贝氏体高强钢金属粉芯焊丝焊缝金属强韧化机理

With rapid development of high strength high toughness lath bainite steel, it is very important to develop high strength high toughness weld metal which matched high strength high toughness lath bainite steel and study strengthening-toughening mechanisms of high strength high toughness weld metal. Based on the manufacturing of metal-core wire, preparation of welded joint, macro-mechanical experiments, micro-measurement and analysis, dynamic analysis of phase transformation, calculation of finite element method, the followed four main scientific contents will be systematically studied: Firstly, formation mechanisms and dynamic processes of fine grain lath bainite microstructure during welding processes will be revealed. Secondly, principle optimizing microstructure which is composed of main lath bainite, suitable acicular ferrite and small residual austenite and controlling critical sizes will be demonstrated. Thirdly, the effects of Ni element on the formation of lath bainite and small residual austenite, and refinement of first columnar grain for weld metal will be studied. Finally, the mechanisms of the lowest toughness and variation of toughness, and the weakest constituent will be determined, and the improved method will be obtained. Based on studies on above four scientific contents, the intrinsic factors controlling the strength and toughness will be determined. Then, predicted model related to welding processes, wire compositions, microstructure and properties will be demonstrated. The study on this project will provide a theoretical basis on the design and manufacturing of the high steel high toughness metal-core wire, and fasten the development of bainite high steel high toughness metal-core wire.

随着高强高韧板条贝氏体钢快速发展，研发与其匹配的高强高韧焊缝金属及其强韧性机理的研究具有重要的科学意义和实用价值。本项目基于金属粉芯焊丝及焊接接头制备、宏观力学实验、相变动力学分析、微观测量与分析、有限元计算等手段研究如下四个科学问题：(1)焊接冷却过程中细晶板条贝氏体形成机理及其动力学过程；（2）焊缝金属的最佳相成分组合，即板条贝氏体、针状铁素体、板条马氏体以及残留奥氏体各相间的优化配比的原理，以及关键尺寸的控制原理;（3）Ni对板条贝氏体形成，产生足量薄膜状残留奥氏体，以及细化焊缝一次柱状晶从而使焊缝金属韧化的机理;（4）多道焊焊缝中产生韧性低值的机理及最薄弱（韧性最低）组织的确定和改善原则;通过上述问题的研究得出控制贝氏体高强钢焊缝强韧性的本质因素；建立成分、工艺和强度韧性的预测模型。这些研究对贝氏体高强钢焊材的设计、制备提供必要的理论基础，也对贝氏体高强钢焊材的发展起重要推动作用。

随着高强高韧低碳贝氏体钢的快速发展，开发与其匹配的焊材、提升其焊缝性能从而与母材性能匹配，是亟待解决的重大问题。本项目对高强高韧贝氏体焊缝金属微观组织、强韧性、贝氏体相变动力学和多层多道焊缝金属冲击韧性波动问题等进行了系统研究，主要研究内容和结论为：(1)开发出国内首款Ni含量为4%的高强高韧金属粉芯焊丝CHT120CK4，焊缝金属组织为针状铁素体(AF)+板条贝氏体(LB)的混合组织，焊缝金属力学性能优异，韧脆转变温度低至-100℃。(2)揭示了Ni对焊缝金属微观组织、晶粒大小、大角度晶界、残留奥氏体、板条贝氏体等的影响机制、同时揭示了Ni对焊缝金属强度和韧性的作用和内在机理。(3)提出了该贝氏体焊缝金属强韧化的机理。(4)提出了Ni对贝氏体的形核、生长方式以及生长速率的作用和机理；(5)揭示了板条贝氏体形成机理及其动力学过程；(6)揭示了Si，Cu，Ti合金元素对焊缝金属强韧性的影响机制。(7)揭示了多层多道焊低温冲击韧性不稳定的主要原因和调控措施。.项目组经过四年的努力，就上述几个方面取得了一系列有影响的研究成果。系列研究成果为开发高强钢焊材提供了理论基础，为强韧性的研究提供了技术路径，为推动贝氏体转变机理提供了可靠的理论依据，这些研究均对焊材的发展、组织转变以及强韧性理论具有重要的理论价值和实际意义。.出版专著1本，发表论文39篇，包括SCI论文28篇，EI收录论文31篇（包含28篇SCI论文）；授权国家专利2项。项目执行期间申请人获得甘肃省“飞天学者”，获兰州理工大学“2016-2018年度科研工作先进个人”称号，获兰州理工大学“师德标兵”称号。和合作方大西洋焊接材料股份有限公司建立了正式的校企合作关系，成立了联合实验室，主要参与项目的1名博士研究生获得国家奖学金，培养3名年轻老师晋升副教授，培养博士研究生1名，硕士研究生10名。.