Al元素提高大線能量焊接下低合金高強(qiáng)鋼CGHAZ低溫沖擊韌性的顯微組織機(jī)制研究.pdf

1、由于大線能量焊接工藝具有焊接效率高、操作方便且自動(dòng)化程度高等特點(diǎn),隨著鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品日益大型化,對大線能量焊接工藝越來越青睞。然而大線能量下焊接熱影響區(qū)韌性惡化是一個(gè)突出的問題。合金元素 Al對低合金高強(qiáng)度鋼焊接熱影響區(qū)有較大的影響,但是 Al對低合金高強(qiáng)度鋼焊接熱影響區(qū)顯微組織及韌化機(jī)理尚不明了。
　　本文采用Gleeble試驗(yàn)機(jī)模擬三種不同Al含量(0.027％、0.038%和0.070%)低合金高強(qiáng)度鋼在三種不同焊接線能量(20

2、 kJ/cm、100 kJ/cm和200 kJ/cm)下的焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)。采用透射電鏡(TEM)觀察 M-A組元內(nèi)部組織形貌,采用電子衍射花樣分析M-A組元中馬氏體和殘余奧氏體的衍射斑點(diǎn),采用Image-Pro軟件和掃描電鏡(SEM)對馬氏體-奧氏體(M-A)組元體積分?jǐn)?shù)和形貌進(jìn)行統(tǒng)計(jì),重點(diǎn)研究了Al元素對大線能量焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)M-A組元內(nèi)部組織、含量及形貌的影響,以及與其低溫沖擊韌性的關(guān)系。
　　焊接線能量一定,隨著Al

3、含量升高,M-A組元內(nèi)部殘余奧氏體比例升高,體積分?jǐn)?shù)減少,尺寸越大的M-A組元(大于3μm)體積分?jǐn)?shù)隨著Al含量升高而降低的幅度較大。隨著Al含量升高,塊狀M-A組元先減少后增加,這與鐵素體長大過程中對富碳區(qū)域的夾擊或拖曳作用相關(guān)。隨著Al含量升高(0.023%~0.070%),試樣低溫(-20°C)沖擊吸收功明顯升高(78 J~299 J)。在透射電鏡下通過X射線光譜對焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)內(nèi)第二相粒子進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)析出相多為 Nb、Ti

4、復(fù)合析出,無AlN粒子,排除了析出相釘扎晶界阻止晶粒長大的作用。
　　Al含量相同的試樣,隨著焊接線能量升高,M-A組元尺寸隨著焊接線能量增大有所變大,塊狀M-A組元含量明顯增加。焊接線能量對尺寸不同M-A組元影響有所不同,隨著焊接線能量升高,尺寸小于3μm的M-A組元體積分?jǐn)?shù)先增加后減少,而尺寸大于3μm的M-A組元體積分?jǐn)?shù)增加,這與M-A組元數(shù)量減少有關(guān)。隨著焊接線能量升高(20 kJ/cm~200 kJ/cm),試樣低溫(-

5、20°C)沖擊吸收功平均值有所下降(299 J~176 J)。
　　本研究工作表明:增加 Al含量,提高鐵素體相變點(diǎn)和抑制碳化物析出,促進(jìn)碳原子在鐵素體基體和殘余奧氏體之間遷移,可以提高 M-A組元內(nèi)部殘余奧氏體含量,減少整體M-A組元在粗晶區(qū)的含量,改善M-A組元的形貌和尺寸,從而可以顯著提高低合金高強(qiáng)度鋼的低溫沖擊韌性。升高線能量會使M-A組元尺寸增大,塊狀M-A組元含量升高,M-A組元數(shù)量減少。因而,添加適當(dāng)Al元素是一個(gè)解