外文翻譯--低合金鋼焊縫的硬化裂紋（英文是圖片）

1、<p><b>　　英文原文</b></p><p><b>　　中文翻譯</b></p><p>　　低合金鋼焊縫的硬化裂紋</p><p>　　關(guān)鍵詞:低碳鋼、焊接、熱裂紋、合金效應(yīng),凝固模式</p><p><b>　　介紹</b></p><

2、;p>　　硬化裂紋在低碳高強(qiáng)鋼的焊接中一直是一個(gè)問題，因?yàn)檫@樣的問題這些裂紋會(huì)導(dǎo)致突然性的斷裂，突然失效。這些裂紋在焊接過程中也可以在整個(gè)焊縫導(dǎo)致氫至裂紋。大多數(shù)人認(rèn)為，熱裂紋的產(chǎn)生是由于在凝固末期低熔點(diǎn)共晶成分的熔化導(dǎo)致的雜質(zhì)和合金元素的分離，這些又進(jìn)一步導(dǎo)致當(dāng)焊縫在手表面拉應(yīng)力的作用是發(fā)生開裂，因此需要結(jié)合熱裂紋的冶金和機(jī)械性能的綜合條件。涉及的力學(xué)條件等因素包括限制焊接接頭、焊縫金屬的體積和形狀因子熔融焊縫成形,而冶金條件包

3、括合成物和導(dǎo)致元素偏析的條件,如融滴中的熱傳導(dǎo)方向和晶粒取向。</p><p>　　硬化裂紋的問題在高強(qiáng)鋼和低合金鋼中已經(jīng)被觀察和研究很多年了，現(xiàn)在主要?dú)w咎于雜質(zhì)（尤其是S），盡管像C和Ni這樣的合金元素有非同尋常的貢獻(xiàn)。隨著煉鋼行業(yè)的發(fā)展，S在鋼中的含量大大被降低，結(jié)構(gòu)鋼中的典型S含量也在百萬分之幾十左右。同時(shí)這也降低了可焊鋼中的C含量和焊縫金屬中的C含量，這樣的話，就可以提高材料的韌性。隨著焊接行業(yè)的機(jī)械化發(fā)

4、展，越來越需要更高的焊接速度，能達(dá)到更高的生產(chǎn)效率。焊縫的凝固裂紋過去在高能量輸入的焊接過程中被發(fā)現(xiàn)，這也開始在結(jié)構(gòu)鋼的電弧焊過程中顯示出來。在這些雜質(zhì)含量低的被焊件中的裂紋出現(xiàn)被歸咎為C何Ni的分離。很有趣的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)是大多數(shù)的出現(xiàn)在低碳鋼和低合金鋼中的裂紋會(huì)在C或合金含量增加的時(shí)候消失。在工業(yè)管材的焊接中發(fā)現(xiàn)，裂紋出現(xiàn)在C含量在0.06—0.1%的鋼中較多，在其他C含量較多或較少的鋼種出現(xiàn)較少。焊接裂紋也和焊縫中心在熔池凝固時(shí)形成

5、的晶界有關(guān)。裂紋還歸咎于附加收縮應(yīng)力有關(guān)，主要發(fā)生在凝固去前沿。這正和人們認(rèn)為的隨著合金的含量增加開裂傾向增加的觀點(diǎn)形成的對比。</p><p>　　裂紋在實(shí)際鋼材焊縫中的行為是很復(fù)雜的，它受到不同因素的影響：凝固方式，還原劑例如Ti和Si，雜質(zhì)的存在，焊接速度，晶粒取向。在埋弧焊中，熱裂紋唄發(fā)現(xiàn)和焊劑的本質(zhì)，氧的含量以及焊接參數(shù)。在鎢極氬弧和氣保焊中，較低的氧降低了裂紋傾向，然而其他的元素像C Ni S P變的

6、更重要。在管道焊接中用到的纖維型焊條電弧焊中氧含量低于埋弧焊中的。</p><p>　　人們普遍認(rèn)為適用于不銹鋼的凝固裂紋模式對其他的鋼也適用，在低合金鋼中普遍認(rèn)為S P的減少對單相凝固是有益的。Hirabayashi發(fā)現(xiàn)合金,通過peritectic反應(yīng)區(qū),特別是與Ni.3.5%,或C 0.16%,比單相合金顯示出更高的開裂傾向。因此在低碳鋼焊縫中有更高的開裂傾向。最近,凝固裂紋模型等低C鋼焊縫使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

