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激光拼焊差厚板焊缝断裂原因分析

上海金属 2024年

作者：蔡周彦易寒白佳鑫刘腾轼上海大学(浙江)高端装备基础件材料研究院河北龙凤山铸业有限公司技术中心上海大学材料科学与工程学院

为了确定激光拼焊差厚板焊缝断裂的原因，使用维氏硬度计、电子万能试验机、光学显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪分析了激光拼焊后22MnB5钢的力学性能和显微组织，并对其失效模式及机制进行了分析。结果表明：在焊接过程中，Al-Si镀层... 详细信息

为了确定激光拼焊差厚板焊缝断裂的原因，使用维氏硬度计、电子万能试验机、光学显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪分析了激光拼焊后22MnB5钢的力学性能和显微组织，并对其失效模式及机制进行了分析。结果表明：在焊接过程中，Al-Si镀层熔化进入焊缝；随着焊缝中铝元素的富集，δ铁素体含量增加，降低了焊缝塑性，导致拉伸试样焊缝断裂。

关键词：激光拼焊 Al-Si镀层 δ铁素体断裂

N、Cu元素对0Cr13Ni4Mo钢组织及性能的影响

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金属加工（热加工） 2024年第5期 90-93,98页

作者：瞿兆银杨家典白家元吴国兴贵州航宇科技发展股份有限公司贵州贵阳550081

主要研究了添加一定量N、Cu元素对0Cr13Ni4Mo钢组织及性能的影响。通过采用相同的热处理制度对N、C u含量不同的材料进行热处理,然后进行室温拉伸、室温冲击、硬度、显微组织的检测与分析。结果表明:在相同热处理制度下,添加N、Cu元素后... 详细信息

主要研究了添加一定量N、Cu元素对0Cr13Ni4Mo钢组织及性能的影响。通过采用相同的热处理制度对N、C u含量不同的材料进行热处理,然后进行室温拉伸、室温冲击、硬度、显微组织的检测与分析。结果表明:在相同热处理制度下,添加N、Cu元素后,δ铁素体和碳化物含量明显减少,材料的抗拉强度提高70MPa以上,硬度提高20HBW以上,但冲击韧度降低了超过50%;单独添加N元素时,δ铁素体和碳化物含量也降低,材料抗拉强度提高50MPa以上,硬度提高15HBW以上,塑性及韧性与同时添加N、Cu元素时相当。结论分析认为:受N、Cu元素,尤其是N元素影响,材料奥氏体的稳定性明显增加,抑制了δ铁素体和碳化物的析出;同时,由于N、Cu元素分别具有固溶强化及时效强化效果,使材料强度、硬度有明显增加;但是,由于N含量提高,使回火过程中氮化物沿晶界沉淀析出,导致材料的塑性、韧性等有所降低。

关键词：抗拉强度室温冲击 δ铁素体碳化物氮化物

Nb、Ti对耐热钢中δ铁素体固溶行为的影响

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钢铁 2023年第10期58卷 131-139页

作者：李奇张旭李晓晴李俊儒张鹏飞张玉馨青岛大学机电工程学院山东青岛266071

δ铁素体是马氏体型耐热钢中常见的有害析出相,它的存在会对材料的力学性能及耐蚀性能产生不利影响,并且难以通过常规热处理去除,因此如何去除δ铁素体是该领域的研究重点。以C-Cr-Ni-Mo马氏体型耐热钢为主要研究对象,设计了C-Cr-Ni-Mo... 详细信息

