Welke impact heeft de microlegeringstechnologie op de lasbaarheid van Q345-staal?
Microlegeringstechnologie (kernelementen zijn Nb, Ti en V, waarvan sommige sporen van B bevatten) heeft een dubbele impact op de lasbaarheid van Q345-staal: terwijl de lasbaarheid wordt verbeterd door "indirecte koolstofreductie + korrelverfijning", kan het ook de lasrisico's vergroten als gevolg van de inherente eigenschappen van de elementen of onjuiste controle. De impact van microlegeringen vereist een uitgebreide beoordeling van het elementtype en de inhoud, evenals het lasproces (bijvoorbeeld thermische cyclus en afkoelsnelheid). Concreet kan het vanuit de volgende perspectieven worden onderzocht:
1. Positieve impact: verbetering van de lasbaarheid door "koolstofreductie + microstructuuroptimalisatie"
Een van de belangrijkste voordelen van microlegeringen is dat het het koolstofgehalte van Q345 kan verlagen (van de traditionele 0,20% naar 0,12-0,16%), terwijl het sterkteverlies wordt gecompenseerd door versterking van de neerslag en verfijning van de korrels. Koolstof is een belangrijk element dat de lasbaarheid verslechtert, dus deze "koolstofreductiesubstitutie" verbetert de lasbaarheid fundamenteel. Concreet toont het aan:
1. Vermindering van de gevoeligheid voor koude scheurvorming bij laswerkzaamheden (kernvoordeel)
Koudscheuren bij lassen is in wezen een combinatie van "geharde microstructuur + waterstof-geïnduceerd scheuren + lasspanning." Microlegeringen beperken dit risico op twee manieren:
Vermindering van de geharde microstructuur: het verminderen van het koolstofgehalte vermindert aanzienlijk de neiging van de door hitte{0}}getroffen zone (HAZ) om harde en brosse microstructuren zoals martensiet (M) en bainiet (B) te vormen tijdens het afkoelen, wat resulteert in een hogere concentratie van fijn-korrelig ferriet (F) met verbeterde taaiheid. Perliet (P). Wanneer het koolstofgehalte bijvoorbeeld daalt van 0,20% naar 0,15%, kan de maximale hardheid van de HAZ worden verlaagd van 320 HV naar 260 HV (ruim onder de koudescheurgevoeligheidsdrempel van 280 HV).
Remmen van waterstofdiffusie en -ophoping: Ti en Nb combineren met waterstof in het staal (diffundeerbare waterstof geabsorbeerd tijdens het lassen) om stabiele hydriden te vormen (zoals TiH₂ en NbH), waardoor de diffusie van vrije waterstof in de HAZ-spanningsconcentratiezone en het risico op door waterstof-geïnduceerde scheuren worden verminderd. In de praktijk kan het diffundeerbare waterstofgehalte van Q345-lasverbindingen die Ti bevatten onder de 5 ml/100 g worden gehouden (geen risico op waterstofbrosheid).
2. Verfijn de korrelgrootte van de hitte-geïnfecteerde zone (HAZ) en verbeter de taaiheid van de verbindingen.
De hoge temperaturen (1300-1500 graden) tijdens het lassen zorgen ervoor dat de oorspronkelijke korrels van het basismateriaal snel groeien (vooral in de "grofkorrelige" HAZ), wat resulteert in een scherpe daling van de taaiheid (de impactenergie bij -40 graden daalt bijvoorbeeld van 50J naar minder dan 20J). Microlegeringselementen remmen de korrelgroei door de korrelgrenzen vast te zetten.
De rol van Ti: Ti en stikstof vormen TiN-nanodeeltjes (die een smeltpunt tot 2950 graden hebben en onoplosbaar zijn bij hoge lastemperaturen). Deze deeltjes werken als "spijkers" die de austenietkorrelgrenzen vastzetten, waardoor migratie van de korrelgrens wordt voorkomen en de korrelgrootte in de grof-korrelige HAZ wordt verfijnd van de conventionele 100-200 μm naar 30-50 μm. Functie van Nb: Nb lost gedeeltelijk op in austeniet bij hoge temperaturen en slaat neer als NbC bij korrelgrenzen en dislocaties tijdens afkoeling, waardoor de korrelgroei verder wordt geremd en de precipitatie van fijnkorrelig ferriet wordt geïnduceerd.
Uiteindelijk kan de HAZ-taaiheid van microgelegeerde Q345-lasverbindingen met 30%-50% worden verhoogd (bijv. Akv bij -40 graden neemt toe van 35J tot meer dan 50J), waardoor wordt voldaan aan de vereisten van gelaste constructies bij lage temperaturen (zoals bouwmachines en bruggen).
3. Vermindering van lasporositeit en insluitingsdefecten
Ontzwavelingseffect van Ti: Ti combineert met zwavel in staal om TiS₂ te vormen (smeltpunt 1150 graden, veel hoger dan de 1100 graden van MnS). TiS₂ is bolvormig (in plaats van de streep-vorm van MnS), waardoor het minder waarschijnlijk is dat er "strook-achtige insluitsels" in het smeltbad ontstaan, waardoor fouten in de lasvorming worden verminderd.
Zuiveringseffect van Nb/V: Nb en V kunnen zuurstof en stikstof in staal absorberen om fijne carbonitriden/oxiden te vormen, waardoor wordt voorkomen dat deze gassen neerslaan en poriën vormen (zoals stikstofporiën en waterstofporiën) tijdens het afkoelen van het lassen.