大热输入焊接高强度低合金钢热影响区的晶粒细化_余圣甫
连续油管焊接热影响区原始奥氏体晶界的显示方法
连续油管焊接热影响区原始奥氏体晶界的显示方法梁维;石凯;侯春锋【摘要】对 QT900连续油管焊接热影响区原始奥氏体晶界的侵蚀方法进行了探索，找到了一种新的显示方法.结果表明：采用100 mL 过饱和苦味酸水溶液＋1~2 g洗洁精＋1．5 g 十二烷基苯磺酸钠配置的侵蚀液，水浴加热至65℃进行化学侵蚀，能够清晰地显示出 QT900连续油管热影响区的原始奥氏体晶界.%The revealing method for original austenite grain boundary of welding heat affected zone of coiled tubings was explored,and a new method was found.The results show that etching the specimens with reagent of 100 mL supersaturated solution of picric acid+ 1~2 g detergent +1.5 g sodium dodecyl benzene sulfonate at 65 ℃, could reveal the original austenite grain boundary clearly of welding heat affected zone of QT900 coiled tubing.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2016(052)004【总页数】3页(P260-261,269)【关键词】连续油管;热影响区;原始奥氏体晶界;晶界显示【作者】梁维;石凯;侯春锋【作者单位】西安石油大学材料加工工程重点实验室，西安 710065;西安石油大学材料加工工程重点实验室，西安 710065;西安石油大学材料加工工程重点实验室，西安 710065【正文语种】中文【中图分类】TG115.21钢加热到临界温度以上奥氏体化后，虽以不同的速率冷却得到不同的组织，但原始奥氏体晶界并没有消失，且原始奥氏体晶粒的大小对金属材料的力学性能有很大的影响。
大热输入焊接用EH40船板钢焊接热影响区组织转变与力学性能
试验研究傅荡大热输入焊接用EH40船板钢焊接热影响区组织转变与力学性能刘洪波！，李建新"，吝章国！，齐建军！，田志强!，刘崇！（1.河钢集团钢研总院，石家庄050000；2.河钢股份有限公司，石家庄050000）摘要：河钢集团采用氧化物冶金技术开发出了大热输入焊接用EH40船板钢，利用DIL805L淬火相变膨胀仪结合焊接热模拟技术，研究了EH40船板钢焊接热影响区（HAZ）连续冷却转变行为和不同冷却速度下HAZ的组织转变。
同时，采用Gleeble-3800热模拟试验机对EH40船板钢进行焊接热模拟试验，并对其焊接HAZ力学性能进行了测定。
焊接HAZ连续转变曲线（SHCCT）表明，当冷却速率W16/s时，主要发生铁素体/珠光体转变;随着冷却速率增大至26/s时，贝氏体开始析出；当冷却速率在2~36/s时，发生铁素体/珠光体和贝氏体转变;当冷却速率在5~106/s时，发生铁素体/粒状贝氏体转变;而且随着冷却速率增大，贝氏体；当冷却速率增大至156/粒时，开始出现板贝氏体;当冷却速率在30-1006/粒时,开始出氏体，并氏体。
另外，焊接热模拟和冲击试验结果表明，经过200kj/cm热输入焊接热模拟后,EH40船板钢HAZ在-406下的平均冲击吸收能量为205/远大于国标要求的41/采用扫描电镜及配套的能谱仪对EH40船板钢焊接HAZ析出进行了分析,结果表明（Ti,Mn,Si,Mg）O.-MnS为进焊接HAZ针状铁素体的形成，了焊接HAZ的性。
关键词：大热输入焊接；EH40船板钢；焊接热影响区；连续冷却；组织转变中图分类号：TG4060前言在船速增长的下，船板钢的在速$随着造船行、大输量的增长，其发大、承的超大型船'1-3（$船大的，在合时需要使用焊接的进行连接⑷。
船采用热输入焊接以焊接热影响区（HAZ）的力学性能,但率$,焊和焊等高焊接的用在大、容器制和船舶制领域［5_6］$因此，开发大热输入焊接用钢成为焊接效率、降生产成本行之的方$大热输入焊接用钢一般是指热输入大于50kj/cm 的钢板［7'8］,g前该种钢板是世界钢铁发达国家竞收稿日期：2020-09-14基金项目：国家重点研发计划资助项目（2016YFB0300602）；深水油气管线关键技术与装备北京市重点实验室开放基金项目（BILT2019001）$doi:10.12073粒hj.20200914001相追逐的先进技术之一。
焊接热输入对Q890高强钢热影响区裂纹扩展的影响
