高性能桥梁钢模拟焊接热影响区组织与性能研究

作者:王强;王云阁;尹绍江 刊名:宽厚板 上传者:李红霞

【摘要】摘要采用热模拟试验机Gleeble3800对高性能桥梁钢Q420qD焊接热影响区组织及軔性进行分析,主要研究峰值温度(Tmax)、冷却时间(t8/5)对焊接过程热影响区组织长大及低温钿性的影响.结果表明:Tmax为1000℃时,模拟焊接热影响区组织为细小的铁素体+少量珠光体,軔性最好;Tmax为1200~1300℃时,组织为粗大的上贝氏体及粒状贝氏体,钿性最差;Tmax为1400T时,随着冷却时间(t8/5)的延长,粗晶区组织明显长大,先共析铁素体数量增加,M-A组元尺寸变大,軔性降低.

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0前言随着我国道路交通建设步伐加快,钢桥建设也得到快速发展,公路及铁路钢桥制造越来越多地采用全焊接钢结构设计,对桥梁用钢的综合性能提出了更高的要求。传统桥梁钢的焊接加工通常需要进行预热和焊后热处理,以避免产生焊接裂纹,与此同时,焊接过程还需要严格控制热输入量和层间温度,以减轻焊接热影响区韧性恶化程度。高性能低裂纹敏感性钢板在成分设计上多采用低碳系列,降低了焊前预热温度,并通过合理利用钢中弥散分布的微米级夹杂物,达到改善焊接热影响区韧性目的。本文利用热模拟试验机Gleeble-3800对Q420q D高强度桥梁钢进行模拟焊接试验,分析、研究峰值温度、冷却时间等焊接热循环参数对焊接热影响区组织与性能的影响。1试验材料及方法试验用材料为唐钢中厚板公司生产的40 mm厚Q420q D高强度高韧性桥梁钢,其化学成分和力学性能如表1、表2所示。热轧态试验钢Q420q D的显微组织为多边形铁素体+少量珠光体,铁素体呈带状分布,如图1所示。表1 Q420q D桥梁钢的化学成分(质量分数)%C Mn S P Si Als Nb Ti Mo0.07 1.50 0.005 0.012 0.25 0.030 0.045 0.015 0.15表2 Q420q D高性能桥梁钢的力学性能Re/MPaRm/MPaA/%冲击温度/℃KV2/J Re/Rm冷弯(180°)d=3a453 585 28-20 189,204,198 0.77合格图1热轧态Q420q D桥梁钢显微组织采用Gleeble-3800型热模拟试验机进行单道次焊接模拟试验,焊接热输入量为30 k J/cm,峰值温度为1 000~1 400℃,见表3。因采用低碳成分设计,热模拟前无需预热,峰值保温时间为2 s,具体热模拟过程如图2所示。热模拟试样为板状试样,尺寸为10.5 mm×10.5 mm×65 mm。表3 Q420q D试验钢焊接模拟试验方案及参数试样编号热输入量/(k J·cm-1)峰值温度/℃停留时间/st8/5/s1#20 1 000 2 102#40 1 200 2 193#50 1 300 2 464#80 1 400 2 72通过光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察焊接模拟后试样的显微组织,腐蚀剂为4%图2 Q420q D试验钢焊接热循环工艺曲线浓度硝酸酒精溶液。将热模拟后试样加工成尺寸为10 mm×10 mm×55 mm的V型缺口冲击试样,根据GB/T 229-2007标准进行冲击试验,试验温度为-20℃。使用HBV-30A型硬度仪测定热模拟后试样的维氏硬度。2试验结果与讨论2.1显微组织由图3中1#、2#试样金相组织可以看出,与图1热轧态Q420q D桥梁钢的显微组织相比,在峰值温度1 000℃进行焊接模拟试验后,对于焊接热输入量为20 k J/cm的1#试样,热影响区组织为铁素体+珠光体,晶粒细化得到一定改善,这是因为加热峰值温度在Ac3以上,母材组织全部转变为奥氏体,但是由于峰值温度相对较低,高温停留时间短,在随后的冷却过程中得到均匀且细小的铁素体和珠光体;随着热输入值提高,2#、3#、4#试样热影响区组织发生明显改变,原奥氏体晶粒尺寸长大,组织转变为铁素体+珠光体+针状铁素体、上贝氏体+粒状贝氏体及上贝氏体+粒状贝氏体。图3焊接模拟试验后Q420q D试验钢的金相组织2.2热影响区低温韧性经过不同焊接热模拟工艺热循环后获得的焊接热影响区冲击韧性及断口形貌如表4、图4所示。表4 Q420q D试验钢焊接热影响区冲击韧性试样编号热输入量/(k J·cm-1)冲击温度/℃KV2/J1#

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