7、模型。他們的模型預(yù)測高開裂范圍為0。15% C,并指出了05% C是容易受到影響。沒有解釋對應(yīng)于在較低的裂紋敏感性高組成制度。上述觀點(diǎn)表明，高裂紋傾向是在低碳鋼活含C量在低于0.1%的鋼中觀察到的，而沒有得到充分的機(jī)制調(diào)查。本研究的主要目的是調(diào)查意外高的機(jī)制低C結(jié)構(gòu)鋼的凝固開裂傾向焊縫金屬使用varestraint測試。為了揭示成分的影響，純鐵模型合金中獲得各種比例的C ，鎳和B和在這項(xiàng)研究中使用。在AISI 1018鋼和304不銹鋼進(jìn)

8、行了測試與模型合金比較。一個(gè)工作的第二個(gè)目標(biāo)是得出一個(gè)組成之間的定量關(guān)系和打擊使用產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。在工作的過程中，人們發(fā)現(xiàn)有必要評估相對適宜性的縱向和transvar的，焊接凝固裂紋的的測試estraint模式。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)過程</b></p><p><b>　　材料</b></p><p>　　在這項(xiàng)

9、研究中所用的材料組成如表1所示。三組模型高純度合金，鐵，鐵，鎳和鐵硼系列。這些合金熔化，并在Ar氣氛中投為64毫米直徑的棒。加工成305651612.7毫米varestraint試樣。有幾個(gè)通過控制制備的Fe-C -Ni合金焊接添加高純度鎳箔Fe-C合金板，在目前的60-70一個(gè)，這是焊接隨后重熔在較高的電流測試。這些修改后的焊縫成分如表2所示，其中還包含一個(gè)熱的Fe-C -鎳（ ＃ 9857 ）元寶的形式。隨后熱裂試驗(yàn)進(jìn)行到這些修改后

10、的焊縫金屬中來。對化工標(biāo)本進(jìn)行了分析，通過光學(xué)發(fā)射光譜為錠標(biāo)本投料和實(shí)際焊縫修改了焊縫金屬。由于焊縫沉積autogenously ，焊縫金屬成分的假設(shè)是賤金屬不變。此外模型合金，采用AISI / SAE的1018與結(jié)構(gòu)鋼和304不銹鋼，F(xiàn)凝固模式（ 8 ，F(xiàn)N）和相同的一些鎳進(jìn)行比較。</p><p><b>　　凝固開裂試驗(yàn)</b></p><p>　　凝固裂紋敏感

11、性測試使用根據(jù)美國焊接學(xué)會(huì)可調(diào)應(yīng)變實(shí)驗(yàn)測試B4.0M:2000 。測試進(jìn)行了4％的應(yīng)變水平。焊接級氬被用來作為保護(hù)氣體。此外，尾隨盾被用來最大限度地減少焊接熔池的氧化。其他測試條件如表3所示。電極制備大大影響了流體在熔池的流動(dòng)?，F(xiàn)磨電極表現(xiàn)出與電極的軸線平行的磨痕生產(chǎn)最穩(wěn)定的幾何圖形的焊縫形態(tài)。用更少比完美的尖端準(zhǔn)備，焊縫展出焊縫寬度的變化，地下孔隙率和深孔間斷。增強(qiáng)的熔池中流體的敏感性的電極條件可能是由于沒有表面活性在可觀的濃度元素，

12、如被焊金屬中的S或O。</p><p>　　由于一些材料展示出非常低的裂紋敏感性，這就非常有必要采用estraint 測試。對于這個(gè)測試，焊接方向改變是在90U應(yīng)變軸和運(yùn)行相同的材料標(biāo)簽同時(shí)重視穩(wěn)定熱。</p><p><b>　　結(jié)果與討論</b></p><p>　　凝固裂紋應(yīng)歸咎于C Ni B等元素。合金鋼被焊材料模型的縱向varestr

13、aint測試結(jié)果在圖1-3所示。C對4 ％應(yīng)變凝固裂紋的總長度（TCL）的影響如圖1。在對純鐵的實(shí)驗(yàn)中沒有發(fā)現(xiàn)裂紋。此外，在C含量低于0.05%時(shí)候，裂紋傾向也是很低的。當(dāng)C含量在0.1%是凝固裂紋出現(xiàn)了很明顯的峰值（4mm），在含C量增加到0.23%之前裂紋又會(huì)減小到一個(gè)較小的值（2mm）。當(dāng)Ni的含量低于1%的時(shí)候隨其含量增加沒有發(fā)現(xiàn)有開裂傾向，當(dāng)Ni含量超過1%時(shí)，裂紋傾向會(huì)像表2所示那樣單調(diào)上升。最大的Y方向4.3mm的裂紋出現(xiàn)