第38卷第8期焊接学报Vol. 38 No. 8 2 0 1 7 年 8 月TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION August2017焊接热输入对Q890高强钢热影响区裂纹扩展的影响崔冰i，2，彭云2，彭梦都2，江卓俊2(1.安徽工业大学材料科学与工程学院，马鞍山243000; 2.钢铁研究总院先进钢铁流程及材料国家重点实验室，北京100081)摘要：采用a eeblel500热模拟试验机，研究不同热输人对Q890高强钢焊接热影响区粗晶区的微观组织和韧性 影响规律.结果表明，随着热输人的增加，粗晶区的微观组织表现出从马氏体组织向马氏体、贝氏体的混合组织，再 向贝氏体、粒状贝氏体的混合组织的转变.当热输人为19.7 k j/c m时，冲击吸收功最高为83 J，主要原因是由于先 相贝氏体分割后相马氏体，大角度晶界密度最大，改善了冲击韧性.当热输人较高时，粗晶区脆化的原因是由于 M-A组元呈链状分布，造成局部应力集中，成为裂纹起裂和扩展的主要通道.关键词：组织演变；M-A组元；大小角晶界；裂纹扩展；冲击韧性中图分类号：TG 457.11 文献标识码：A doi ：10.12073/j. hjxb. 20150617003〇序言1试验方法调质态的Q890高强钢因其高强度、高韧性和优 良焊接性能特点在工程机械上得到越来越多的应 用，但对于调质态钢而言，其强度很大部分来自于碳 固溶强化，而C元素会损害低合金高强钢的焊接性，因此调质态钢随着强度的增加，其焊接性会变差，这 也限制了调质态Q890钢的广泛应用[1];焊接热影 响区粗晶区（coarse grain beat affected zone，C G H A Z)往往成为焊接接头中的薄弱环节，所以研 究调质态高强钢的焊接性是很有必要的.杨莉等人[2]研究了焊接热输入对WEL - TEN80A钢焊接接头力学性能的影响，为了避免过 热区的脆化，给出了 WEL - TEN80A钢适合的热输 入，但是并没有就其产生脆化的原因做详细研究. 而吴昌忠等人[3]对1 〇〇〇MPa级调质钢通过热模拟 所得焊接热影响区冲击吸收功先增加后降低，认为 粗大的马氏体和贝氏体组织及组织中存在的碳化物 是造成韧性下降的主要原因.文中结合微观组织及裂纹扩展类型对不同热输 入下粗晶区韧性变化规律进行研究.为调质态Q890 高强钢制定合理的焊接工艺和今后的工程应用提供 试验依据和理论支持.收稿日期：2015 -06 -17基金项目：国家自然科学基金资助项目（51375015);国家国际科技 合作专项资助项目（2〇15DFA51460)试验母材为调质态Q890钢板，化学成分及力学 性能分别见表1和表2，母材组织为回火马氏体，如 图1所示.表1Q890钢板的化学成分（质量分数，％ )Table 1Chemical compositions of Q890 steelc Mn Si Ni M〇Cr0.13 1.060.260.450.470.39表2 Q890钢板的力学性能Table 2 Mechanical properties of Q890 steel屈服强度抗拉强度断后伸长率-20 °C冲击吸收功ReL/MPa Rm/MPa A(%)AK V/J1004 1032 12 1740图1母材组织Fig. 1Microstructural of basemetal64焊接学报第38卷试验在Gleeble - 1500试验机上进行模拟焊接 热循环试验，模拟试样是在30 mm厚钢板上平行于 乳制方向取样，试样尺寸为60 m m X 10. 5 m m X 10. 5 mm.试验机采用二维传热模式进行模式试验，试验 参数设定为加热速度1〇〇°C/s，峰值温度为1 350 °C，高温停留时间1s，冷却时间‘分别为6, 20,60和100 s，应用经验公式（1)[4]计算出对应的 热输入分别为 10. 8,19. 7，34. 1 和 44 kj/cm.E= d.I14mlp h/5 ^(1)v (5〇o-r0)2'(8〇o-r0)2式中:^为焊接热输入;/为热传导系数;p为钢铁密 度;C为比热容;：T。
焊接热输入对Q690高强钢热影响区组织和韧性的影响
Ｅｆｅ ｔｏ ｅ ｔ ｎ ｕ ｎ ｔ ｉ ｒ ｓｒ ｃ ｕｒ ｎｄ ｔ ｕ ｈｎ ｓ ｆｈ ａ ｆｅ ｔ ｆ ｃ ｆｈ ａ ｐ ｔｏ ｈｅｍ ｃ ｏ ｔ ｕ ｔ ｅａ ｏ ｇ ｅ ｓｏ ｅ ｔａ ｆ ｃ ｉ
ｚ ｎ ｆ ９ ｉｈｓｒｎ ｔ ｅｌ ｏ ｅｏ ０ｈｇ ｅ ｇｈｓ ｅ Ｑ６ ｔ ｔ
Ｓ ａ ｄ ｎ ｎｖｒｉ，ｉａ ０ ６ ， ｈｎ ） ｈ ｎ ｏｇＵ ｉ ｓｙＪｎ ｎ ５ ０ １Ｃ ｉａ ｅ ｔ ２ Ａ ｓ ａｔＨ【 ｒ ｇ ｗａ ｏ ｅｌ ６０ｎ ｕｎｈｄ ｎ ｍ ｅ ｄ ｏｄ ｏｓ ａ ｗ ｌ ｄ ｙ ａ ｓｉｄ ｃ ｅ ｉ ｂｔ ｃ： ｉ ｓｅ ｔ ｌ —ｌ ｓ ｅＱ ９ ｅｃｅ ｄ ｅ ｐｒ ｎ ｉ ｎ ｓ ｅ ｅ ｅ ｅ ａ ｌｎ ｒ ｇ ｔ ｎ ｈｏ ｌｙ ｔ ｈ ｉｑ ａ ｔ ｅ ｃ ｔ ｗ ｄ ｂ ｇ ｈ ｌ ｒｗ ｄ ｇ ｉ ｓ ｄ
