800MPa高強鋼GMAW接頭組織性能及精細結構研究.pdf

1、低合金高強鋼因其高強度、高韌性等優(yōu)點而被廣泛應用于工程機械、能源、橋梁建筑和車輛船舶等重要行業(yè)。但高強鋼的焊接情況復雜多變，裂紋及強韌性不匹配、熔合區(qū)及熱影響區(qū)性能惡化等問題突出，成為限制高強鋼在焊接結構中擴大應用和提高生產(chǎn)效率的關鍵。本文針對煤礦機械液壓支架用低合金高強鋼Q550和Q690展開研究，在不預熱條件下，采用熔化極氣體保護焊(GMAW)方法對Q550和Q690鋼進行焊接，并對焊接接頭的微觀組織、精細結構、裂紋形態(tài)以及接頭力學

2、性能進行研究，建立焊接參數(shù)、焊接材料、接頭組織結構、接頭區(qū)裂紋擴展及接頭力學性能之間的關系。
　　 采用高強鋼對接接頭裂紋試驗研究不同強度匹配的焊絲和焊接熱輸入對Q550、Q550+Q690以及Q690鋼接頭裂紋敏感性的影響，隨著焊絲強度級別的升高，接頭斷面裂紋率增加；隨著焊接熱輸入的增加，接頭的斷面裂紋率也逐漸升高。對Q550和Q550+Q690鋼接頭力學性能進行測定，采用ER50-6焊絲時，拉伸試樣從焊縫中斷裂；采用ER60

3、-G焊絲，斷裂發(fā)生在熔合區(qū)或熱影響區(qū)，接頭抗拉強度與母材抗拉強度相當。沖擊試驗結果表明，Q550和Q690鋼焊接接頭熱影響區(qū)的沖擊吸收功最好；采用ER60-G焊絲的接頭焊縫和熔合區(qū)的韌性均優(yōu)于ER50-6焊絲焊縫和熔合區(qū)。
　　 采用金相顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡及能譜分析儀等研究了Q550和Q690鋼焊縫區(qū)的顯微組織、精細結構及夾雜物的成分等，分析了焊接熱輸入、合金元素及焊縫中夾雜物對焊縫組織的影響。隨著焊絲中合金成分的增加，

4、焊縫組織中的先共析鐵素體含量逐漸減少；針狀鐵素體的含量先升高，然后逐漸降低。對于ER50-6焊絲焊縫，因奧氏體晶界被先共析鐵素體完全覆蓋，熱輸入對針狀鐵素體的含量的影響相對不敏感；而對ER60-G焊絲焊縫，熱輸入較小(14kJ/cm)時會產(chǎn)生以貝氏體為主的組織，降低焊縫韌性。焊縫中夾雜物組成的不均勻性及夾雜物的尺寸是影響夾雜物形核的重要因素。當夾雜物含有多種相組成，并且夾雜物尺寸為0.5～0.8μm時，有利于針狀鐵素體的多維形核。透射電

5、鏡分析顯示針狀鐵素體板條內(nèi)部有高密度的位錯；焊縫中鐵素體基體上分布有條狀殘余奧氏體，衍射結果表明焊縫組織中α與γ相存在K-S位相關系。
　　 研究了焊接熱輸入對Q690鋼熱影響區(qū)的組織和沖擊韌性的影響，當焊接熱輸入從14kJ/cm提高的20kJ/cm時，熱影響區(qū)沖擊吸收功先升高再降低；控制焊接熱輸入在約16kJ/cm可獲得較高的熱影響區(qū)沖擊韌性。提高焊接熱輸入雖使奧氏體晶粒尺寸增大，但下貝氏體的先期形成有效的細化了馬氏體板條，形

6、成的大角度晶界對提高熱影響區(qū)韌性起到了重要作用。中等熱輸入時產(chǎn)生下貝氏體時，碳化物分布在貝氏體鐵素體內(nèi)并與鐵素體主軸方向呈一定角度；較大熱輸入條件下在上貝氏體鐵素體板條側產(chǎn)生的Fe3C條對接頭韌性有不利的影響。
　　 在組織結構分析的基礎上，采用掃描電鏡對Q550+Q690接頭區(qū)裂紋及沖擊試樣斷口形貌進行了研究。接頭斷面裂紋起源于Q690鋼側根部熔合區(qū)，沿熔合區(qū)穿晶擴展；部分裂紋在奧氏體晶界處沿先共析鐵素體或貝氏體板條邊界轉(zhuǎn)向焊

7、縫擴展；焊縫中裂紋擴展模式為微裂紋形核→尖端鈍化→發(fā)生撕裂→重新形核；當裂紋遇到夾雜物時會導致萌發(fā)空洞，形成更多的不同方向的裂紋。
　　 焊縫金屬斷口纖維區(qū)為穿晶斷裂，斷口韌窩產(chǎn)生的機理是微孔聚集型，針狀鐵素體區(qū)對應的韌窩較大，晶界鐵素體對應的韌窩較小。采用ER50-6焊絲，焊縫斷口放射區(qū)呈河流花樣，斷口平滑；采用ER60-G焊絲，焊縫斷口放射區(qū)為準解理斷口，解理面層次不平。馬氏體+下貝氏體組織的Q690鋼熱影響區(qū)纖維區(qū)具有韌窩

8、特征，塑韌性好；放射區(qū)有較大的撕裂臺階。大熱輸入條件下的熱影響區(qū)斷口中，纖維區(qū)斷裂具有塑性變形的滑移特征，上貝氏體中粗化的碳化物阻止了韌窩形成；放射區(qū)中碳化物作為裂紋源形成小的撕裂刻面。
　　 本文系統(tǒng)研究了不預熱條件下液壓支架用高強鋼Q550和Q690焊接接頭的顯微組織、精細結構以及接頭力學性能，并研究了接頭區(qū)裂紋擴展形態(tài)及斷裂機制，為高強鋼的不預熱焊接提供了試驗依據(jù)和理論基礎，有利于提高高強鋼焊接效率和促進高強鋼應用范圍的擴