B-HARD360高強(qiáng)耐磨鋼GMAW“低強(qiáng)匹配”焊接接頭的強(qiáng)韌性研究.pdf

1、低合金高強(qiáng)耐磨鋼因其高耐磨性、高強(qiáng)韌性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于橋梁建筑、工程機(jī)械和車輛船舶等重要行業(yè)。近年來，我國低合金高強(qiáng)耐磨鋼的研發(fā)和生產(chǎn)取得了長足的進(jìn)步，逐步縮小與國外同等產(chǎn)品質(zhì)量和性能上的差距。焊接是工程領(lǐng)域不可或缺的加工制造方式，因此對于此類鋼焊接的研究必不可少。低合金高強(qiáng)鋼的焊接情況復(fù)雜多變，強(qiáng)韌性不匹配、熱影響區(qū)脆化及軟化問題比較突出，成為限制此類高強(qiáng)鋼提高生產(chǎn)效率和在焊接結(jié)構(gòu)中推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。本文針對國產(chǎn)B-HARD360低

2、合金高強(qiáng)耐磨鋼在不預(yù)熱的條件下，采用熔化極氣體保護(hù)焊(GMAW)方法進(jìn)行焊接試驗(yàn)，并對焊接接頭的力學(xué)性能及顯微組織進(jìn)行研究，建立焊接參數(shù)、焊接材料、顯微組織及力學(xué)性能之間的關(guān)系。B-HARD360鋼接頭設(shè)計(jì)采用V型對接接頭（帶墊板）的形式，選用“低強(qiáng)匹配”焊絲，用CO2氣體保護(hù)焊方法進(jìn)行焊接。
　　拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明，拉伸試樣均斷裂于焊縫。隨著焊接熱輸入從9.7kJ/cm增加到15.5kJ/cm，接頭的平均抗拉強(qiáng)度從694MPa下降

3、到658MPa。沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明，室溫時(shí)，焊接熱輸入對焊縫區(qū)沖擊韌性的影響較小，沖擊吸收功在130J以上，表現(xiàn)出較優(yōu)異的沖擊韌性。當(dāng)試驗(yàn)溫度為0℃及-20℃時(shí)，焊縫的沖擊韌性值隨著熱輸入的增加而逐漸減小;當(dāng)試驗(yàn)溫度下降到-40℃時(shí)，熱輸入為12.9kJ/cm時(shí)接頭焊縫區(qū)的沖擊韌性值最高，平均沖擊吸收功達(dá)到98J;熱輸入為15.5kJ/cm時(shí)焊縫區(qū)的沖擊韌性值最低，平均為68J。從焊縫到熱影響區(qū)再到母材，顯微硬度先升高再降低，最后達(dá)到母材

4、的硬度水平。焊縫的平均硬度較低(220HV～240HV);硬度的峰值出現(xiàn)在離熔合線一定距離的熱影響區(qū)粗晶區(qū);均存在一定范圍的軟化區(qū)，不同熱輸入條件下熱影響區(qū)的軟化程度相當(dāng)，約為220HV。先焊焊道熱影響區(qū)的淬硬區(qū)域消失，焊縫以及軟化區(qū)的軟化程度因受后焊焊道的熱作用而進(jìn)一步增加。
　　采用金相顯微鏡及掃描電鏡研究了B-HARD360鋼接頭的顯微組織、沖擊斷口形貌及夾雜物成分等。焊縫組織均由先共析鐵素體、側(cè)板條鐵素體和針狀鐵素體組成。

5、隨著焊接熱輸入的增加，焊縫中針狀鐵素體的含量逐漸降低。焊接熱輸入從9.7kJ/cm增加到15.5kJ/cm時(shí)，針狀鐵素體的含量由79.7％下降到69.3％。熱影響區(qū)粗晶區(qū)為低碳馬氏體組織，隨著熱焊接輸入的增加，晶粒發(fā)生粗化。大熱輸入下有上貝氏體、M/A組元等組織出現(xiàn)，這會(huì)對粗晶區(qū)的力學(xué)性能帶來不利的影響?；鼗饏^(qū)有碳化物聚集析出，成為焊接接頭的軟化區(qū);隨著焊接熱輸入的增加，先焊焊道的熱影響區(qū)軟化區(qū)晶粒粗化，碳化物進(jìn)一步聚集析出。對不同熱輸

6、入條件下各溫度的沖擊斷口形貌的分析表明，沖擊斷口纖維區(qū)為韌窩斷裂特征，放射區(qū)則為韌窩斷裂和解理斷裂的混合斷裂特征。隨試驗(yàn)溫度的降低，斷口斷裂方式發(fā)生從韌窩+準(zhǔn)解理向準(zhǔn)解理+解理的轉(zhuǎn)變。焊接熱輸入較大時(shí)，焊縫金屬在低溫下的解理小刻面尺寸更大，解理裂紋擴(kuò)展更容易，沖擊吸收功顯著減小。
　　本文研究了不預(yù)熱條件下B-HARD360低合金高強(qiáng)鋼“低強(qiáng)匹配”焊接接頭的力學(xué)性能及顯微組織，為此類鋼的不預(yù)熱焊接提供了試驗(yàn)依據(jù)和理論基礎(chǔ)，以利于其