输入较大时，上贝氏体铁素体侧形成的与板条平行的脆性Ｆ ３条损害了热影响区的塑韧性，冲击断 Ｉ纤维区的断 口 ｅ Ｃ ＝ Ｉ 具 有滑移特征，韧窝数量少，放射区形成小的撕裂刻面。 关键词 ：高强钢 ；焊接 ；热影响区；显微组织 ；韧性 中图分 类号 ：Ｔ ５ ．１ Ｇ４ ７１ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１７ —７ ８（０ １ ２ ０ ８ ６ ３ １０２ １） —０ ９ —５ ０
ｗｉ ｉｅ ｅ ｔ ｌｉｇｈ ａ ｎ ｕｓ Ｔｈ ｎ ｆ ｅ ｃ ｆｈ ａ ｉｐ ｔ ｎｔｅｍｉｍ ｓｒ ｃ ｒ， ｎ ｔ ｃｕｅ ｎ ｍ ｐ ｃ ｔｕ ｈ ｅ ｓｏ ｔ ｄｆ ｒ ｎ ｗｅｄ ｈ ｎ ｅ ｔｉｐ ｔ． ｅｉ ｌ ｎ ｅｏ ｅ ｔ ｕ ｏ ｈ ｕ ｎ ｃ ｔ ｍ ｅ ｆ ｅｓｒ ｔｒｓａ ｄｉ ａ ｔｏ ｇ ｎ ｓ ｆ ｕ ｉ ｕ
Ｌ ａｉｎ ，Ｊａ ｇＱｉｇｅ，Ｂａ ｐｎ，Ｗａ ｇＪ ａ ｉ ｊ ｇ ｉ ｎ ｌｉ Ｙ ａ ｎ ｏＹｉｉ ｎ ｎ，Ｚ ａ ｇＬ ｉ ｕ ｈｎ ｅ
Q690D低合金高强钢模拟焊接热影响区的组织和性能
Q690D低合金高强钢模拟焊接热影响区的组织和性能作者：朱梓坤，韩阳，张舟，张义，周龙早来源：《机械制造文摘·焊接分册》2022年第03期摘要：使用Gleeble-3500热模拟机对Q690D低合金高强钢进行了焊接热模拟，得到了一次和二次焊接热循环时不同峰值温度和冷却时间下的热影响区组织，并进行了显微组织观察、硬度测试、冲击性能测试及断口形貌分析。
结果表明，一次焊接热循环时，随着焊接热循环峰值温度的增加，试样显微组织逐渐粗化，并由粒状贝氏体组织向上贝氏体和板条马氏体组织转变，硬度增加，冲击性能恶化。
热循环峰值温度为900 ℃时，冲击吸收能量最大为78.95 J;峰值温度为1 350 ℃时，冲击吸收能量最小值仅为17 J。
冲击断口由延性断裂向解理断裂转变。
在同一峰值温度下，随着冷却时间t8/5的增加，试样硬度降低，而沖击吸收能量也随之降低。
二次焊接热循环时，试样显微组织晶粒粗大，主要为板条马氏体，且硬度更高，冲击性能继续恶化，冲击吸收能量最低值仅为24.99 J，冲击断口主要为解理断离和准解理断裂，说明二次焊接热循环导致试样性能变差。
关键词：焊接热循环; 低合金高强钢; 热影响区; 显微组织中图分类号： TG 406Microstructure and properties of simulated heat affected zone ofQ690D low alloy high strength steelZhu Zikun1， Han Yang2， Zhang Zhou2， Zhang Yi2， Zhou Longzao1（1. Huazhong University of Science and Technology， Wuhan 430074， China;2. First Engineering Co.， Ltd.， China Construction Third Bureau， Wuhan 430048，China）Abstract： Gleeble-3500 thermal simulator was used to simulate the welding heat of Q690D low alloy high strength steel， and the microstructure of the heat-affected zone under different peak temperatures and cooling times during the first and second welding thermal cycles was obtained. The microstructure observation， hardness test， impact property test and fracture morphology analysis were carried out. The result showed that in the first welding thermal cycle， with the increase of the peak temperature of the welding thermal cycle， microstructure of samples became gradually coarsened， the granular bainite transformed to upper bainite and lath martensite， the