t8/5时间对高强建筑钢焊接热影响区组织和性能的影响  

作者:魏献忠;吕晓娟;唐静 刊名:《铸造技术》 上传者:花苏榕

【摘要】利用焊接热模拟实验机,采用3种t8/5对Q550钢焊接热影响区进行热模拟实验,观察试样的金相组织,研究其拉伸和冲击性能。结果表明,粗晶区(CGHAZ)组织为粗大的贝氏体,随着t8/5增加,原奥氏体晶界逐渐消失,铁索体板条的宽度增加,长度变小,强度逐渐下降,断面收缩率则呈线性缓慢增加。细晶区(FGHAZ)组织为铁素体+珠光体,随着t8/5增加,组织粗化,强度呈线性下降,断面收缩率逐渐提高。临界区(ICHAZ)为不均匀的铁素体+珠光体,随着t8/5增加,铁素体晶粒变小,珠光体含量增加,组织不均匀性增加,强度缓慢下降,断面收缩率缓慢增加。

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在高层建筑及大跨度桥梁中普遍采用较高强度级别的钢材,可以明显减少钢材用量、减少施工量、降低施工成本、提高建筑寿命和可靠性,具有明显的经济效益和社会效益[1]。国内目前建筑用钢应用的最高级别主要是Q460钢,更高强度级别的钢材使用较少,而最低强度级别则在195MPa以上[2,3]。为了配合大型建筑工程的开展,研制了屈服强度为550MPa级别的高强高韧低合金钢。为了降低合金成本,采用控制轧制(TMCP)工艺,这种工艺生产的Q550钢合金元素含量低,强度主要通过细晶强化和析出强化来保证[4]。然而,在焊接过程中热影响区由于经历了不同的热循环,韧性、塑性及强度指标往往较母材有所降低,焊接工艺不当还有可能造成热影响区性能严重恶化,影响钢材的使用[5]。因此,对钢材在焊接过程中热影响区组织性能的变化规律进行研究很有必要。然而热影响区宽度一般都只有几毫米,要想充分了解这一细小区域的组织性能通过传统的焊接实验是很难实现的。焊接热模拟技术可以很好的解决这一问题,把实际的焊接热影响区进行放大,方便了后续的组织性能研究[6,7]。本研究采用焊接热模拟实验机,对t8/5时间分别为10、35和60s的Q550钢焊接热影响区粗晶区、细晶区、临界区进行了热模拟实验,研究了t8/5对热影响区组织和性能的影响。1实验材料及方法实验母材为采用控轧控冷工艺生产的Q550低合金高强钢板,规格为20mm,供货状态为热轧,金相组织如图1所示,主要为铁素体+珠光体。化学成分及力学性能分别如下表1和表2所示。图2为热模拟用冲击试样和拉伸试样的结构示意图。可以看出,冲击试样尺寸为55mm10mm10mm,拉伸试样尺寸为准12mm120mm。采用热模拟机对HAZ粗晶区、细晶区、临界区进行热模拟,其中粗晶区模拟的峰值温度为1380,细晶区峰值温度为1080,临界区峰值温度为860,t8/5则分别选用10、35和60s三种。首先将热模拟试样以100/s的速度加热至峰值温度,保温3s后再用对应的t8/5冷却速度分别冷却至室温。采用万能拉伸实验机检测模拟热影响区各区的拉伸力学性能,分别记录抗拉强度、屈服强度和断面收缩率。采用摆锤冲击实验机检测冲击韧度,冲击实验温度为-20。将热模拟试样磨平、抛光后用3%的硝酸酒精溶液进行腐蚀,采用光学显微镜观察金相组织。2实验结果及分析2.1焊接接头的金相组织图3为不同热循环的热影响区粗晶区显微组织。粗晶区在焊接过程中经历的峰值温度为1300,高于Ac3温度,母材组织完全奥氏体化,高温停留时间长,奥氏体严重长大,最终冷却形成粗大的组织。可以看出,3种热循环条件下粗晶区组织主要为粗大的贝氏体,当t8/5为10s时,粗晶区组织中还有少量的马氏体,原奥氏体晶界明显,贝氏体中铁素体呈板条状分布。随着t8/5时间的延长,原奥氏体晶界逐渐消失,铁素体板条的宽度增加,长度变小。图4为不同热循环的热影响区细区显微组织。细晶区在焊接过程中经历的峰值温度为1050,高于Ac1温度约200,母材组织完全奥氏体化,最终冷却形成细小的正火组织。可以看出,细晶区组织为铁素体+珠光体。随着t8/5时间的延长,组织有所粗化。图5为不同热循环的热影响区临界区显微组织。临界区在焊接过程中峰值温度为Ac1~Ac3之间,母材组织部分奥氏体化,最终冷却形成铁素体和珠光体组织,而另一部分则几乎保持原始形貌,最终冷却形成不均匀的铁素体+珠光体。可以看出,随着t8/5时间的延长,铁素体晶粒变小,珠光体含量增加,组图1Q550低合金高强钢的金相组织Fig.1MetallographicmicrostructureofQ5

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