14、在所焊接的金屬Ni含量在5%的時(shí)候。硼對鐵的凝固影響如表3所示。在兩種材料的研究發(fā)現(xiàn)硼含量較多的（0.0144%）比含量較少的（0.0103%）開裂傾向大。很明顯，極小量的硼都會(huì)是裂紋傾向增加。從上述結(jié)果可以看出C和B對裂紋傾向有很大的影響，而且是非線性的，它們的影響不能通過線性的或者成比列的關(guān)系來進(jìn)行描述。C對凝固裂紋的影響比B和Ni更加從綜復(fù)雜。 </p><p>　　合金焊接件模型包含C和Ni兩種元素，用來

15、研究這些元素對裂紋的交互性的影響。為了驗(yàn)證最大裂縫距離作為衡量脆性溫度范圍的BTR ， transvarestraint對不同C含量的合金進(jìn)行了測試。一個(gè)比較的最大裂紋長度（韌帶）焊縫中心線從的transvarestraint測試和MCD從縱向測試如圖 4。這是顯而易見的MCD的之間有密切的對應(yīng)關(guān)系和MCL ，雖然MCD大多數(shù)情況下是始終低于韌性帶的。</p><p>　　調(diào)查了C和Ni對凝固裂紋的影響后，一系列

16、的改良的焊縫是通過向含C量為0.1%的鋼中加入2-5%的Ni，來實(shí)現(xiàn)的，裂紋的數(shù)據(jù)在圖表5中所示。圖 5，來自D / DZC / C相領(lǐng)域的界限Fe-Ni合金相圖也顯示。使用NI等價(jià)的，數(shù)據(jù)的Fe - C ， Fe-Ni合金和Fe -C鎳合金已被證明在相同的數(shù)字。在鐵鎳合金，開裂與Ni含量的增加在單相鐵素體不銹鋼凝固模式，并顯示一個(gè)高峰在包晶域Y5 ％鎳。在Fe -C合金顯示在開裂和y0.05 ％ ， 0.1 ％的兩個(gè)高峰鐵素體主要模式

17、，在這之后的開裂降低進(jìn)入包晶模式和顯著從那時(shí)起增加奧氏體模式凝固。除了鎳鐵0.1C合金的變化通過鐵素體不銹鋼凝固模式包晶奧氏體，減少開裂。然而，開裂是沒有顯著減少，直到模式變?yōu)橥耆珚W氏體（ .6.2 Nieq ） 。</p><p>　　偏析和凝固裂紋：凝固的作用模式</p><p>　　鞏固第一的凝固模式，即是否C或D從液體，是由合金的內(nèi)容為C ，鎳和錳等元素。凝固開裂傾向?qū)⒎至鞯挠绊戇@

18、些元素，此外，雜質(zhì)，如S ，P。在不銹鋼中， 25的凝固模式通常簡稱為F ，如果鐵氧體（四）鞏固第一從液體或奧氏體（三）鞏固第一。包晶凝固的地方，從液態(tài)鐵素體形成第一，由奧氏體其次，這被稱為作為足協(xié)模式。鎳當(dāng)量的概念是非常有用的在審議的凝固模式鐵 - 鎳-C系統(tǒng)。</p><p>　　一項(xiàng)關(guān)于Fe-Ni相圖和Fe-C相圖的研究發(fā)現(xiàn)這兩種元素對奧氏體和鐵素體有相似的影響。在Fe-C合金中C低于0.1%和Fe-Ni合

19、金中Ni低于3.4%時(shí)能發(fā)生單相的凝固。當(dāng)C在0.1%到0.53%和Ni在3.4%到6.2%時(shí)開始有包晶反應(yīng)發(fā)生從D相和液態(tài)金屬中析出C。當(dāng)C和Ni分別超過0.53%和6.2%時(shí)會(huì)發(fā)生單相C的凝固。雖然一個(gè)恒定值檢驗(yàn)鎳相當(dāng)于已找到合適的對于某些類別的變量等效鎳鋼，這是很有必要的，因?yàn)閷i/ C比值對應(yīng)在Fe -C和Fe-Ni合金系統(tǒng)的對應(yīng)點(diǎn)變化從y37.7。這大概是為什么已找到合適的不銹鋼，在WRC -92的0.1 ％，27公式，而結(jié)