hardness increased and the impact performance deteriorated. When the thermal cycle peak temperature was 900 ℃， the maximum impact energy absorption was 78.95 J. When the peak temperature was 1350 ℃， the minimum impact energy absorption was only 17 J. The impact fracture changed from ductile fracture to dissociative fracture. At the same peak temperature， as the cooling time t8/5 increased， the hardness of the sample decreased and the impact performance deteriorated. In the second welding thermal cycle， microstructure of samples was coarse grain， mainly lath martensite， the hardness was higher and the impact performance continued to deteriorate. The lowest value of impact energy absorption was only 24.99 J， and the impact fracture was mainly cleavage fracture and quasi cleavage fracture， which indicated that the performance of samples deteriorated due to the second welding thermal cycle.Key words： welding thermal cycle; low alloy high strength steel; heat-affected zone; microstructure0前言Q690D属于低合金高强钢，具有较高的强度、较好的塑性和韧性及良好的焊接性和耐腐蚀性能，在建筑、桥梁等领域得到了广泛的应用[1-3]。
焊接热循环对U71Mn铁轨钢热影响区粗晶区组织性能的影响
焊接热循环对U71Mn铁轨钢热影响区粗晶区组织性能的影响冯昌文;余圣甫;闫宁【摘要】U71Mn铁轨钢为高碳钢,其热影响区的粗晶区是焊接接头的薄弱部位.本文利用焊接热模拟技术、金相显微镜、维氏硬度计、冲击试验机、扫描电镜,研究分析了U71Mn铁轨钢在不同热循环下的热影响区的粗晶区显微组织、显微硬度、冲击韧性和断口形貌.研究结果表明,增加冷却时间t8/5能减少组织中马氏体含量,当t8/5＞100 s时,马氏体消失;第2次热循环时,由于热循环峰值温度为1 000℃,位于热影响区的细晶区,第2次热循环对第1次热循环产生的粗晶组织有细化作用,能增加硬度,提高韧性.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】4页(P80-83)【关键词】高碳钢;模拟技术;硬度【作者】冯昌文;余圣甫;闫宁【作者单位】华中科技大学材料科学与工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学材料科学与工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学材料科学与工程学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TG113钢轨是铁路组成中重要的部件之一，其质量的好坏直接影响着列车的行车安全、速度、平稳性与舒适性。
U71Mn钢为高碳珠光体钢，具有强度高、耐磨性好的特点，是我国主干线铁路钢轨主要使用的钢轨型号之一［1］。
随着铁路运输业的发展，采用全线无缝轨道能减少冲击，有利于提高列车行驶速度和轨道使用寿命。
目前，U71Mn钢的焊接主要采用铝热焊、闪光焊、埋弧焊等焊接方法。
由于U71Mn钢含碳量较高，达到0.7%左右，属于高碳钢，焊接性能较差，特别在焊接热循环的作用下，热影响区的粗晶区是焊接接头薄弱的部位，这个部位会发生晶粒长大，使组织脆化，韧性降低，容易产生焊接裂纹［2］。
在分析焊接热影响区组织与性能时，由于热影响区不同部位所经受的焊接热循环不同，其组织性能也不相同，热影响区的粗晶区非常狭窄，很难单独地进行粗晶区的组织性能分析。
储罐用610MPa大热输入高强钢焊接接头性能及组织研究
