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(xué)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(dǎo)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(yù)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(zhǔn)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(dá)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(dá)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(dá)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(dá)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(xì)化晶粒的作用。Ni元素有利于形成更多板條貝氏體和細(xì)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(dǎo)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(dǎo)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