δ铁素体是马氏体型耐热钢中常见的有害析出相,它的存在会对材料的力学性能及耐蚀性能产生不利影响,并且难以通过常规热处理去除,因此如何去除δ铁素体是该领域的研究重点。以C-Cr-Ni-Mo马氏体型耐热钢为主要研究对象,设计了C-Cr-Ni-Mo、C-Cr-Ni-Mo-Nb、C-Cr-Ni-Mo-Ti 3种不同成分的试验钢。采用OM、SEM、EDS等手段,通过对比3种不同成分试验钢铸态组织中δ铁素体体积分数、δ铁素体固溶速率、奥氏体晶粒尺寸,研究了Nb、Ti微合金化对马氏体型耐热钢中δ铁素体固溶行为的影响并揭示其机理,为马氏体型耐热钢中δ铁素体快速固溶提供新方法。试验结果表明,Nb、Ti微合金元素作为铁素体形成元素,会加重合金成分的偏析,冷却过程中未能充分转变,导致室温下铸态组织中δ铁素体的体积分数增加,但生成的δ铁素体尺寸相对较小。δ铁素体的固溶速率与其形态及位置有关,Nb、Ti微合金化能提高δ铁素体的固溶速率,一方面是Nb、Ti微合金化会细化铸态组织中的δ铁素体,提高δ铁素体的比表面积;另一方面是通过形成含Nb、Ti的析出相,钉扎晶界,抑制奥氏体晶粒长大,延缓固溶过程中δ铁素体由不规则状向球状转变的过程,在加热过程中使更多的δ铁素体更长时间地维持在奥氏体晶界处呈不规则状,维持较大的比表面积,进而提高δ铁素体的固溶速率。

关键词：马氏体型耐热钢微合金化 δ铁素体固溶速率析出相

Si对一种9Cr铁素体/马氏体钢显微组织和力学性能的影响

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金属学报 2023年

作者：张乾坤胡小锋姜海昌戎利建中国科学技术大学材料科学与工程学院中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室

基于ASME标准成分的P91钢,设计了一种Si增强型的9Cr铁素体/马氏体钢(记为H-Si钢)。利用OM、FESEM、TEM、EBSD、拉伸和冲击等分析和检测技术,对P91和H-Si合金钢铸态、均质化态、回火态和时效态(550℃时效3000 h)的显微组织和力学性能进... 详细信息

基于ASME标准成分的P91钢,设计了一种Si增强型的9Cr铁素体/马氏体钢(记为H-Si钢)。利用OM、FESEM、TEM、EBSD、拉伸和冲击等分析和检测技术,对P91和H-Si合金钢铸态、均质化态、回火态和时效态(550℃时效3000 h)的显微组织和力学性能进行了研究。结果表明,Si增强后会在合金钢中引入体积分数为3.9%的δ铁素体,但通过均质化处理可以将其完全消除。回火处理后,H-Si钢因含有较高的Si含量,会形成富Si层包裹M23C6的现象,该富Si层阻碍了M23C6的粗化长大,使M23C6的尺寸小于P91钢中M23C6的尺寸。与此同时,在550℃时效处理时该富Si层同样会减缓M23C6的长大,同时还促进了Laves相的形核和生长,造成时效态H-Si钢具有较细的M23C6和较粗的Laves相。回火态H-Si钢因较高的Si含量和较细的M23C6,强度明显高于P91钢,而时效处理后因Laves相的析出,强度进一步提高。回火态P91和H-Si合金钢具有相近的冲击功(约210 J),断裂模式均为韧性断裂。时效处理后由于Laves相的析出,导致P91和H-Si合金钢的冲击功下降。因H-Si钢中Laves相的尺寸较大、数量较多,使H-Si钢出现了一定比例的解理区,从而冲击功下降更明显。

关键词： Si M C Laves相 δ铁素体力学性能

测量方法对奥氏体不锈钢熔敷金属中铁素体含量的影响

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压力容器 2022年第8期39卷 16-21页

作者：曹宇堃郭枭宋北姜英龙李苏珊赵松柏哈尔滨焊接研究院有限公司哈尔滨150028

铁素体含量测量方法主要包括化学图谱法、金相法和磁性法等,不同方法的测量结果存在显著差异且难以互相比较。为针对不同环境选取最优方法,分别采用图谱法、金相法和磁性法对E308L,ER308L奥氏体不锈钢熔敷金属的δ铁素体含量进行了测量... 详细信息