残余奥氏体的碳浓度增高 ， 极容易形成 Ｍ — Ａ岛 ， 由于 材料 韧性 与 Ｍ —Ａ 岛含 量 呈 单 调 下 降趋 势 Ｊ一 旦 出 ，
现 Ｍ —Ａ岛 ， 料 的韧性 显著 降低 ， 材 尤其 是 出现 了具 有
尖 锐形 状 的 Ｍ —Ａ岛后 ， — 岛局 部脆 化 区充 当 了解 Ｍ Ａ 理 断裂 或二 次 裂 纹 的起 裂 点 ， 孔 和 微裂 纹 主要 在 Ｍ 微
３ 讨 论分析
（ ） 板 中存在 大 量 以 ＴＮ粒 子为 主复 合粒 子 ， ３钢 ｉ 粒 子 尺寸 细小 ， 弥散分 布 在基 体 中 ， 焊 接热 循 环 中 ，ｉ 在 ＴＮ 粒子 始终存 在且 有效 钉扎 奥 氏体 晶界 和促 进铁 素 体 晶 内形 核 ， 抑制 了焊接 热影 响 区粗 化 和 先共 析 铁 素 体 、 粗 大 Ｍ —Ａ岛 的形 成 ， 保 证 ６ ０ＭＰ 大 热 输 入 焊 接 是 １ ａ钢
表 １ 钢 板 的化 学成 分 （ 量 分 数 ， ） 质 ％
看， 该低合金高强钢组织 以稳定的回火 贝氏体为主 ， 组
收 稿 日期 ： ０ ２— ６— ７ ２１ ０ ２
织 致密 ， 晶粒细 小 ， 单位 体 积 内 晶界 多 ， 韧 化作 用 大 ， 强
２１ ０ ２年第 １ ０期 ５３
ｒＬ
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决 定 于析 出物 的数 量 、 寸 、 状 等 ， 织 中析 出 的二 尺 形 组 相 粒子 数量 越 多 ， 寸越 小 、 解 温 度 越 高 ， 子 对 原 尺 溶 粒
始奥 氏 体 晶界 的 钉 扎 力 越 大 ¨ 。 而 对 于 储 罐 用 ６ ０ １
陈茂爱 ， 唐逸 民 ， 楼松年． 对 低合金高 强度钢 焊接粗 晶 热影响区组织及韧 性 的影响 ［ ］ 特 殊钢 ，０ １ ２ （ ） Ｊ． ２ ０ ，２ ５ ：
5A06 铝合金的激光填丝焊接头组织与性能
5A06 铝合金的激光填丝焊接头组织与性能余阳春;王春明;余圣甫【摘要】为了研究5A06铝合金焊接接头的显微组织和力学性能,采用3kW的Nd∶ YAG激光器填充SAl-Mg5焊丝,对2mm厚的5A06铝合金板进行对接拼焊.焊缝的化学成分基本和基材相同,显微组织在靠近熔合线附近为细小致密的柱状晶,焊缝中心为细小的枝状晶,热影响区宽度为50μm～100μm,晶粒粗化不明显:接头的拉伸强度达到母材的93%以上,延伸率为基材的58%左右:断口位置为热影响区,断裂特性和母材相似,均为韧窝和撕裂棱混合型韧性断口.结果表明,在铝合金的激光焊接过程中,填充合适成分焊丝可以消除铝合金激光自熔焊时的凹陷、咬边等宏观缺陷,接头的综合力学性能得到极大改善.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2010(034)001【总页数】4页(P34-36,52)【关键词】激光技术;5A06铝合金;激光填丝焊;显微组织;拉伸强度【作者】余阳春;王春明;余圣甫【作者单位】华中科技大学,材料科学与工程学院,武汉,430074;华中科技大学,材料科学与工程学院,武汉,430074;华中科技大学,材料科学与工程学院,武汉,430074【正文语种】中文【中图分类】TG456.7引言5A06防锈铝合金属于铝-镁系合金，具有良好的耐蚀性、较高的比强度、导电性及导热性好等优点，退火后焊接性良好，是焊接结构中应用最多的铝合金之一。
其在航空、航天、汽车、机械制造、电工、化学工业等应用场合中已得到大量应用。
迄今为止，针对这种铝合金的焊接主要为惰性气体保护金属极电弧(metal-arc inert-gas,MIG)焊、惰性气体保护钨极电弧(tungsten inert-gas,TIG)焊等电弧焊方法，但是由于铝合金熔点低、热传导系数大、密度小、线膨胀系数大等特点，普通电弧焊焊接时，易在焊缝及热影响区中形成气孔、裂纹及热变形等各种焊接缺陷，尤其是焊接热影响区的软化导致其接头强度往往大大低于母材强度，严重制约了其在工业中的应用[1-5]。
焊接热输入对Q690高强钢热影响区组织和韧性的影响_李亚江
焊接热输入对Q690高强钢热影响区组织和韧性的影响李亚江，蒋庆磊，暴一品，王 娟，张 蕾（山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室，济南 250061）摘 要：采用不同的热输入焊接淬火-回火态低合金高强钢Q690，研究焊接热输入对接头热影响区的显微组织、精细结构及冲击韧性的影响。
结果表明，当热输入从14 kJ/cm提高到20 kJ/cm时，热影响区冲击韧性先升高再降低。
热输入提高到约16 kJ/cm时，热影响区中下贝氏体的形成可有效限制马氏体的尺寸，细化奥氏体晶粒内的组织并形成许多大角度晶界，有益于提高接头热影响区的冲击韧性；冲击断口纤维区具有韧窝特征，放射区有较大的撕裂台阶。
