D0L:10.13374/5.issn1001-053x.2012.02.005 第34卷第2期 北京科技大学学报 Vol.34 No.2 2012年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2012 锆对含钛F40级船板钢粗晶热影响区低温韧性的影响 武会宾侯敏四 梁国俐唐荻 北京科技大学治金工程研究院，北京100083 ☒通信作者，E-mail::1986 houmin(@163.com 摘要在Gleeble3500热模拟试验机上，针对添加质量分数0.01%的锆与未添加锆的两种成分的F40级船板钢，分别进行 了不同相变冷却时间T;下的焊接热模拟试验。结果表明，微量锆的加入，使含钛F40钢耐大热输入焊接性能大幅提高，T5 提高至100s时，-60℃冲击功可达238J.利用热力学计算并结合扫描电镜观察含锆的F40钢板粗晶热影响区组织发现，随着 T的增大，伴随着原有含锆复合夹杂物尺寸形态的变化，有利于诱导针状铁素体形核的尺寸为1~3um的锆一钛复合夹杂物 数量呈非单调减少趋势，导致粗晶热影响区冲击韧性随Ts增大呈现一定的规律性 关键词造船材料：钢板：热影响区；低温性能：韧性：锆：针状铁素体 分类号TG113.26*3 Effect of zirconium on the low-temperature toughness of CGHAZ in F40 ship plates containing titanium WUhi-Bim,HOU Min☒，LIANG Guo--i,TANG DE Engineering Research Institute,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:1986houmin@163.com ABSTRACT Weld thermal simulation experiments of F40 ship plates with 0.01%zirconium or not under different phase-change cooling time Tss were conducted on a Gleeble3500 thermal simulation test machine.The results show that the anti-large heat input welding performance is improved significantly for F40 ship plates containing titanium by adding trace amounts of zirconium,and the im- pact energy reachs 238 J at-60C when Ts/s is 100s.The microstructure of the coarse grain heat affected zone (CGHAZ)in the F40 ship plates was studied by thermodynamic calculations and scanning electron microscopy.It is indicated that the size and mophyloy of original complex inclusions containing zirconium change with increasing Ts.Therefore the number of the inclusions of 1 to3 um inclu- ding zirconium which contribute to acicular ferrite nucleation non-monotonically decreases,leading to the toughness fluctuation of the CGHAZ with the welding heat input increasing. KEY WORDS shipbuilding materials;plates;heat affected zone;low-temperature properties;toughness:zirconium;acicular ferrite 近些年来，我国船舶工业国际市场份额迅速上 率，均配备了相关大热输入焊接设备，而几乎所有要 升，尤其是国际金融危机后，我国的国际造船市场份 求大热输入焊接的船板均要从日本、韩国进口， 额不降反增.从2010年起，我国船舶工业在总量上 可焊性尤其是耐大热输入焊接性已成为制约国内船 已成为世界第一，但是在科技水平和综合实力等方 板发展的瓶颈.近年来，氧化物治金技术被应用在 面与发达国家仍有不小的差距，还不是造船强国. 改善钢的焊接性能上，即利用钢中细小非金属夹杂 就船板钢生产领域来说，目前国内钢厂生产的高强物诱导晶内针状铁素体的形核，从而提高大热输入 船板钢倾向于关注钢的强度、韧性以及合金设计成焊接下热影响区(heat affected zone,HAZ性能.目 本等，而耐大热输入焊接性也是船体建造关注的重 前有关T的氧化物可以促进针状铁素体形核方面 要性能.当前国内大型造船厂为了提高生产效 已得到认可31.与一样，锆元素在周期表中也 收稿日期：201108-12 基金项目：“十一五”国家科技支撑计划炼钢-轧钢综合节能与环保技术项目(20O6BA03A06)第 34 卷 第 2 期 2012 年 2 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 2 Feb． 