500MPa级螺纹钢焊接热影响区组织和性能的研究

作者:邱隆鹏;何宜柱;方俊飞;杨磊 刊名:安徽工业大学学报(自然科学版) 上传者:李海鹰

【摘要】使用焊接热模拟技术对500 MPa IV级螺纹钢进行试验,研究不同热输入时,焊接热影响区显微组织、冲击韧性和显微硬度的变化规律。结果表明:当t8/5<20 s时,热影响区粗晶区由羽毛状上贝氏体和铁素体组成,随着t8/5的增大,粗晶区组织转变成粒状贝氏体、羽毛状贝氏体、珠光体和铁素体混合组织,且粒状贝氏体含量逐渐增加,羽毛状贝氏体含量减小。当t8/5增大到300 s时,粗晶区组织只有铁素体和珠光体。焊接热影响区(HAZ)的室温冲击功随着t8/5的增大而呈增大的趋势,当t8/5为60 s时热影响区的室温冲击功达到最大值,进一步增加t8/5,HAZ室温冲击功呈减小的趋势,且冲击后的断口形貌由脆性断裂的准解理断口形貌转向韧窝和河流花样的解理混合形貌。焊接热影响区最大硬度和硬化比随着t8/5的增大呈减小的趋势。

全文阅读

螺纹钢是一种常用的建筑用钢,在整个钢铁消费市场的比例很大[1]。提高螺纹钢的级别,可有效减少螺纹钢的使用量,同时减少螺纹钢的焊接、预制以及运输等工作量,有利于改善混凝土的流动性,提高工作效率,从而有效降低建设成本[2]。随着微合金化技术的应用及各种钢材组织细化,强化技术的使用,螺纹钢的性能有明显的提高[3-4]。但螺纹钢在焊接过程中出现组织恶化和韧性降低等问题。在焊接热循环作用下,焊缝附近的母材不可避免地经受特殊的热过程,即焊接热影响区(HAZ)会出现组织和性能的恶化,成为焊接接头中最薄弱的环节[5];热影响区粗晶区(CGHAZ)晶粒在冷却过程中发生相变过程,可能形成粗大的晶界铁素体、侧板条铁素体和上贝氏体以及重新析出沉淀的碳氮化物等[6],从而使粗晶热影响区(CGHAZ)成为热影响区性能最薄弱的区域。采用热模拟技术,利用小试样获得较大尺寸范围内热影响区某一特定温度区的均匀母材原始组织为铁素体和珠光体,其中铁素体增强钢的塑性和韧性,而珠光体在保证钢良好强度的同时,也能保持钢的塑性和韧性。焊接热模拟试验在Gleeb1e3500型热模拟试验机上进行,试样尺寸为l1mml1mm55mm。采用一次热循环进行模拟,峰值温度为1320,加热速率为100/s,峰值温度停留时间为0.5s。实验中根据Rykalin-3D热源模型[8],设置500~800之间8个不同冷却时间t8/5(t8/5分别为10,12,15,20,30,60,100,300s温度及组织性能,使焊接热影响区各窄小的特定温度区放大,提供对各特定温度区显微组织及性能研究的可能性[7]。文中针对500MPaIV级螺纹钢,通过Gleeble3500热模拟单道次焊接热循环,研究不同热输入时,焊接热影响区粗晶区组织变化,室温冲击韧性和显微硬度的变化趋势。1试验方法试验材料为马钢生产的直径为25mm的500MPaIV级螺纹钢,主要化学成份(质量分数)为:C0.23;Si0.7;Mn1.46;Cr0.01;Mo0.005;V0.11;Ni0.006;Cu0.009;P0.023;S0.021。母材原始组织金相照片如图1。图1螺纹钢金相组织照片以模拟不同焊接热输入对HAZ组织和性能的影响。每组做4个试样,3个用于冲击实验,一个用于硬度实验和金相分析。在型号为JSM6490LV扫描电子显微镜(SEM)观察热影响区组织形貌,在HV1000维氏硬度计进行试样硬度值的测试(加载1kg,加载时间20s)。热模拟试样加工成l0mml0mm55mm标准夏比V型缺口冲击试样,在JBC300材料冲击试验机上进行试样室温冲击实验。2实验结果及分析2.1不同热输入下粗晶区组织的变化图2为不同t8/5下热影响区粗晶区(CGHAZ)组织扫描照片。从图2可看出:不同的热输入都促使CGHAZ的晶粒发生不同程度的长大,同时焊接热输入也影响组织形态的变化。图2(a)(,b)(,c)对应t8/5为10,12,15s时的组织为羽毛状上贝氏体和铁素体,并未发生马氏体的转变。当t8/5为20s时(图2(d)),其组织为少量的粒状贝氏体、上贝氏体、珠光体、铁素体混合组织,且随着t8/5的增大,粒状贝氏体含量逐渐增加,羽毛状贝氏体含量减小。随着热输入的继续增大,如图2(e)(,f)(,g),珠光体含量增加,贝氏体形态主要是粒状,羽毛状上贝氏体含量明显下降。但t8/5增大到300s时,焊接热输入最大,形成的组织为铁素体和珠光体,组织粗大。(a)t8/5=10s(b)t8/5=12s2.2不同t8/5对热影响区冲击韧性的影响热影响区的室温冲击功随不同t8/5的

参考文献

引证文献

问答

我要提问