20、構(gòu)鋼中C是通常范圍在0.15-0.25之間的22 ％ ，系數(shù)和28日已used.7 - 9，12??鎳的概念相當(dāng)于沒有經(jīng)過嚴(yán)格的審查之前，尤其是與鋼方面。然而，如前所述，查看了廣泛的變化后，發(fā)現(xiàn)在鋼的C含量（ 0.1-0.4 ％ ）和C非線性相位的影響穩(wěn)定，鎳當(dāng)量為C常數(shù)因子公式似乎并不適用。此外，相比于鉻和鎳不銹鋼鋼C是目前在0.02-0.15 ％的范圍有限，其凝固模式的影響不顯著。</p><p>　　Fe–

21、C, Fe–Ni 和Fe–C–Ni合金模型的研究結(jié)果已經(jīng)根據(jù)一些Ni當(dāng)量提出并且列在了圖表6里。使用一個(gè)三次函數(shù)來描述C在包晶反應(yīng)中不變點(diǎn)的變異系數(shù)。在C含量低于0.09%時(shí)，比較圖表5和6，可以發(fā)現(xiàn)Fe-C合金的凝固可以正確的在表6中預(yù)測出來。為了很好的解釋凝固裂紋研究結(jié)果，很有必要考慮凝固模型對分離和凝固裂紋的影響。主要的分配系數(shù)涉及的元素表4所示，它可以從F模式，低的分配系數(shù)的C，S和P會(huì)導(dǎo)致因?yàn)樗麄兊母吡呀飧綦x。然而，為了良好的

22、要求非常低的機(jī)械性能和清潔處理，S和P水平在商業(yè)實(shí)踐中是常用的。因此,在高強(qiáng)度鋼焊縫中碳和鎳是導(dǎo)致開裂的主要因素;這兩種元素在F模型中S、P的影響要比A中小很多。較高的合金導(dǎo)致一個(gè)模式固化、C、尤其是鎳segrega -提出的貢獻(xiàn)而降低S、P和B,甚至當(dāng)他們出現(xiàn)在非常少量即可。因此,溶質(zhì)元素的偏析其變化與凝固模式可以解釋的Fe-Ni合金裂紋的變化和不同程度的變化在Fe-Ni-C合金。 然而,裂縫的峰值超低C的范圍及鄰近地區(qū)的0.1% C

23、是沒有意義的。同時(shí),對于等效合金含量,0.23%和0.3% C合金鐵也Fe-5Ni合金具有更開裂比Fe-C-Ni合</p><p>　　力學(xué)性能對凝固裂紋的影響</p><p>　　考慮到焊接凝固和鑄造時(shí)的凝固的特點(diǎn)相似性，有必要了解在鑄造低碳鋼時(shí)的經(jīng)驗(yàn)，研究指出凝固裂紋很可能和低碳鋼的全連鑄件的收縮應(yīng)力和機(jī)械性能有關(guān)，據(jù)此松宮等使用凝固的熔融水坑模擬彎曲試驗(yàn)來引起開裂做過實(shí)驗(yàn)。在此開裂的

24、臨界應(yīng)變工作表明0.1 ％C是最低值，這表明在此裂紋敏感性較高。這些結(jié)果，連同本構(gòu)上述數(shù)據(jù)模型，韓元等表明，0.08-0.12 ％C處的成分其實(shí)是少電阻TANT比， 0.08 ％C處的開裂或.0.14 ％ C. 計(jì)算 C的含量范圍為以及固態(tài)收縮的程度，由于剛果（金）作為凝固的功能變化的改造范圍。改造收縮是由于晶格畸變所造成的高達(dá)0.1 ％C的失蹤。對于凝固范圍25 50uC ，在收縮的高峰期發(fā)生在范圍0.1-0.15 ％ ，而凝固范圍的

25、100uC范圍轉(zhuǎn)移到0.05-0.09 ％C。根據(jù)Kim等人最近的計(jì)算， C的含量范圍固態(tài)收縮發(fā)生下降，增加溶質(zhì)內(nèi)容，S在這種情況下，從0.013-0.078 ％ 也會(huì)發(fā)生類似的情況。這些研究與固態(tài)收縮的高峰期在連鑄中心線開裂。平衡凝固范圍， D-C轉(zhuǎn)化，TION溫度所用的Fe-C合金和BTR這項(xiàng)研究是在表5所示。對于C含量高達(dá)0.03％ ，以及固</p><p>　　焊接工藝參數(shù)對凝固裂紋的影響</p&g

26、t;<p>　　晶界中心線被認(rèn)為是促進(jìn)熱裂紋傾向的一個(gè)因素，裂紋一般會(huì)在焊縫的中心線處形成，這是由于焊接中心處的晶界中心線的形成。這種情況發(fā)生在高的熱量輸入和高的焊接速度時(shí)，這時(shí)固態(tài)的增長受到限制，熔池凝固后沿存在大量的熱。焊接速度是有關(guān)晶體增長率關(guān)系vc5Vcosh ，其中VC是晶體的生長速度， V的焊接速度和H角之間的正常增長的正面和焊接方向。最近的數(shù)值和實(shí)驗(yàn)Hunziker等al.35精神的工作已經(jīng)表明，熱輸入的影響

