高強(qiáng)船板A36焊接熱影響區(qū)組織與韌性研究

高強(qiáng)船板A36焊接熱影響區(qū)組織與韌性研究作者簡介：馮立果（1981-），女，碩士研究生，工程師，作者簡介：馮立果（1981-），女，碩士研究生，工程師，2007年畢業(yè)于天津大學(xué)材料加工工程專業(yè)，現(xiàn)在河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司從事鋼鐵產(chǎn)品開發(fā)工作，E-mail：fengliguo2008@126.com（河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司技術(shù)中心，河北邯鄲056015）摘要：采用熱模擬技術(shù)和顯微觀察技術(shù)對邯鋼生產(chǎn)的高強(qiáng)船板A36焊接熱影響區(qū)不同區(qū)域的組織及韌性進(jìn)行了分析、研究。結(jié)果表明：峰值溫度為950℃時(shí)，組織為均勻而細(xì)小的鐵素體+珠光體（F+P），韌性最好；峰值溫度為1300℃時(shí)，組織為鐵素體+珠光體+魏氏組織（F+P+W），由于鐵素體沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出，且含有大量的魏氏組織，因此韌性最差。但不同峰值溫度下試樣的沖擊功值仍滿足標(biāo)準(zhǔn)對高強(qiáng)船板A36關(guān)鍵詞：熱模擬；高強(qiáng)船板A36；焊接熱影響區(qū)；組織與韌性0引言熔焊時(shí)在集中熱源的作用下，焊縫兩側(cè)發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域稱為“熱影響區(qū)”（HeatAffectedZone，簡稱HAZ)或“近縫區(qū)”（NearWeldZone)[1]。在實(shí)際的焊接接頭中，由于HAZ各部分與焊縫中心距離不同，所經(jīng)歷焊接熱循環(huán)差異顯著，導(dǎo)致HAZ各區(qū)域顯微組織存在明顯的梯度特征。同時(shí)由于HAZ范圍很窄，對HAZ內(nèi)的特定區(qū)域進(jìn)行組織觀察和力學(xué)性能測試比較困難，因此，通常采用焊接熱模擬技術(shù)，使大尺寸試樣經(jīng)歷與焊接過程中某部位相同的熱循環(huán)，然后加工成所需試樣進(jìn)行性能檢測和組織觀察，為各特定溫度區(qū)的組織及性能研究提供了可能性[2，3]。本文通過對高強(qiáng)船板A36焊接熱影響區(qū)不同區(qū)域的熱模擬試樣的夏比沖擊試驗(yàn)和顯微組織觀察，研究了該鋼種HAZ不同區(qū)域的韌性分布規(guī)律和組織特征。1試驗(yàn)材料及方法1.1試驗(yàn)材料試驗(yàn)選用的試驗(yàn)材料為邯鋼生產(chǎn)的高強(qiáng)船板A36，板厚為23.5mm，其化學(xué)成分如表1所示。表1高強(qiáng)船板A36化學(xué)成分%CSiMnPSNbAls70.0290.0120.0180.0361.2試驗(yàn)方法焊接熱模擬試驗(yàn)在Gleeble-3500熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試樣尺寸為10.5mm×10.5mm×76mm，試樣位于板厚中部（沿板厚方向兩側(cè)加工）沿板材橫向取樣。焊接熱模擬參數(shù)如表2所示，采用不同的峰值溫度分別模擬HAZ不同區(qū)域的組織和性能。表2不同峰值溫度的焊接熱模擬參數(shù)試驗(yàn)編號E/（kJ/cm)加熱速度/（℃/s)峰值溫度/℃高溫停留時(shí)間/s1501301300125013011001350130950145013080015501306501熱模擬后將試樣加工成10mm×10mm×55mm的標(biāo)準(zhǔn)V型缺口夏比沖擊試樣，缺口沿板厚方向開在均溫區(qū)。每個(gè)峰值溫度進(jìn)行3個(gè)試樣沖擊試驗(yàn)，1個(gè)金相試樣。沖擊試驗(yàn)按照GB/T229在ZBC2452-3全自動(dòng)擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)溫度為0℃，保溫時(shí)間不少于5min，試樣從液體介質(zhì)中移出至打擊的時(shí)間為3~5s利用金相顯微鏡觀察高強(qiáng)船板A36HAZ不同區(qū)域的顯微組織，腐蝕劑為4%的硝酸酒精溶液，顯微組織放大倍數(shù)為200倍。