当热输入较大时，上贝氏体铁素体侧形成的与板条平行的脆性Fe3C条损害了热影响区的塑韧性，冲击断口纤维区的断口具有滑移特征，韧窝数量少，放射区形成小的撕裂刻面。
关键词：高强钢；焊接；热影响区；显微组织；韧性中图分类号：TG457.11文献标志码：A 文章编号：1673－7180(2011)02－0098－5Effect of heat input on the microstructure and toughness of heat affectzone of Q690 high strength steelLi Yajiang，Jiang Qinglei，Bao Yipin，Wang Juan，Zhang Lei(Key Lab for Liquid-Solid Structural Evolution and Processing of Materials (Ministry of Education),Shandong University, Jinan 250061, China)Abstract: High strength low-alloy steel Q690 in quenched and tempered conditions was welded by gas shielded arc welding with different welding heat inputs. The influence of heat input on the microstructure, fine structures and impact toughness of the heat affected zone (HAZ) of the joint was investigated via scanning electron microscope, transmission electron microscopy and Charpy V-notch tests. The results indicated that the optimum impact toughness in HAZ was obtained at the heat input about 16 kJ/cm. The formation of lower bainite effectively restricted the size of martensite laths. The microstructure within austenite grains was refined and many large angle lath boundaries were formed, which contributed to enhancing the impact toughness in HAZ. Fibrous zones in fractured surfaces of impact specimens were characterized by dominant elongated dimples. Large cleavage steps were observed in the radical zone. With the heat input increasing, carbide particles paralleled to the habit planes of bainitic ferrite were formed. These carbide particles are detrimental to the toughness of the joint. Slip bands were shown in the fibrous zone. Coarsen carbides along upper bainitic ferrite held back the formation of dimples. The radical zone was composed of small cleavage facets due to more crack initiation sites provided by carbides. Key words: high strength steel；welding; heat affected zone；microstructure；toughness收稿日期：2010-10-14基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(200804220020)作者简介：李亚江(1954－)，男，教授，主要研究方向：先进材料特种连接技术，yajli@采用淬火-回火工艺制造的低合金高强钢Q690因其优良的强韧性匹配、高的强度/质量比被广泛应用于采矿设备、工程机械和压力容器等结构的制造。