铁素体含量测量方法主要包括化学图谱法、金相法和磁性法等,不同方法的测量结果存在显著差异且难以互相比较。为针对不同环境选取最优方法,分别采用图谱法、金相法和磁性法对E308L,ER308L奥氏体不锈钢熔敷金属的δ铁素体含量进行了测量,并重点基于金相法开展了δ铁素体三维形态对数据结果的影响研究。结果表明:三种方法测量结果存在一定差异,磁性法测量结果高于图谱法、金相法。δ铁素体的三维形态对金相法测量结果具有一定影响,相比较而言,熔敷金属横截面、纵截面δ铁素体含量数据波动较大,水平截面数据分散度较小,平均值差异不大。基于磁性法的δ铁素体含量数据整体波动较小。以上结果主要是因为奥氏体不锈钢熔敷金属中铁素体受熔敷金属结晶过程的影响较大,分布位置和形态不规则。磁性法测量结果为三维空间内δ铁素体与基体体积比,金相法测量结果为δ铁素体在多个不同二维平面上与基体所投影的面积比。磁性法较金相法从原理上具有空间和无损测量的优势,测量结果更为稳定,且便于实际工程操作中的应用。

关键词：奥氏体不锈钢 δ铁素体金相法图谱法磁性法

δ铁素体对12%Cr超超临界转子钢冲击性能的影响

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清华大学学报（自然科学版） 2008年第11期48卷 1887-1890页

作者：马力深钟约先马庆贤袁朝龙董岚枫清华大学机械工程系先进成形制造教育部重点实验室北京100084

高中压转子是超超临界火电机组的关键零部件，要求具有很高的高低温冲击性能，材料一般采用高铬（12％Cr）耐热合金钢。该文通过一系列实验，研究了12％Cr转子钢1Cr12W2NiMoVNbN钢组织中δ铁素体对室温冲击性能的影响。结果表明：δ铁... 详细信息

高中压转子是超超临界火电机组的关键零部件，要求具有很高的高低温冲击性能，材料一般采用高铬（12％Cr）耐热合金钢。该文通过一系列实验，研究了12％Cr转子钢1Cr12W2NiMoVNbN钢组织中δ铁素体对室温冲击性能的影响。结果表明：δ铁素体的存在会严重损害该钢的冲击性能，而奥氏体晶粒尺寸在一定范围内对其冲击性能影响不大；对已经出现的δ铁素体，可以用在900～1150℃温度区间长期保温的方法进行消除。研究结果对科学制定超超临界高中压转子钢热处理工艺具有参考价值。

关键词：转子 1Cr12W2NiMoVNbN 冲击性能 δ铁素体

202不锈钢焊缝铁素体含量机器学习预测方法研究与应用

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202不锈钢焊缝铁素体含量机器学习预测方法研究与应用

作者：高思达辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

奥氏体不锈钢焊缝的铁素体含量严重影响焊缝性能。为避免不利影响,需在施焊前设计焊接工艺并进行铁素体含量预测。然而,常见的预测方法如相组分图法存在预测精度低和元素覆盖范围狭窄等问题。针对特定焊接工艺和钢种牌号设计铁素体含量... 详细信息

奥氏体不锈钢焊缝的铁素体含量严重影响焊缝性能。为避免不利影响,需在施焊前设计焊接工艺并进行铁素体含量预测。然而,常见的预测方法如相组分图法存在预测精度低和元素覆盖范围狭窄等问题。针对特定焊接工艺和钢种牌号设计铁素体含量预测模型,能够显著提高预测准确性和泛化性。本研究依托材料信息学交叉学科优势,利用机器学习技术,针对202不锈钢钨极惰性气体保护焊(Gas Tungsten Arc Welding,GTAW)焊后焊缝数据,将焊接速度、保护气流量和焊接电流等参数作为特征,采用14种机器学习算法和Py Torch深度学习框架建立了奥氏体不锈钢焊缝铁素体含量(Ferrite Number,FN)的回归预测模型。分析了模型的特征重要性和可靠性,并构建了集数据管理与含量预测于一体的在线不锈钢FN预测系统。通过机器学习算法训练共得到7个在独立测试集上的决定系数(Coefficient of Determination,R)大于0.9高精度预测模型。其中,多层感知机(Multilayer Perceptron,MLP)模型在测试集上的R为0.956。并在此基础上分别从微观与宏观的角度完成单个焊缝样本残差分析与批量数据的预测误差分析,分析结果表明MLP模型预测值残差分布表现与预测误差拟合表现均优于其它机器学习模型。利用可解释机器学习框架(Interpretable Machine Learning,IML)对机器学习模型的可靠性与焊接参数的预测贡献进行分析。完成机器学习模型的特征重要性、全局重要性与决策过程可视化分析。分析结果表明,焊接速度与保护气流量对于机器学习FN值预测贡献最大,且随着焊接速度的加快,FN预测值减小。利用具有GPU加速的开源深度学习框架Py Torch对MLP模型进行重构。最终共得到9组高预测精度重构神经网络模型。其中指数线性单元(Exponential Linear Unit,ELU)模型表现较好。使用预测误差拟合与残差分析等方法跟踪数据集中离群值。经离群值处理后,ELU在独立测试集R为0.977,较MLP模型有明显提升,表明神经网络模型更适用于奥氏体焊缝FN值的回归预测。基于机器学习编程语言Python,建立了不锈钢焊缝铁素体含量预测系统。该系统包含焊缝数据管理和铁素体含量在线预测两个模块,并将焊接技术与机器学习整合为一站式的材料计算平台,实现了数据管理、数据挖掘、含量预测、本地建模训练以及数据可视化等操作。该论文有图49幅,表9个,参考文献138篇。

