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添加硼(B)对钢的影响

发表时间:2018-07-01

高强度低合金钢既可以用于摩天大楼和大跨度桥梁,也可以用于管线管、超大型船只、近海岸压力容器等。然而,为了制造这些设备,要求所使用的低合金钢需同时满足高的强度和冲击韧性以及良好的焊接性能。运用TMCP,硼元素可以用来代替碳和其他合金元素来增强强度,即使加入少量的硼(100ppm以下)也能够影响钢的微观结构和机械性能。由于微量硼的控制和检测技术的发展,在钢中加入硼元素开始受到重视。
  
硼可以通过晶界偏聚增强钢的淬透性,还可以在晶界析出或者影响碳化物和其他析出物的析出速率。实验证明,硼的偏析最初是增加的,然后随着热输入的增加而减小。
  
众所周知,即使作为合金元素的硼的少量添加也可以通过偏析增加钢的淬透性。尽管硼含量非常低,但在非?;郝睦淙此俾侍跫?,如2℃/s和1℃/s,马氏体可以形成。
焊接热输入是各种焊接参数中非常重要的因素,因为热循环,如焊接过程中的加热和冷却速度,都由热输入决定。因此,焊接的微观结构和机械性能可以受到热输入的极大影响。此外,热输入可以影响硼偏析,因为硼偏析行为由热循环决定。不管外部应力如何,晶界处的硼偏析水平最初增加,然后随着热输入的增加而减小。这意味着最高水平的硼偏析可能发生在中间热输入处,即存在临界热输入。
 
研究认为,这样的结果是由于硼在非平衡晶界偏析之后随着在高温下暴露时间的增加而反向扩散导致的?;痪浠八?,非平衡偏析最初可能发生在低热输入处。然后随着冷却速率的降低和高温下暴露时间的增加,空位硼络合物的扩散时间增加可以提高硼偏析的水平。最后,由于临界热输入后硼浓度的差异,偏析的硼原子可以从晶界扩散到晶粒内部。
  
根据以往的研究,硼可以有效地抑制铁素体相的形成。淬透性只能受到硼晶界偏析的影响。随着硼的添加,淬透性增加,并且基于铁素体结构的粒状贝氏体相被有效地抑制。因此,尽管在缓慢的冷却速率,如5℃/s和2℃/s条件下冷却,但在较低温度下仍主要观察到马氏体和贝氏体铁素体之类硬度更高的相。
  
由于添加硼而引起的机械性能演变的研究主要是通过考虑微观结构关系进行的。一些研究人员也研究了由于硼偏析对晶界和晶粒内部的影响,通过这些工作揭示了非平衡偏析行为。晶界处由于硼偏析而引起的晶界强化。这些结果也与以前的研究结果一致。尽管硼偏析水平较低,马氏体相的强化效果也高于贝氏体相。在存在贝氏体相的情况下,尽管由于非?;郝睦淙此俾识鹌?,但是在晶界处可以形成无铁素体的第二相。因此,由于在晶界处存在无铁素体的第二相,因此硼偏析的强化效果降低。

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