大热输入焊接高强度低合金钢热影响区的晶粒细化
将焊接后 E36 钢焊接热影响区的粗晶区制成金 相试样 ,用 Axovert 200MAT 型金相显微镜观察金相 显微组织 ,用 IBAS 2000 自动图像分析仪测量非 金属夹杂物尺寸大小 、分布 。同时磨制成 0. 05 mm 的薄片 ,用 MTP 1A 型磁力驱动双喷电解减薄器 制作透射电镜试样 ,用 Tecnai G220 型透射电镜观察 诱导晶内铁素体形核与长大的非金属夹杂物和晶内 铁素体形貌 ,对这些夹杂物的成分进行 EDX 能谱分 析 。用 JSM 5510LV 型扫描电子显微镜观测试样
20
焊 接 学 报
第 29 卷
低温下的冲击试验断口 ,有大量的韧窝 。表明含 Ti E36 钢焊接热影响区粗晶区 - 20 ℃低温下的冲击为 剪切撕裂 ,有高的低温冲击值 。因此 ,大热输入焊接 时 ,E36 钢焊接热影响区中的 MnO , TiOx ,SiO2 ,Al2O3 和 MnS 组成的氧硫有益复合物 ,诱导晶内铁素体的 形核和感生形核 ,细化了粗晶区的晶粒 ,确保了焊接 热影响区粗晶区的强度与韧性 。
如何促使大热输入焊接高强度低合金钢热影响区晶粒细化提高热影响区的韧性是国内外学者普遍关注的热点益细小夹杂物如tio质点不仅能有效地拖曳和钉扎了高温奥氏体晶界的迁移阻止了奥氏体晶粒长大而且能诱导晶内铁素体的形核细化热影响区的晶粒提高强度与韧性但高强度低合金钢采用大热输入埋弧自动焊时焊接热影响区中的有益夹杂物可能发生熔化
图 2 E36 钢夹杂物透射电镜照片及能谱图 Fig12 Transmission electron micrographs and spectra of in2
clusions in E36 steel
由 E36 钢及其热影响区夹杂物的电子探针能谱
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收稿日期:2007-11-07基金项目:国家自然科学基金和宝钢联合基金资助项目(50334050)大热输入焊接高强度低合金钢热影响区的晶粒细化 余圣甫1, 杨 可1, 雷 毅2, 杨 华1 (1.华中科技大学材料科学与工程学院,武汉 430074;2.中国石油大学机电学院,山东东营 257061)摘 要:研究了焊接热输入为110kJ cm 三丝埋弧自动焊E36高强度低合金钢热影响区的晶粒细化行为;用自动图像分析仪测量了焊接热影响区诱导晶内铁素体形核夹杂物的大小、分布;用透射电镜观察了具有自细化行为晶内铁素体的形貌。
结果表明,焊接热输入为110kJ cm 三丝埋弧自动焊,焊接热输入对热影响区夹杂物的直径大小、分布几乎没有影响。
E36高强度低合金钢中加入微量的Ti ,能形成直径为0.2～0.8μm 的MnO ,TiO ,SiO 2,Al 2O 3与MnS 组成的氧硫复合物。
大热输入焊接时,氧硫复合物诱导热影响区的晶内铁素体形核,并促进晶内铁素体的感生形核,晶内铁素体及其感生晶内铁素体使热影响区粗晶区的晶粒细化,确保焊接热影响区粗晶区的强度与韧性不降低。
关键词:大热输入;晶内铁素体;热影响区;E36钢中图分类号:TG115.28 文献标识码:A 文章编号:0253-360X (2008)03-0017-04余圣甫0 序 言为了满足焊接技术向高速、高效方向发展,双丝、三丝等多丝大热输入埋弧自动焊逐步成为造船、输油管线生产的重要焊接方法。
多丝焊时,其焊接热输入在100kJ c m 以上,这使得高强度低合金钢焊接热影响区出现严重的晶粒粗化、局部软化和脆化,综合表现为热影响区的韧性大幅度降低,威胁着工程结构的使用安全性。
如何促使大热输入焊接高强度低合金钢热影响区晶粒细化,提高热影响区的韧性是国内外学者普遍关注的热点[1-3]。
一些研究表明,利用钢中的有益细小夹杂物,如TiO 质点,不仅能有效地拖曳和钉扎了高温奥氏体晶界的迁移,阻止了奥氏体晶粒长大,而且能诱导晶内铁素体的形核,细化热影响区的晶粒,提高强度与韧性[4,5]。
但高强度低合金钢采用大热输入埋弧自动焊时,焊接热影响区中的有益夹杂物可能发生熔化。
这时有益细小夹杂物能否起到拖曳和钉扎了高温奥氏体晶界的迁移,阻止奥氏体晶粒长大的作用,有益夹杂物对大热输入焊接热影响区的显微组织有何影响,有关此方面的研究报道还不多见。
因此,研究船用E36高强度低合金钢三丝埋弧自动焊焊接热影响区的组织转变行为,为提高高强度低合金钢焊接热影响区的韧性和开发满足大热输入焊接高强度低合金钢提供基本数据和理论依据。
1 试验方法母材为板厚24mm ,添加了微量Ti 元素的E36高强度低合金钢,其化学成分与力学性能见表1。
焊接时采用FCB 法三丝埋弧自动焊,前丝L 为H10Mn2,直径为 4.8mm ,焊接电流1250A ,焊接电压36V 。
中丝T1为H08A ,直径为 4.8mm ,焊接电流950A ,焊接电压40V 。
