为0.0144 wt.%的低碳Mo-V-Ti-B-N微合金钢CGHAZ组织和冲击韧性的影响。结果表明,随着热输入的增加,试验钢CGHAZ的冲击功先升高后降低,热输入从25 k J/cm增加至75 k J/cm时,CGHAZ冲击功升高的主要原因是针状铁素体含量和占比升高,CGHAZ的组织发生细化。热输入为100 k J/cm时,CGHAZ中出现尺寸较大的珠光体,且铁素体与铁素体界面间出现“碳”膜,引起应力集中,导致CGHAZ冲击韧性下降。研究了N含量对焊接热循环过程中（Ti,V）（C,N）粒子固溶析出行为的影响,（Ti,V）（C,N）粒子促进CGHAZ晶内铁素体形成机理。在焊接热循环的高温阶段,固溶-析出温度较低的细小的V（C,N）粒子发生溶解,在后续的冷却过程中,溶解的V（C,N）粒子重新依附未溶的Ti（C,N）粒子发生析出,从而形成大量表面富V的复合（Ti,V）（C,N）粒子。V（C,N）与铁素体之间的错配度比Ti（C,N）与铁素体之间的错配度更小,同时,V（C,N）依附未溶的粒子析出使粒子尺寸增加,提高析出粒子的形核能力。
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