1、本文采用堿土金屬元素Ca、Mg與Nb、V、Ti等元素，按單個、兩個和三個氧化物形成元素系列復合微合金化，設計了抗拉強度490MPa級非調(diào)質(zhì)大線能量焊接低合金高強度鋼。系統(tǒng)研究了試驗鋼母材及30kj/cm、60kj/cm、100kj/cm不同線能量焊接熱模擬熱影響區(qū)（HAZ）力學性能、夾雜物形態(tài)分布及微觀組織特征等。結(jié)果表明： 試驗鋼母材力學性能達到設計要求，對于提高材料的強韌性而言，以Nb配合Ca、Mg、Ca-Mg和Ti-Ca-

2、Mg復合微合金化要優(yōu)于以V、Nb-V配合Ca、Mg、Ca-Mg和Ti-Ca-Mg復合微合金化。試驗鋼均可承受100kJ/cm大線能量焊接，表明選用的氧化物形成元素中除傳統(tǒng)的Ti之外，堿土金屬元素Ca、Mg可改善大線能量焊接HAZ強韌性。采用Ti-Ca-Mg三種氧化物形成元素微合金化比單獨采用Ti、Ca或Mg單個氧化物形成元素以及Ti-Ca、Ti-Mg、Ca-Mg兩個氧化物形成元素微合金化對提高100kJ/cm大線能量HAZ強韌性更為有利

3、。 試驗鋼母材組織為內(nèi)部存在亞結(jié)構(gòu)的鐵素體+少量珠光體組織，隨焊接線能量增大，HAZ組織按貝氏體（或貝氏體+少量IAF）→少量貝氏體+IAF→晶界鐵素體+IAF組織變化。試驗鋼母材與不同線能量焊接HAZ沖擊斷口掃描電鏡及透射電鏡復合析出物成分能譜分析結(jié)果與相應的微合金化系列一致。Ca系、Mg系、Ca-Mg系和Ti-Ca-Mg系試驗鋼與Ti系試驗鋼相比潔凈度指數(shù)明顯降低，其中Ti-Ca-Mg系試驗鋼潔凈度指數(shù)最小，潔凈度最高，且T

4、i-Ca-Mg系試驗鋼夾雜物的平均粒徑最小。Ca、Mg微合金化對夾雜球化變性作用較顯著，Ti-Ca-Mg微合金化對夾雜物球化效果最好。堿土金屬元素Ca、Mg以復合氧化物的形式出現(xiàn)，且大多數(shù)復合析出物都富含Mn和S。IAF以含Ca、Mg的尺寸為500nm～3μm的非金屬氧化物夾雜為核心形核生成。不同微合金化系列有效的IAF形核核心數(shù)量不同，導致HAZ組織中IAF體積分數(shù)和HAZ強韌性相應發(fā)生變化。IAF形核核心較多的微合金化系列，其IAF

5、體積分數(shù)較高，且IAF相對比較細小，IAF數(shù)量的增多可抑制品界鐵素體的長大和粗化。HAZ組織中IAF相對數(shù)量及晶界鐵素體的形態(tài)是影響HAZ強韌性的決定性因素。 基于Ca、Mg對鋼質(zhì)的凈化作用和夾雜物變性特性，一方面可提高母材強韌性，另一方面，可使HAZ獲得小尺度表面含MnS的析出物，促進IAF形核，提高HAZ強韌性。而Ti與堿土金屬元素Ca、Mg或Ca-Mg的復合微合金化，可促進MnS在堿土金屬Ca、Mg及Ca-Mg鋼復合析出物

6、表面的析出，又增強了析出物對IAF的形核能力，進一步提高了HAZ強韌性。HAZ不同析出物的IAF形核能力按Ca（O，S）-MnS或Mg（O，S）-MnS、氧化鈦-MnS或CaMg（O，S）-MnS、TiCa（O，S）-MnS或TiMg（O，S）-MnS、TiCaMg（O，S）-MnS的順序增大。 堿土金屬Ca、Mg微合金化鋼HAZ中IAF形核機制包括兩個方面：一方面，在HAZ析出物表面均不同程度存在MnS，該MnS可通過適當提高

7、復合析出物與鐵素體之間的晶格匹配度和適當降低復合析出物與奧氏體的平均熱膨脹系數(shù)差異，抑制高溫下先共析鐵素體的生成，提高IAF形核能力和體積分數(shù)；另一方面，HAZ中的一定量的尺寸為500nm～3μm的復合析出物，可提高其周圍的應變能，增大IAF相變驅(qū)動力。不同微合金化系列占主導地位的IAF形核機制不盡相同。 試驗優(yōu)化出新鋼種的化學成分，并結(jié)合某鋼鐵企業(yè)設備及工藝流程狀況，提出了新鋼種合理的內(nèi)控冶煉化學成分范圍及控制軋制生產(chǎn)工藝，結(jié)