【摘 要】
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近年来,随着我国海洋开发步伐不断加大以及船舶工业快速增长,对于海洋工程用钢的需求量逐年上升,要求不断升高。为了提高焊接效率,缩短工程制造周期,降低工程成本,在船舶与海洋工程领域多采用大热输入焊接方式。但采用大线能量焊接,常常会导致焊接热影响区强度和韧性的严重恶化,并容易产生焊接裂纹等缺陷,影响整体结构件的安全使用性能。耐大线能量焊接用钢的开发涉及到冶炼、连铸、轧制和焊接等领域的研究。在上世纪90年
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近年来,随着我国海洋开发步伐不断加大以及船舶工业快速增长,对于海洋工程用钢的需求量逐年上升,要求不断升高。为了提高焊接效率,缩短工程制造周期,降低工程成本,在船舶与海洋工程领域多采用大热输入焊接方式。但采用大线能量焊接,常常会导致焊接热影响区强度和韧性的严重恶化,并容易产生焊接裂纹等缺陷,影响整体结构件的安全使用性能。耐大线能量焊接用钢的开发涉及到冶炼、连铸、轧制和焊接等领域的研究。在上世纪90年代由新日铁的高村和溝口等人提出了“氧化物冶金”,人们发现在钢中引入弥散分布的有益氧化物,能够促进晶内铁素体形核改善HAZ组织,从而提高大线能量焊接性能。为了更加深入了解不同氧化物冶金工艺对于提升母材和焊接热影响区的影响,本论文依托国家“十三五重点研发计划项目—“高强度、大规格、易焊接”海洋工程用钢及应用”,对大线能量焊接用EH36钢板制备工艺以及氧化夹杂物对钢板焊接HAZ组织性能等方面展开研究。（1）本论文设计了以C、Mn合金系为主的EH36钢成分,并分别进行Ti-Ca、Ti-Ca-N、Ti-Mg三种不同脱氧工艺处理。根据三种实验钢的静态CCT曲线确定TMCP轧制工艺,并对轧制后钢板进行显微组织观察与冲击性能检测。金相观察表明,采用不同脱氧工艺的实验钢在经过TMCP轧制工艺后,轧后组织均为尺寸细小的铁素体+珠光体的混合组织,各组织间晶界清晰,显微组织均得到有效细化。在0℃、-20℃和-40℃下三种实验钢的冲击功均高于300J,说明均有良好的冲击韧性。证明了采用氧化物冶金+TMCP技术可以得到具有优异力学性能的焊接母材。（2）针对三种不同脱氧工艺实验钢进行了不同热输入量的焊接热模拟实验。焊接热模拟实验后的-40℃低温韧性分析结果表明,三种实验钢的模拟CGHAZ具有优良的强韧性配合,Ti-Mg处理钢的韧性表现尤为突出,钢中的脱氧夹杂物能够促进大韧窝的形成,从而有效提升焊接HAZ的韧性;金相观测表明采用氧化物冶金的方式可促进HAZ内铁素体的生成,脱氧产物可有效诱导晶内针状铁素体的形核;采用EBSD技术得知采用氧化物冶金技术能够提高焊接HAZ的大角度晶界占比,有效阻碍微裂纹在晶内组织间的传播。（3）夹杂物对于改善和提升焊接HAZ的组织和性能具有重要的意义,对实验钢中夹杂物的分析表明,有效促进针状铁素体形核的夹杂物是复合型夹杂,既包含有Ti、Ca、Mg的氧化物和Ca、Mg的硫化物,又含有MnS等物质,采用Ti-Ca和Ti-Mg处理的实验钢中可促进针状铁素体形核的有效夹杂物数量较多,分别为9104个/mm2和8584个/mm2,约为Ti-Ca-N钢中的4倍。（4）采用CSLM技术探明,峰值温度的高低和保温时间的长短对于HAZ的奥氏体晶粒的长大有深刻影响;若保温时间过短,原奥氏体无法完全转变为针状铁素体;若保温时间过长,奥氏体晶粒将转变为粗大的板条状贝氏体或马氏体组织。采用Ti-Mg处理工艺更能抑制高温奥氏体晶粒的粗化,提高奥氏体转变生成针状铁素体的能力。
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