第37卷第9期 2016年9月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
Vol.37No. 9 September 2016
纳米氧化物合金化对低合金高强钢熔金属组织
和性能的影响
陈翠欣1,2.3，薛海涛"，陈翠玲"2，丁静12，韩啸'，唐昊'（1.河北工业大学材料科学与工程学院，天津300130；2.天津市材料层状复合与界面控制技术重点实验室
天津300130：3.河北工业大学能源装备材料技术研究院，天津300130）
摘要：针对新型钢铁材料焊缝熔敷金属的韧化间题，采用直接氧化物合金化这一新型方法，通过焊接材料实现了纳米氧化物颗粒向液态熔池中的过渡，研究了纳米氧化物对低合金高强钢焊缝熔敷金属组织性能的影响。结果表明，纳米Al,0，，Ti0,和稀土氧化物的添加使焊缝中生成了大量弥散分布、尺寸为0.2~0.8μm的细小球形复合夹杂物，有效提高了针状铁素体的形核能力，形成了大量板条束尺寸约1~2um、且均匀分布的针状铁素体。纳米氧化物的添加使熔敷金属的冲击韧度显著提高，尤其是添加二氧化钛和稀土氧化物的焊缝，其-20℃冲击韧度达到了150J/cm以上，比无氧化物添加的焊缝冲击韧度提高67%，
关键词：纳米氧化物；夹杂物；低合金高强钢；针状铁素体；冲击韧度
中图分类号：TG401 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X(2016)09002906
细化组织并促进针状铁素体生成的夹杂物尺寸和数量，分别为0.25~0.8μm和1.3×10~1.0×10
新一代钢铁材料是通过纯净化、微合金化以及
控轧控冷等技术制成的超细晶钢，具有良好的强韧性匹配、抗疲劳性和抗断裂性以及优良的焊接性，但是由于焊缝金属很难呈现钢材经强力轧制与处理的超细晶粒，因此很难在相近成分下使焊缝金属获得与母材同样的强度与韧性（尤其是低温冲击韧度）. 为实现该类钢在生产中的广泛应用，开发新型合金体系实现焊缝与新型钢铁材料的强韧性匹配是呕需解决的关键技术之一.
低合金高强钢焊缝中的氧化物夹杂可以细化组织，促进针状铁素体的生成，提高焊缝的抗裂性。日本学者提出了氧化物冶金的概念，通过控制钢中氧化物的尺寸、分布、组成与数量，使之成为钢凝固过程中的形核核心，同时晶粒内弥散分布的细小氧化物也可以作为析出相（硫化物，氮化物或碳化物）的核心，这些析出物通过阻止晶粒长大来细化组织" 因此如何有效利用夹杂物来改善焊缝组织和性能是焊缝强韧化研究的热点之一。
目前关于钢中夹杂物的控制主要是通过添加合
金元素（如TiZr，A1等）和控制氧含量实现：能有效收稿日期：2014-11-11
基金项目：国家自疆学基金资助项目（51304059）；国家留学基金
资动料措sCNO.201406705011）
个/mm3[2].Hiroki等人[3]指出，对于含钛钢中，氧的含量应控制在0.0015%~0.008%范围内，随着氧含量和冷却速度的变化，生成的氧化物含量及尺寸均发生显著的变化。因此若想有效利用夹杂物的细化作用必须严格控制氧含量和生产工艺参数，但这在生产中，尤其是高温焊接工艺中很难实现，
除此之外，高熔点、高化学稳定性的超细氧化物 TiO,ZrO2, Al2 O3, REO, (Tiz Mn2 Si)2 O, (Zr2 Mn Si)20,可以促进硫化物或氮化物等物质的附着析出，所生成的复合夹杂物是有效的针状铁素体形核核心【[4-6]．因此试验将选取纳米氧化物Al2O3,TiO2 及稀土氧化物（氧化铈），采用氧化物直接添加的方式实现对焊缝中夹杂物成分、尺寸和数量的控制，分析氧化物在焊缝中的存在状态，研究熔敷金属中夹杂物的成分、尺寸及形态，探讨夹杂物对熔敷金属组
织转变和冲击韧度的影响。 1试验方法
为保证所添加纳米氧化物的均勾性，试验中首
先对纳米氧化物进行了预分散处理，并通过制备双层药皮碱性焊条来实现纳米氧化物向熔池中的过渡.