2012 锆对含钛 F40 级船板钢粗晶热影响区低温韧性的影响 武会宾 侯 敏 梁国俐 唐 荻 北京科技大学冶金工程研究院，北京 100083 通信作者，E-mail: 1986houmin@ 163． com 摘 要 在 Gleeble3500 热模拟试验机上，针对添加质量分数 0. 01% 的锆与未添加锆的两种成分的 F40 级船板钢，分别进行 了不同相变冷却时间 T8 /5下的焊接热模拟试验． 结果表明，微量锆的加入，使含钛 F40 钢耐大热输入焊接性能大幅提高，T8 /5 提高至 100 s 时，－ 60 ℃冲击功可达238 J． 利用热力学计算并结合扫描电镜观察含锆的 F40 钢板粗晶热影响区组织发现，随着 T8 /5的增大，伴随着原有含锆复合夹杂物尺寸形态的变化，有利于诱导针状铁素体形核的尺寸为 1 ～ 3 μm 的锆--钛复合夹杂物 数量呈非单调减少趋势，导致粗晶热影响区冲击韧性随 T8 /5增大呈现一定的规律性． 关键词 造船材料; 钢板; 热影响区; 低温性能; 韧性; 锆; 针状铁素体 分类号 TG113. 26 + 3 Effect of zirconium on the low-temperature toughness of CGHAZ in F40 ship plates containing titanium WU Hui-Bin，HOU Min ，LIANG Guo-li，TANG Di Engineering Research Institute，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: 1986houmin@ 163． com ABSTRACT Weld thermal simulation experiments of F40 ship plates with 0． 01% zirconium or not under different phase-change cooling time T8 /5 were conducted on a Gleeble3500 thermal simulation test machine． The results show that the anti-large heat input welding performance is improved significantly for F40 ship plates containing titanium by adding trace amounts of zirconium，and the im￾pact energy reachs 238 J at － 60 ℃ when T8 /5 is 100 s． The microstructure of the coarse grain heat affected zone ( CGHAZ) in the F40 ship plates was studied by thermodynamic calculations and scanning electron microscopy． It is indicated that the size and mophyloy of original complex inclusions containing zirconium change with increasing T8 /5 ． Therefore the number of the inclusions of 1 to 3 μm inclu￾ding zirconium which contribute to acicular ferrite nucleation non-monotonically decreases，leading to the toughness fluctuation of the CGHAZ with the welding heat input increasing． KEY WORDS shipbuilding materials; plates; heat affected zone; low-temperature properties; toughness; zirconium; acicular ferrite 收稿日期: 2011--08--12 基金项目: “十一五”国家科技支撑计划炼钢--轧钢综合节能与环保技术项目( 2006BAE03A06) 近些年来，我国船舶工业国际市场份额迅速上 升，尤其是国际金融危机后，我国的国际造船市场份 额不降反增． 从 2010 年起，我国船舶工业在总量上 已成为世界第一，但是在科技水平和综合实力等方 面与发达国家仍有不小的差距，还不是造船强国． 就船板钢生产领域来说，目前国内钢厂生产的高强 船板钢倾向于关注钢的强度、韧性以及合金设计成 本等，而耐大热输入焊接性也是船体建造关注的重 要性能［1］． 当前国内大型造船厂为了提高生产效 率，均配备了相关大热输入焊接设备，而几乎所有要 求大热输入焊接的船板均要从日本、韩国进口［2］， 可焊性尤其是耐大热输入焊接性已成为制约国内船 板发展的瓶颈． 近年来，氧化物冶金技术被应用在 改善钢的焊接性能上，即利用钢中细小非金属夹杂 物诱导晶内针状铁素体的形核，从而提高大热输入 焊接下热影响区( heat affected zone，HAZ) 性能． 目 前有关 Ti 的氧化物可以促进针状铁素体形核方面 已得到认可［3--5］． 与 Ti 一样，锆元素在周期表中也 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.005