利用晶粒内的相变提高高性能厚钢板的HAZ韧性的技术

在焊接热影响区（HAZ），由于钢材制造过程中再结晶显微组织会受到破坏，因此有时会出现韧性下降的问题。为确保HAZ韧性与母材焊接一样，新日铁开发了利用晶粒内的相变提高高性能厚钢板的HAZ韧性的技术，它通过利用非金属夹杂物的“晶粒内铁素体（IGF）”，可有效细化晶粒粒度（deff）、提高HAZ母相的韧性，减少会造成断裂的硬质脆化相。该技术已应用于实际。

关于IGF相变的机理，新日铁主要就钢的成分、热滞后、非金属夹杂物/母相界面附近的溶质原子（也称“稀薄区域”）、因非金属夹杂物和母相的热膨胀系数不同而产生的弹性变形能、非金属夹杂物/奥氏体母相及非金属夹杂物/铁素体界面晶格的共格性（界面能）等进行研究。其中，在成分和热滞后等相同的情况下，可以认为非金属夹杂物/母相界面附近的溶质原子的缺乏层具有很大的影响。

实验表明，溶质原子缺乏层会影响生成核周围的相变驱动力，热处理会使缺乏层丧失，并使相变驱动力消失。例如，根据有关MnS的模拟计算结果（1.0～1.5%Mn钢）可知，界面的Mn浓度在S扩散后奥氏体/MnS界面的S浓度下降情况下，Mn缺乏层的深度（与体积浓度的最大浓度差）为大约0.2～0.4%。另外，S的扩散速度十分快，在界面浓度与体积浓度相等的情况下，缺乏层的深度在大约1%以上，宽度在数百nm左右。根据TEM（透射式电子显微镜）实际测定的Mn缺乏层可知，Mn缺乏层的深度与S浓度及热滞后有关，重量在0～1.0%，与模拟计算的重量基本相同。

另外，新日铁对TiN-MnS系钢成分（S=0.0038%）中的缺乏层的研究结果表明，由于高温下的保持温度的不同，相变行为也不同。在1523K下保持1000s的试样的非金属夹杂物周围的Mn浓度没有下降，而在1373K下保持100s和1000s时，Mn的下降量分别为0.4%和0.2%。由于界面的Mn浓度的下降会使相变温度升高大约10℃（相当于0.2%的Mn），因此可以认为它有助于IGF的生成。以上实测结果与伴随MnS的溶解、析出的奥氏体中的Mn浓度分布计算结果相同，由此得出这种Mn缺乏层（稀薄区域）的形成对钢的组织细化有很大作用的结论。

新日铁利用晶粒内相变控制显微组织技术，生产出了HAZ韧性高的高功能、高强度钢材。（青山）