Q460q钢模拟焊接热影响区组织及韧性研究

作者:郭魁文;朱健;王秉新 刊名:焊接技术 上传者:俞红

【摘要】采用热模拟试验机对Q460q高强度桥梁钢热影响区的组织及韧性进行了分析、研究。结果表明,峰值温度Tp为900℃时,模拟焊接热影响区组织为细小的铁素体+少量细小的珠光体,韧性最好。Tp为1100~1350℃时,组织为粗大的粒状及板条状贝氏体,韧性最差。Tp为1350℃时的粗晶区,随着冷却时间t8/5的延长,组织变得粗大,先共析铁素体数量增加,M-A组元尺寸变大,且数量先增加后减少,韧性降低。

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0概述Q460q高强度桥梁钢在焊接过程中,由于受到焊接热循环的影响,焊接HAZ常常成为整个焊接接头薄弱环节。所以,研究高强度桥梁钢焊接HAZ组织和性能的变化,对于提供合理的高强度桥梁钢焊接工艺具有重要的意义。通常焊接HAZ的范围很窄,若想对实际接头热影响区的性能进行较精确的研究是困难的。为此,通常采用焊接热模拟试验技术,使一定尺寸的试样经历与焊接过程相同的热循环,使模拟试样的金相组织与所研究的焊接热影响区的特定区域的组织相同,使焊接HAZ各狭小的特定温度区域得以放大,为各特定温度区的组织及性能研究提供了可能性[1-3]。本文采用热模拟试验机对Q460q高强度桥梁钢进行模拟焊接试验,分析、研究了峰值温度、冷却时间等焊接热循环参数对焊接热影区的组织与韧性的影响。1试验材料及方法试验用材料为某钢厂生产的20mm厚Q460q高强度桥梁钢,其化学成分见表1。在MMS-300热模拟试验机上模拟Q460q钢所经历的焊接热循环过程。试样规格为11mm11mm55mm。模拟焊接工艺:(1)加热速度为100/s,冷却时间t8/5为40s,峰值温度为8001350,模拟焊接HAZ不同区域组织;(2)加热速度为100/s,峰值温度为1350,冷却时间t8/5为60200s,模拟粗晶区在不同热输入条件下的组织。将模拟试样加工成10mm10mm55mm标准V形缺口夏比冲击试样,利用干冰+酒精溶液将试样冷却到-20,在Instron落槌冲击试验机上测定试样的冲击韧性。冲击试验后,在试样上切取金相试样,然后进行研磨、抛光,用(HNO3)4%酒精溶液和Lepera试剂进行腐蚀,在Leica光学显微镜下观察试样的组织形态。2试验结果与分析图1为不同Tp时模拟HAZ各区域的组织。当Tp为800时,组织由粗细不等的铁素体+细小的珠光体构成。这是由于在此温度下,原始组织发生部分奥氏体化,原始组织中碳含量较高的珠光体和贝氏体发生奥氏体转变,在随后的冷却过程中转变成细小的铁素体+珠光体,而原始组织中粗大的铁素体则保留下来,使铁素体晶粒大小不一。当Tp为900时,组织为细小的铁素体+少量细小的珠光体。此时,原始组织全部奥氏体化,由于Tp较低,在随后的冷却过程中转变为细小的铁素体+珠光体。在Tp为1100时,组织由粗大的粒状贝氏体构成。当Tp为1350时,由于Tp较高,冷却速度较快,出现不同位向的粗大板条贝氏体以及粒状贝氏体。以上各个Tp温度分别模拟了HAZ区域中不完全相变重结晶区、相变重结晶区及粗晶区的组织。不同Tp时的冲击韧性如图2所示。当Tp为900时(相变重结晶区),由于组织细小,韧性最好。而Tp在1100以上时(相当于HAZ中的粗晶区),组织为粗大的粒状或板条贝氏体,韧性较差,表明粗晶区发生脆化。图3为在不同热输入条件下HAZ粗晶区组织。Tp为1350时,Nb,V的碳氮化物基本溶解,对晶粒的钉扎作用消失,在经历焊接热循环后,组织发生较严重的粗化。随着t8/5的延长(即冷却速度降低),在原始奥氏体晶界上析出的先共析铁素体增多,尺寸增大,粒状贝氏体的岛状物宽度逐渐变宽,长度逐渐变小,贝氏体铁素体的板条束变粗。表1Q460q高强度桥梁钢的化学成分(质量分数)(%)CSiMnPSNbV0.0850.361.420.010.0030.0340.066图1不同峰值温度时模拟HAZ的组织((HNO3)4%酒精溶液腐蚀)(a)800(c)1100(b)900(d)135020m20m20m20m22020018016014012010080604020峰值温度/冲击吸收功AKV/J(-20)80090

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