t_(8/5)对含Zr钢热模拟焊接热影响区组织与性能的影响

作者:李小宝;张宇;许红梅;王纳 刊名:金属热处理 上传者:李红

【摘要】采用Gleeble热模拟方法研究了在峰值温度1400℃保温3 s条件下,不同t8/5时间对一种Zr处理钢热模拟粗晶区的组织与力学性能的影响。结果表明,t8/5时间为13~700 s时,试验钢热模拟粗晶区随t8/5的延长,奥氏体晶粒尺寸由50μm增加到接近520μm,相转变组织由贝氏体逐渐转变为晶界铁素体+晶内针状铁素体+晶内多边形铁素体,硬度值由220 HV0.5降低到145 HV0.5,热模拟粗晶区的-20℃冲击吸收能量≥200 J。经扫描电镜分析,晶内铁素体的形核得益于试验钢中大量弥散分布的0.5~2μm的Zr-Ti-O复合夹杂物;断口分析结果表明t8/5时间为80 s和>300 s时,热模拟粗晶区冲击性能降低,与组织中的上贝氏体和粗大的晶界铁素体有关。

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近年来,随着高效焊接技术的快速发展,多丝埋弧焊、气电立焊、电渣焊等大热输入焊接方法已逐步投入工业生产中应用,传统的普通钢板已不能适应上述焊接技术的工业化应用和推广[1-3]。因此针对如何改善大热输入量焊接条件下热影响区韧性的问题,国内外纷纷展开了大量的研究工作[4-7],具体途径可归结为:采用低C及低碳当量(Ceq)设计;利用Ti/Nb/V的碳氮化物抑制焊接粗晶区的奥氏体晶粒长大;通过“氧化物冶金”技术改善焊接粗晶区的组织,即采用Mg、Zr、Ce、Ca等元素与Ti复合,在钢中形成细小弥散分布的氧硫化物来诱导焊接过程中粗晶热影响区的晶内针状铁素体相变,从而改善焊接粗晶区的冲击韧性。目前,尤以“氧化物冶金”技术研究的最多,但研究的重点均为何种元素形成的氧硫化物可以促进针状铁素体的形核,而对于热输入量的变化对该类钢板组织与性能影响的研究则少见报道[8-9]。因此,本文试制了一种含Zr钢板,并利用Gleeble热模拟试验,系统研究不同热输入量对上述成分钢板的热模拟粗晶区组织与性能的影响,以期给实际的工业生产和应用提供参考。1试验材料及方法试验钢采用80kg真空感应炉冶炼,具体化学成分(质量分数,%)为0.05C、0.15Si、1.50Mn、0.1%(Nb+V+Ti)、0.01Zr、0.01P、0.01S。钢锭去头尾后,在国产NEU-RAL750型二辊可逆式轧机上进行轧制、并制得厚度为30mm的钢板。具体轧制工艺为:轧制前钢锭加热至1200并保温3h,精轧开轧温度900,厚度累计压下率60%,轧后水冷速度10~25/s,终冷温度400~500。图1为试验钢的显微组织,主要由多边形铁素体(PF)和针状铁素体(AF)构成。力学性能测试表明,试验钢低温韧性优异,-60冲击吸收能量均>200J,其屈服强度和抗拉强度分别为372和485MPa,断后伸长率22%。图1试验钢的显微组织Fig.1Microstructureofthetestedsteel焊接热影响区(HAZ)的模拟试验在Gleeble3800热模拟试验机上进行,试样尺寸为11mm11mm80mm。HAZ热模拟试验参数为:加热速率180/s;峰值温度1400,保温3s;采用Rykalin2D热传导模型,模拟板厚设为30mm;t8/5时间分别为13、40、80、150、300、550和700s,其对应的焊接热输入量分别约为30、60、80、110、160、215和240kJ/cm。热循环曲线如图2所示。热模拟试验完成后将试样加工成10mm10mm55mm的标准冲击试样,在IMP450-J型摆锤冲击试验机进行V型缺口冲击试验。维氏硬度测试参照GB/T26542008《焊接接头硬度试验方法》进行,加载载荷砝码0.5kg。图2HAZ热模拟循环曲线Fig.2ThermalsimulationcyclecurvesofHAZ将热模拟试样沿热电偶焊接的位置切开,经研磨、抛光后,用4%硝酸酒精腐蚀,使用光学显微镜(OM)分析热模拟HAZ组织;断口形貌及精细组织观察采用Quanta3DFEG扫描电镜(SEM)进行。2试验结果与分析2.1组织分析图3为试验钢热模拟HAZ的显微组织。由图3可知,t8/5时间为13~80s时,试验钢的热模拟HAZ组织主要为贝氏体(B),其中t8/5为80s时,组织中开始出现晶界铁素体(GBF);当t8/5时间为150~700s时,试验钢热模拟HAZ组织则转变为GBF+晶内针状铁素体(IAF)+晶内多边形铁素体(IPF),且随着t8/5时间的延长,组织中IAF+IPF所占比例逐渐增加,而GBF的晶

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