熱循環(huán)對低碳貝氏體焊縫金屬組織和性能的影響研究.pdf

1、近些年來鋼鐵材料的發(fā)展非常迅速，其力學性能和焊接性能都大幅度提高，且用途也多元化，超低碳貝氏體鋼就是其中的一種。但是對于性能如此優(yōu)良的鋼種而言，如何提升焊縫性能使其與母材性能相匹配是非常重要的。因此研究焊縫金屬組織與性能之間的關(guān)系，對這種性能優(yōu)良的貝氏體鋼的軋制過程與焊接工藝都是非常有意義的。焊縫金屬的組織和性能不僅受焊縫中合金元素成分的影響，同時也受焊接工藝參數(shù)的影響。通常在多層多道焊焊接過程中，焊縫金屬再熱區(qū)會發(fā)生晶粒粗化進而導致沖

2、擊韌性變差，通過焊縫金屬的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(CCT)曲線能夠預測焊縫金屬的組織和性能。
　　本課題通過Gleeble-3800熱/力模擬系統(tǒng)對兩種Ni含量存在差別的低碳貝氏體焊縫金屬進行了不同連續(xù)冷卻速率下的熱循環(huán)模擬試驗，測得熱循環(huán)過程中膨脹量隨溫度的變化曲線。對經(jīng)歷不同熱循環(huán)下的焊縫進行了微觀組織觀察和顯微硬度測定，繪制了該焊縫金屬的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(CCT曲線)和組織轉(zhuǎn)變比例變化圖；再將上述用于測定CCT曲線的熱模擬工藝分別用于

3、這兩種貝氏體焊縫金屬的沖擊試樣，對經(jīng)過熱模擬的沖擊試樣進行室溫和低溫(-50℃)的夏比沖擊試驗，測得不同連續(xù)冷卻速度下的沖擊韌性，繪制出貝氏體焊縫金屬在不同冷卻速度下沖擊韌性的轉(zhuǎn)變規(guī)律圖，并研究不同Ni含量對冷卻后組織相變以及奧氏體晶粒大小的影響。
　　貝氏體焊縫金屬的熱模擬試驗、熱模擬粗晶區(qū)組織觀察、顯微硬度測試和熱模擬夏比沖擊試驗結(jié)果表明：冷卻速率不斷增大，含Ni為0%貝氏體焊縫金屬熱模擬粗晶區(qū)組織變化為：準多邊形鐵素體→針狀

4、鐵素體(少量)+粒狀貝氏體，硬度值總體呈上升趨勢，但由于組織類型和組織比例的變化，硬度曲線上升的快慢也有所不同，室溫沖擊韌性和-50℃沖擊韌性變化規(guī)律一致，在低冷卻速度范圍，沖擊韌性較差且變化不大，中等冷卻速度范圍，沖擊韌性迅速上升，高冷卻速度范圍，沖擊韌性達到最高值后緩慢下降；Ni含量為4%的貝氏體焊縫金屬熱模擬粗晶區(qū)組織轉(zhuǎn)變?yōu)椋毫钬愂象w+塊狀鐵素體(少量)→板條貝氏體+針狀鐵素體(少量)+馬氏體，硬度值呈先下降后上升趨勢，在粒狀貝

5、氏體中粗大塊狀M-A組元含量最少時達到最小值，室溫沖擊韌性呈現(xiàn)上升后下降趨勢，在中等偏慢冷卻速度即粗大塊狀M-A組元含量最少時達到最高值，-50℃沖擊韌性也呈現(xiàn)上升后下降趨勢，在中等偏高冷卻速度即板條貝氏體含量最多時達到最高值。
　　Ni含量對貝氏體焊縫金屬影響的研究表明：在貝氏體焊縫金屬中加入合金元素Ni，可以強烈推遲鐵素體的轉(zhuǎn)變，降低貝氏體的相變溫度區(qū)間，擴大形成貝氏體的冷速范圍，有利于形成更多的板條貝氏體，在高冷卻速度下還可

6、形成馬氏體。4%Ni含量的焊縫金屬熱模擬粗晶區(qū)原始奧氏體晶粒尺寸要小于0%Ni含量的焊縫金屬，說明添加適量的合金元素Ni可以起到細化晶粒的作用。Ni元素有利于形成更多板條貝氏體和細化晶粒的作用都可提高焊縫金屬的低溫韌性。而Ni含量過高的副作用在于：在較慢冷卻速度下容易造成元素偏析形成硫化物和磷化物，導致韌性斷裂的斷口上出現(xiàn)缺陷，致使沖擊韌性變差，在較大冷卻速度下硬化相馬氏體含量增加，導致塑性變形較大的斷口上出現(xiàn)解理面和缺陷，使得韌性變差