面向钢带连续轧制技术的马氏体不锈钢激光-电弧复合焊缝强韧性调控机理研究

Under the condition of fast cooling after welding, and the plate strip can't be produced by continuous rolling since the martensite stainless steel welds are prone to brittle phase, which is the main technical barriers for the stainless steel industrial to develop. Therefore, this project proposes the laser-arc-induction hybrid welding continuous rolling martensitic stainless steel technology which uses the effects of electric arc and electromagnetic induction on preheating and postheating of butt welding material at the same time to control welding cooling rate accurately, and reduce the brittle phase and weld residual stress, to achieve rolling. This project will be built around the key scientific problems and focus on multi-heat interaction of laser - electric arc- induced current, and heat and mass transfer of the molten pool under these interactions. On the basis of the above researches, this project further studies the weld strength and toughness regulation mechanism and the rolling joint microstructure evolution mechanism, and mechanical properties. Finally, the welding technique - structure - toughness - rolling of the comprehensive regulation method and theory prediction model will be put forward. The results of this project will lay the theoretical foundation for martensite stainless steel with continuous rolling production.

在焊后快速冷却条件下，马氏体不锈钢焊缝易产生脆性相，不能满足连续轧制生产要求，是阻碍马氏体不锈钢轧制产业升级的主要障碍。为此，本项目针对钢带连续轧制需求提出激光-电弧-感应复合焊接马氏体不锈钢新工艺，利用热源之间的相互作用，以及由此激发的新效应来精确调控控制焊接冷却速率，提高工艺稳定性，减少或抑制焊缝脆性相、降低残余应力，从而实现马氏体不休钢的在线连续轧制。本项目将围绕其中的关键科学问题展开研究，重点探讨感应电磁场条件下激光光致等离子体-电弧热等离子相互作用和热源累加效应，以及由此而引发的熔池传热传质行为、组织演变机理和力学行为。在此基础上揭示焊缝组织强韧化调控机制，以及轧制参数对焊缝显微组织和力学性能的影响规律。最后，提出工艺参数-微观组织-强韧性-轧制性能的综合调控方法和理论模型。研究结果将为马氏体不锈钢连续轧制生产提供理论支撑，丰富激光复合加工基础理论。

无头轧制是将首尾两块钢坯焊接起来以实现连续轧制，并提高板材制造产能的关键技术。马氏体不锈钢耐蚀性适中、价格低廉，在现代工业中具有广泛应用，但现有技术条件下存在焊缝韧性不足的问题，无论是电弧焊接还是激光焊接都难以满足其无头轧制的需求。如何提高马氏体不锈钢焊缝韧性，满足轧制要求，扩大其产能一直是焊接领域的重要挑战之一。激光-电弧复合焊接结合了电弧焊接冶金调控能力强和激光焊接热输入小的特点，具有提高马氏体不锈钢焊缝韧性的潜力，但是相关研究尚未开展。为此，本项目围绕无头轧制产线的实际需求，开展了AISI420马氏体不锈钢激光-电弧复合焊接关键技术和韧性增强机理研究。本项目主要目标是构建马氏体钢带焊缝强韧性调控体系，探索焊缝轧后组织性能变化规律。目前基本完成该目标。具体完成情况如下内容：研究了主要工艺参数对激光-电弧复合焊缝余高的影响规律。基于最小二乘法，依据无头轧制对余高的指标要求和多目标优化，确定了优化工艺参数范围。研究了焊丝Ni含量对焊缝组织韧性的影响规律。提出基于激光区残余奥氏体含量（CRTA）和马氏体大取向差比例（CHM）的焊缝韧性增强机制。研究了在线感应热处理对焊缝组织韧性的影响规律。提出基于逆变奥氏体含量（CRVA）的焊缝热处理增韧机制。探讨了马氏体不锈钢复合焊缝在轧制条件下的组织性能演变规律，发现热处理焊缝可承受75%压下量轧制，未热处理焊缝仅能承受25%压下量轧制。研究成果为激光-电弧-感应复合焊接技术在马氏体不锈钢连续轧制生产线中的应用奠定理论基础，相关研究结果部分已经应用在实际生产当中。