博一建材讯：通过控制钢中夹杂物的种类、形态、大小和数量可以提高钢的母材和热影响区的力学性能。例如钢中加入Ti、Zr等合金元素能够形成稳定的夹杂物，这些夹杂在焊接热循环的过程中有效地钉扎奥氏体晶界，细化奥氏体晶粒，从而提高焊接热影响区的力学性能。也有研究表明，这些合金形成的夹杂物在大热输入量的焊接条件下由于热影响区温度过高而开始溶解和长大，细化效果减弱。本文主要研究添加Ca的微钙钢中所形成得第二相粒子的细化晶粒的效果。
微钙钢以纯铁为原料，添加相应的合金元素，并进行不同成分的Ca处理。经真空感应炉冶炼，铸成50kg钢锭，热轧成20mm厚板。为比较细化效果，实验钢为添加Ca和未加Ca两种，其化学成分见表1，力学性能见表2，其中添加Ca的用A表示，未添加的用B表示。
表1 实验钢化学成分(质量分数，% )
钢种
C
Si
Mn
P
Nb
Ca
A
0.08
0.37
1.83
0.01
0.03
0.006
B
0.08
0.54
1.88
0.01
0.03
-
表2 实验钢力学性能
钢种
σs/MPa
σb/MPa
δ5(%)
σs/σb
ψ(%)
HV
A
633
818
19.58
0.77
52.3
287
B
595
808
22.38
0.73
48.9
295
将A钢和B钢加工成10mm×10mm×55mm的标准夏比冲击试样并进行热处理，热处理工艺为加热到1000℃，分别保温3、10和25min。热处理后试样进行常温下的冲击试验。对A钢和B钢在MMS-300热力模拟试验机上进行模拟焊接热循环试验，试样尺寸为11mm×11mm×55mm，在模拟热输入量E＝87，117kJ/cm的焊接粗晶热影响区(CGHAZ)进行试验。为了观察在实际焊接条件下A钢和B钢焊接的CGHAZ组织和原始奥氏体晶粒大小，对A钢和B钢进行埋弧焊试验，具体的焊接工艺参数见表3。
表3 焊接工艺参数
焊接道次
速度/(cm·min-1)
电压/V
电流/A
线能量/(kJ·cm-1)
1
20
41
900
111
2
20
42
900
114
热处理条件下的微钙钢奥氏体晶粒尺寸随保温时间的延长而增加，但增加幅度较小。微钙钢中含钙第二相粒子细化奥氏体晶粒效果明显。热模拟条件下微钙钢当t8/5＝80s时，模拟CGHAZ的奥氏体晶粒尺寸仅为80μm，t8/5＝200s时约为110μm，细化效果明显。焊接条件下，未加钙钢CGHAZ的晶平均尺寸约为400μm，微钙钢CGHAZ平均晶粒尺寸约为120μm，细化效果显著。微钙钢中的第二相粒子能够有效地细化奥氏体晶粒。
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