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1、低合金高強(qiáng)鋼大熱輸入焊接熱影響區(qū)組織性能夏佃秀1,2,尚成嘉1,孫衛(wèi)華2,侯東華1,曄2陳(1.北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京100083;2.濟(jì)南鋼鐵有限公司技術(shù)中心,濟(jì)南250101)摘要:利用MMS—200熱力模擬試驗(yàn)機(jī)研究了610MPa級(jí)低合金高強(qiáng)度鋼不同熱輸入焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)(coarsegrainhighaffectedzone,CGHAZ)的組織和性能.結(jié)果表明,隨著熱輸入的增加,試驗(yàn)鋼CGHAZ組織逐漸粗大,低溫沖擊吸收功下降,但在80～100kJ/cm的大熱輸入沖擊下,熱影響區(qū)
2、仍能夠保持良好的低溫韌性,只有在120kJ/cm的大熱輸入下,韌性顯著下降.鋼中彌散分布著大量細(xì)小TiN粒子(在焊接熱循環(huán)中抑制原奧氏體長大、作為形核點(diǎn)促進(jìn)針狀鐵素體形成),是保證鋼板具有良好的抗大熱輸入焊接性能的主要原因.關(guān)鍵詞:熱模擬;熱影響區(qū)粗晶區(qū);氮化鈦粒子;大熱輸入焊接夏佃秀中圖分類號(hào):TGl42.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0253-360X(2011)04-0083-04表1Table1試驗(yàn)鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)Chemicalcompositionofteststeel0序言CSiMn
3、VMoNiNb+TiSPFe隨著國內(nèi)對(duì)石油需求的不斷增長,石油儲(chǔ)罐朝著大型化、輕量化方向發(fā)展,10～20萬m3的大型石油儲(chǔ)罐,容積大,焊接量大.為提高焊接效率和施工質(zhì)量,必須采用氣電立焊等高效自動(dòng)化焊接方法,熱輸入從30kJ/cm至100kJ/cm,有時(shí)甚至達(dá)到120kJ/cm.怎樣防止由于大熱輸入焊接過程中熱影響區(qū)的韌性大幅下降成了高強(qiáng)度儲(chǔ)罐鋼開發(fā)的關(guān)0.100.351.490.04≤0.20≤0.40≤0.150.0020.007余量表2試驗(yàn)鋼力學(xué)性能Mechanicalpropertiesofte
4、ststeelTable2屈服強(qiáng)度ReL/MPa抗拉強(qiáng)度Rm/MPa-20℃沖擊吸收功AKV/J斷后伸長率A(%)55065019.5290鍵[1].粗晶區(qū)是焊接熱影響區(qū)組織惡化最嚴(yán)重的區(qū)進(jìn)行21mm模擬焊接熱循環(huán)試驗(yàn),采用相當(dāng)于60,80,100,120kJ/cm的熱輸入,使試樣承受類似實(shí)際大熱輸入焊接的熱沖擊,加熱速率300℃/s,初始溫度20℃,峰值溫度1350℃,峰值停留時(shí)間1s,對(duì)域,在大熱輸入焊接熱循環(huán)條件下,如何改善熱影響區(qū)粗晶區(qū)(coarsegrainhighaffectedzone,C
5、GHAZ)組織,提高其力學(xué)性能是大型石油儲(chǔ)罐用鋼的技術(shù)難點(diǎn)[2].文中通過MMS—200熱力模擬試驗(yàn)機(jī)、掃描應(yīng)60,80,100,120kJ/cm的熱輸入時(shí)間試驗(yàn)鋼(t8/5電鏡、透射電鏡等設(shè)備,模擬研究了大熱輸入高強(qiáng)鋼在不同熱輸入下CGHAZ的組織與性能的關(guān)系,分析了該鋼的焊接熱敏感性,為該鋼板的生產(chǎn)及推廣應(yīng)用提供了參考依據(jù).從800℃冷卻至500℃的時(shí)間)分別為56,100,158,225s.圖1為實(shí)際獲得的熱循環(huán)曲線.1試驗(yàn)方法試驗(yàn)材料選用濟(jì)鋼中厚板廠生產(chǎn)的高強(qiáng)度儲(chǔ)罐用鋼板,其厚度為21mm,化學(xué)
6、成分如表1所示,力學(xué)性能見表2.將試驗(yàn)鋼加工成11mm×11mm×55mm的焊接熱模擬沖擊試樣,在MMS—200熱模擬試驗(yàn)機(jī)上圖1不同熱輸入焊接熱循環(huán)曲線Fig11Curvesofweldingthermalsimulationwithvariousheatinputs收稿日期:2009-12-01焊接學(xué)報(bào)第32卷84經(jīng)熱循環(huán)后熱模擬試樣加工至10mm×10mm×55mm,在CDW—60沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行夏比V形缺口沖擊試驗(yàn),每組熱輸入進(jìn)行3個(gè)試樣沖擊試驗(yàn),在HVS—1000型顯微硬度計(jì)上測(cè)量各試樣熱模擬
7、HAZ粗晶區(qū)顯微硬度(載荷1.96N,加載時(shí)間10s).將母材及熱模擬后試樣進(jìn)行磨拋制成金相試樣,用掃描電鏡觀察微觀組織形貌,分析不同熱輸入焊接粗晶區(qū)的組織變化.對(duì)母材及熱輸入為100kJ/cm的試件熱模擬粗晶區(qū)進(jìn)行碳萃取復(fù)型,利用TecnaiG2F30S—TWIN300kV場(chǎng)發(fā)射透射電鏡觀察二相粒子在焊接熱循環(huán)下析出種類和形貌.小熱輸入的組織,以針狀鐵素體、粒狀貝氏體為主,幾乎沒有粗大的貝氏體及魏氏組織,原奧氏體晶界依稀可見,原奧氏體長大不明顯,這種組織具有較好的強(qiáng)韌性匹配.隨著熱輸入的增大,粗晶區(qū)組
8、織晶粒變粗,晶界由明顯、平直變?yōu)槟：?80,100kJ/cm焊接熱輸入的組織以貝氏體為主,另外含有少量的針狀鐵素體和多邊形鐵素體,偶見魏氏鐵素體組織,2試驗(yàn)結(jié)果2.1模擬焊接熱循環(huán)熱影響區(qū)粗晶區(qū)力學(xué)性能經(jīng)不同熱輸入模擬后CGHAZ沖擊吸收功及硬度與母材的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見圖2.圖2不同熱輸入焊接熱模擬CGHAZ沖擊吸收功及硬度Fig12Charpyimpactvalueandhardnessofthermalsim2ulatedCGHAZwit
