TMCP特厚E500钢板模拟焊接热影响区的组织与性能

海洋工程的高速发展对海工钢板提出更高要求。超高强度、大厚度、经济型海工钢板正在成为海洋平台及船体的急需钢材[1-2]。因此,国内外学者正致力于开发高强韧、大厚度、易焊接海工钢板[1-7]。热机轧制(thermomechanicallycontrolledprocess,TM-CP)技术在生产高性能钢板中得到广泛应用,但采用5000mm四辊可逆轧机大批量生产TMCP态E500级特厚(80mm厚)海工钢板还鲜有报道。焊接性能是海工钢板关注的重点。焊接热影响区粗晶区(coarse-grainheat-affectedzone,CGHAZ)是整个焊接区域的薄弱环节,如何保证焊接热影响区的性能与母材、焊缝相一致已成为研究热点。特厚钢板经焊接热循环时首先产生CGHAZ,CGHAZ在随后的多道次焊接过程中经历Ac1以下、Ac1~Ac3、Ac3以上温度范围的热循环,经后续不同道次热循环的CGHAZ的冷却速率不尽相同[8]。根据二次峰值温度t2p,CGHAZ形成不同亚区:亚临界加热粗晶热影响区(subcriticallyreheatedcoarse-grainedHAZ,SCGHAZ)、临界加热粗晶热影响区(intercriticallyre-heatedcoarse-grainedHAZ,IRCGHAZ)和过临界粗晶热影响区(supercriticallyreheatedcoarse-grainedHAZ,SRCGHAZ)。IRCGHAZ和SRCGHAZ的组织与性能变化具有复杂性和不确定性,成为研究焊接热影响区粗晶区的重点。因此,研究特厚钢板焊接热影响区(CGHAZ、IRCGHAZ和SRCGHAZ)组织与性能的变化规律,对焊接材料的选择、焊接工艺的确定具有重要的指导意义。本文以工业生产的80mm厚E500海工钢板为研究对象,采用Gleeble-3800热模拟试验机模拟试验钢板在不同热循环(单道次、双道次)下焊接热输入量E及二次峰值温度t2p对CGHAZ组织与性能的影响,得出焊接过程奥氏体连续冷却相变曲线(simu-latedheat-affectedzonecontinuouscoolingtransfor-mation,SH-CCT)。利用扫描电镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)技术分析HAZ精细组织;使用示波冲击、断口分析等试验手段研究HAZ试样的冲击断裂行为。试验结果可为E500特厚海工钢板的实际焊接提供依据。1试验材料及方法试验用E500海工钢板经铁水预脱硫处理、180t转炉炼钢、钢包精炼(LF)、RH法真空脱气、板坯连铸、TMCP等工业生产过程获得。其化学成分见表1,碳当量为0.44,焊接裂纹敏感指数为0.18。添加镍元素有利于提高钢板的低温韧性,铜铬合金元素能增强耐腐蚀性能[9-10],微量钛元素可改善钢板的焊接性能[11]。炼钢时使用钙处理可以控制夹杂物形状,连铸时使用轻压下可以降低铸坯的中心偏析程度。钢板的控轧控冷(TMCP)是在配备5000mm四辊可逆轧机和多功能加速冷却系统(multi-purposeinterruptcooling,MULPIC)的工业生产线上进行,板坯加热温度为1180,保温2h,精轧总压下率大于50%,轧后钢板进入MULPIC系统经层流冷却水冷至350左右,然后空冷至室温。表1试验钢化学成分(质量分数)Table1Chemicalcompositionoftheexperimentalsteel%C0.06Si0.16Mn1.55P0.006S0.002Cr+Ni+Cu1.08Al0.032Ti0.014V0.01