关键词： δ铁素体奥氏体不锈钢焊接参数机器学习材料数据库

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马氏体型耐热钢中δ铁素体固溶行为研究

马氏体型耐热钢中δ铁素体固溶行为研究

作者：张旭青岛大学

学位级别：硕士

超(超)临界技术是目前提高火力发电效率和能源利用率最具有发展潜力的发电技术,其中,耐热钢是超(超)临界机组的关键材料。9%～12%Cr马氏体型耐热钢因其具有良好的抗氧化性、强耐腐蚀性、高蠕变强度和良好的热参数等性能,被广泛地应用于... 详细信息

超(超)临界技术是目前提高火力发电效率和能源利用率最具有发展潜力的发电技术,其中,耐热钢是超(超)临界机组的关键材料。9%～12%Cr马氏体型耐热钢因其具有良好的抗氧化性、强耐腐蚀性、高蠕变强度和良好的热参数等性能,被广泛地应用于超(超)临界机组锅炉、汽轮机的制造以及航空、石油化工等领域。但是马氏体型耐热钢在生产过程中极易产生有害偏析组织δ铁素体,它的存在会对材料力学性能及耐蚀性能等产生不利影响,因此应予以消除。δ铁素体消除难度很大,δ铁素体是由凝固过程中合金成分偏析导致的,而偏析难以完全消除,对铸锭中已经出现的δ铁素体,除了长时间的高温加热外,很难通过常规热处理去除,马氏体型耐热钢中δ铁素体固溶速率很低,且马氏体型耐热钢中的δ铁素体存在随固溶时间延长进入“稳定状态”的现象,当固溶时间到达一定水平后δ铁素体固溶速率变得极低,使其更加难以消除,而长时间高温固溶会带来能源消耗、晶粒粗大、材料损耗等诸多不利影响,因此如何提高δ铁素体的固溶速率,缩短固溶时间,实现δ铁素体的快速消除是马氏体型耐热钢领域的重点与难点。本文以马氏体型耐热钢为研究对象,通过改变合金体系、循环热处理、微合金化等手段,对马氏体型耐热钢中δ铁素体固溶行为进行研究,并揭示δ铁素体固溶速率影响机理,为马氏体型耐热钢中δ铁素体的快速固溶奠定理论基础,并提出了提高马氏体型耐热钢中δ铁素体固溶速率的新技术。研究了Ni、Mo、Mn、Si、V等常规合金元素对马氏体型耐热钢中δ铁素体固溶行为的影响,并揭示了马氏体型耐热钢中δ铁素体固溶速率低的机理。实验结果表明,合金元素对实验钢δ铁素体的生成及其固溶速率均具有显著影响,其中Ni、Mo元素会显著促进实验钢铸态组织中δ铁素体的生成,Mn、Si、V的加入也会促进δ铁素体的生成,但影响相对较小。通过对比不同合金成分实验钢中δ铁素体固溶速率可知,Ni、Mo会显著降低δ铁素体固溶速率,Mn、Si、V元素的加入也会降低δ铁素体固溶速率,但影响相对较小。合金元素对δ铁素体固溶行为的影响是复杂耦合的,一方面合金元素本身的扩散速率抑制了δ铁素体的固溶,另一方面合金元素的加入导致铸态组织中偏析加重,使铸态组织中生成更多的δ铁素体,尤其是促进大尺寸δ铁素体的生成,这些大尺寸δ铁素体的存在是马氏体型耐热钢中δ铁素体综合固溶速率较低的主要原因。通过热处理实验研究了热处理工艺对马氏体型耐热钢中δ铁素体固溶行为的影响,揭示了δ铁素体固溶速率随固溶时间延长而下降的机理,提出了通过循环热处理提高δ铁素体固溶速率的新技术,并揭示了其中的作用机理。