27、比焊接速度的影響要到一些。不過,它必須是提到焊接過程涉及金屬沉積、焊接速度和電流是耦合的為了維護(hù)的熔化速度的速度增加時(shí)的消費(fèi)品。</p><p>　　研究指出凝固裂紋在較高的焊接速度時(shí)更容易發(fā)生。焊接速度和熱輸入在電弧焊和氣保焊中都影響晶界中心線的形成，較高的焊接速度促使裂紋產(chǎn)生。在由Yurioka調(diào)查組調(diào)查的那些諸如商業(yè)焊縫金屬，像P和S雜質(zhì)沿C和Ni焊縫中心線分隔可能降低BTR充分的固體狀態(tài)轉(zhuǎn)換發(fā)生。BTR程

28、度的降低取決于合金添加的數(shù)量。這種機(jī)制將解釋為什么在Yurioka等工作中，合金開裂，由于發(fā)生收縮效應(yīng)，和低碳鋼中Ni的添加。</p><p><b>　　概要</b></p><p>　　純鐵中分別加入C、Ni和同時(shí)加入C和Ni以及加入B等元素的合金模型中的凝固裂紋行為被進(jìn)行了大量的研究。與不銹鋼相比鋼，鐵素體不銹鋼凝固模式不利于鋼焊縫金屬中的雜質(zhì)低的水平，在Ni當(dāng)

29、量大于4的Fe–Ni, Fe–B 和Fe–C–Ni合金中的凝固裂紋在個(gè)元素分離開的情況下是可以進(jìn)行解釋的。Fe—C合金的研究展示出了裂紋的復(fù)雜性，在超低碳鋼中比如C含量在0.03%到0.05%，此時(shí)裂紋出現(xiàn)較少。含碳量在0.09%到0.11%的鋼中的凝固裂紋的出現(xiàn)可以通過增加收縮壓力的方法來去除，因?yàn)檫@樣會(huì)使其脆性溫度范圍改變。經(jīng)驗(yàn)指出連續(xù)澆注成型的低碳鋼件很適合用于焊接。在超低碳鋼中的某一個(gè)含碳量范圍的鋼容易出現(xiàn)裂紋的原因還不清楚。這

30、是與平時(shí)相比協(xié)會(huì)和偏析問題低熔點(diǎn)共晶的形成，特別是在不銹鋼和鎳合金中在比較商業(yè)AISI 1018鋼和完全奧氏體304不銹鋼，合金調(diào)查展出的模型開裂的傾向要低得多。然而，裂紋的敏感性隨晶界的中心線出現(xiàn)而增加，尤其是鐵素體鋼的凝固模型。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　對含有C、Ni、B元素的合金鋼的凝固裂紋的研究結(jié)果表述如下：</p&

31、gt;<p>　　1、在碳含量小于0.3的鋼的模型中表現(xiàn)出了凝固裂紋的復(fù)雜性，但卻不能單一的通過元素偏析來解釋，然而在Fe—Ni和Fe—B的合金中的裂紋性是和溶質(zhì)偏析有一定關(guān)系的。</p><p>　　2、在Fe—C合金中的裂紋，會(huì)在兩個(gè)C含量范圍內(nèi)出現(xiàn)較多，一個(gè)是C在0.03-0.05%中，另一個(gè)是C含量在接近去0.1%的范圍。較高范圍產(chǎn)生的裂紋與在凝固過程中的脆性溫度的轉(zhuǎn)變所導(dǎo)致的收縮應(yīng)變有關(guān)。

32、較低范圍產(chǎn)生的裂紋卻不能歸咎于溶質(zhì)偏析也不能歸咎于固態(tài)的收縮機(jī)制。</p><p>　　3、Ni元素的添加會(huì)減少或消除凝固裂紋的原因是。低合金鋼在焊接時(shí)因?yàn)榈腘i的添加會(huì)產(chǎn)生奧氏體而且鐵素體和液體會(huì)發(fā)生包晶反應(yīng)。Fe–0.1C–Ni合金表現(xiàn)出較好的高溫機(jī)械性能，而且有較好的抗裂性。一個(gè)C相當(dāng)于Ni的可變因素被發(fā)現(xiàn)可以更好地代表Fe- C和的Fe-C -Ni合金的相位關(guān)系。</p><p>