2試驗(yàn)結(jié)果及分析2.1沖擊韌性高強(qiáng)船板A36焊接熱影響區(qū)不同區(qū)域的沖擊試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，其韌性變化規(guī)律如圖1所示。表3高強(qiáng)船板A36鋼HAZ不同區(qū)域的沖擊試驗(yàn)結(jié)果線能量kJ/cm峰值溫度/℃沖擊功值/J單值平均值50130046.657.142.548.7110078.711177.689.1950150159152153.7800155145116138.7650110101102104.3試驗(yàn)結(jié)果表明：（1）峰值溫度不超過950℃時(shí)，沖擊功值均在100J以上，韌性較好；峰值溫度為950℃時(shí)，沖擊功值最高，韌性最好。（2）峰值溫度超過1100℃時(shí)，進(jìn)入HAZ粗晶區(qū)（CGHAZ），韌性降低；當(dāng)峰值溫度達(dá)到圖1A36高強(qiáng)船板HAZ不同區(qū)域韌性分布規(guī)律2.2組織形態(tài)組織決定性能，焊接熱影響區(qū)不同區(qū)域韌性差異的主要原因在于組織形態(tài)不同。圖2為高強(qiáng)船板A36焊接熱影響區(qū)不同區(qū)域的組織形態(tài)。（a）1300℃（b）（c）950℃（d）（e）65圖2A36高強(qiáng)船板HAZ不同區(qū)域的組織形態(tài)如圖2所示，當(dāng)峰值溫度為1300℃時(shí)，組織為鐵素體+珠光體+魏氏組織（F+P+W）。由于溫度過高，奧氏體晶粒粗大，且冷卻速度快，故鐵素體沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出，還有一部分鐵素體從晶界向晶內(nèi)按切變機(jī)制形成并排成針狀獨(dú)自析出，形成魏氏組織。由于魏氏組織會(huì)使鋼的力學(xué)性能，尤其是塑性和韌性顯著降低，因此，該區(qū)域的韌性最差，沖擊功值最低。當(dāng)峰值溫度為1100℃時(shí)，組織由鐵素體、珠光體和少量魏氏體組成（F+P+W少），由于魏氏組織數(shù)量較少，同時(shí)晶粒有所細(xì)化，故韌性提高。峰值溫度為950℃時(shí)，由于在加熱和冷卻過程中發(fā)生相變重結(jié)晶，因而組織得以細(xì)化，處于HAZ細(xì)晶區(qū)，組織為均勻而細(xì)小的鐵素體+細(xì)小的珠光體（F+P），韌性最好。峰值溫度為800℃時(shí)，組織由粗細(xì)不等的鐵素體+細(xì)小的珠光體組成（F+P）。這是由于該溫度下，僅一部分組織發(fā)生了相變重結(jié)晶過程，成為晶粒細(xì)小的鐵素體+珠光體（F+P），而另一部分始終未能溶入奧氏體的鐵素體，成為粗大的鐵素體，使鐵素體晶粒大小不一。峰值溫度為650℃時(shí)，處于HAZ的時(shí)效脆化區(qū)，在顯微鏡下觀察不到組織上的變化，仍為鐵素體+3結(jié)論（1）峰值溫度小于950℃時(shí)，沖擊功值均在100J以上，韌性較好；峰值溫度為950℃時(shí)，沖擊功值最高，韌性最好；峰值溫度超過1100℃時(shí)，進(jìn)入HAZ粗晶區(qū)（CGHAZ），韌性降低；峰值溫度達(dá)到1300（2）組織決定性能，峰值溫度為1300℃時(shí)，組織為鐵素體+珠光體+魏氏組織（F+P+W），沿奧氏體晶界析出的網(wǎng)狀鐵素體和魏氏組織的存在，顯著降低了鋼的塑性和韌性，韌性最低；峰值溫度為950℃時(shí)，組織為細(xì)小的鐵素體+細(xì)小的珠光體（F+P參考文獻(xiàn)[1]張文鉞．焊接冶金學(xué)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999：161．[2]劉文艷，王來，劉吉斌，等．含銅時(shí)效鋼模擬焊接熱影響區(qū)的組織與性能[J]．焊接學(xué)報(bào)，2008，29（5）：93～96．[3]孫俊生，陳嘩，欒守成，等．JG590鋼模擬熱影響區(qū)粗晶區(qū)的組織和性