实验结果表明,δ铁素体的形态和分布位置对其固溶速率具有显著影响,单次加热工艺下,随着固溶时间的延长,奥氏体晶粒急剧长大,δ铁素体的分布位置由奥氏体晶界处向晶粒内部转变,δ铁素体形态由不规则形状向球状进行转变,δ铁素体比表面积迅速降低是导致其固溶速率下降的主要原因。循环热处理工艺下,随着固溶时间的延长,奥氏体晶粒始终处于较小尺寸状态,δ铁素体始终在奥氏体晶界处并保持不规则多边形状态,比表面积始终维持较高的状态,因此δ铁素体固溶速率下降较为缓慢,始终维持较高的固溶速率,这是循环热处理工艺能提高δ铁素体固溶速率的主要原因。研究了微合金元素Nb、Ti对马氏体型耐热钢中δ铁素体固溶行为及其力学性能的影响,提出了Nb、Ti微合金化提高δ铁素体固溶速率的新技术,并揭示了其中的作用机理。实验结果表明,Nb、Ti元素的添加一方面会促进铸态组织中δ铁素体的生成,但δ铁素体的形态相对较小,另一方面则会提高马氏体型耐热钢中δ铁素体的固溶速率。分析认为,Nb、Ti作为铁素体形成元素,加重了合金成分偏析,导致铸态组织中的δ铁素体增多。添加Nb、Ti元素后,实验钢中分别形成Nb C、Ti C析出相,钉扎晶界,抑制奥氏体晶粒长大,在加热过程中使更多的δ铁素体更长时间地维持在奥氏体晶界处呈不规则状,保持较大的比表面积,进而提高δ铁素体的固溶速率。此外,Nb微合金化后能显著细化奥氏体晶粒尺寸,形成小尺寸的Nb C析出相,产生析出强化及细晶强化作用,从而提高材料的强度和塑性,Ti微合金化后会形成大尺寸的Ti C,促进微裂纹的产生从而降低材料的塑性。

关键词：马氏体型耐热钢 δ铁素体固溶循环热处理微合金化

δ铁素体形成机制以及对马氏体耐热钢冲击功的影响

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钢铁 2013年第4期48卷 70-75页

作者：赵义瀚赵成志王健楠蒋辰宇袁玉平哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨150046

通过Thermo-Calc热力学软件计算、定量金相分析、冲击试验和SEM试验分析,研究了化学成分和正火温度对材料中δ铁素体含量的影响,并分析了δ铁素体的形成机制,以及含量和位置分布对材料冲击韧性的影响。结果表明:化学成分和正火温度对δ... 详细信息

通过Thermo-Calc热力学软件计算、定量金相分析、冲击试验和SEM试验分析,研究了化学成分和正火温度对材料中δ铁素体含量的影响,并分析了δ铁素体的形成机制,以及含量和位置分布对材料冲击韧性的影响。结果表明:化学成分和正火温度对δ铁素体含量影响显著,C+N含量增加能够显著降低材料中的δ铁素体含量;δ铁素体主要集中在原奥氏体晶界位置生成,显著降低材料的冲击功,并且在δ铁素体与马氏体基体界面位置会聚集大量富Nb碳化物,降低韧性的同时减少了MX相生成量。

关键词：正火温度 δ铁素体冲击功马氏体耐热钢