后丝T2为H08A ,直径为 6.4mm ,焊接电流900A ,焊接电压45V ,焊接速度为620m m min ,FCB 法三丝埋弧焊坡口及焊接示意图如图1所示。
图1 三丝埋弧自动焊坡口(a )及焊接示意图(b )Fig .1 Schem atic groove and welding of three wire sub -merged arc welding第29卷第3期2008年3月焊 接 学 报TR ANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTIONVol .29 No .3March 2008表1 E36钢化学成分及力学性能Table 1 Chem ical composition and mechanical properties of E36steel化学成分(质量分数,%)力学性能C Si Mn P S Mo Ti O 屈服强度R eL MPa 抗拉强度R m MPa 断后伸长率A (%)冲击吸收功A KV (-40℃)J 0.160.500.900.0130.0070.050.0030.0083555202236 将焊接后E36钢焊接热影响区的粗晶区制成金相试样,用Axovert 200MAT 型金相显微镜观察金相显微组织,用IBAS 2000自动图像分析仪测量非金属夹杂物尺寸大小、分布。
同时磨制成0.05m m 的薄片,用MTP1A 型磁力驱动双喷电解减薄器制作透射电镜试样,用Tecnai G220型透射电镜观察诱导晶内铁素体形核与长大的非金属夹杂物和晶内铁素体形貌,对这些夹杂物的成分进行EDX 能谱分析。
用JSM5510L V 型扫描电子显微镜观测试样断口。
2 试验结果与讨论2.1 E36钢与热影响区中夹杂物尺寸及分布表2是IB AS 2000自动图像分析仪测得的E36钢及其热影响区中夹杂物特征参量数据。
由表中数据可知,E36钢及其热影响区夹杂物的面积百分率约为0.2%,平均面积为0.2μm 2左右,最大名表2 夹杂物名义尺寸与分布Table 2 M ean size and dis tribution of nonm etal inclusion面积百分率A A (%)夹杂物平均面积A μm 2最大名义平均直径D max μm 夹杂物的面密度ρ 个·mm -2小于1.0μm 占的比例(%)大于1.0μm 占的比例(%)E36钢0.2010.1990.2050.2040.2090.2290.5350.5610.593972100792198.599.497.71.50.62.3热影响区0.2090.2170.1930.1980.2010.1940.5270.5510.519100997499199.797.997.30.32.12.7义平均直径为0.5～0.6μm ,夹杂物的面密度为970～1010个 mm 2,热输入大小对夹杂物直径大小、分布没有多大的影响。
这是由于E36钢及其热影响区中的夹杂物主要为Ti ,Mn ,Si 的氧化物和Mn 的硫化物形成的复合物。
它们的熔点较高,熔点较低的MnS 的熔点也在1600℃以上,而TiO ,MnO ,SiO 2的熔点均在1800℃以上,大焊接热输入作用下它们不可能熔化消失。
尽管加热时夹杂物有可能分解并扩散,但固态下合金元素的扩散为短程扩散,且1350℃以上的高温停留时间短,冷却过程中夹杂物长大,发生扩散的合金元素又向夹杂物聚集[6]。
所以,大热输入焊接时,夹杂物的尺寸大小、分布几乎没有变化。
2.2 E36钢及其热影响区中夹杂物的形状及成分图2和图3分别为E36钢及其焊接热影响区夹杂物的透射电镜照片与能谱图。
由图可知,E36钢及其热影响区中的夹杂物的直径均在0.5～0.8μm 之间,这与许多文献中提到的有益夹杂物尺寸范围基本一致[4]。
同时可以看出,所有夹杂物的形状均为圆形或近似圆形。
由此可以推断,在三维方向上这些夹杂物应该为球形或椭球形,并且焊接热影响区中的夹杂物诱导出了晶内铁素体的形核。
图2 E36钢夹杂物透射电镜照片及能谱图Fig .2 Transmission electron m icrographs and spectra of in -clusions in E36steel由E36钢及其热影响区夹杂物的电子探针能谱18 焊 接 学 报第29卷图3 热影响区夹杂物透射电镜及能谱Fig .3 Transmission electron micrographs and spectra of in -clusions in heat affected zone能图可知,夹杂物均含有Mn ,Ti ,Si ,Al 和O 元素,这些元素形成MnO ,TiO x ,SiO 2和Al 2O 3的氧化物复合物。
而S 元素与Mn 元素形成MnS 。
大热输入焊接时,由MnO ,TiO x ,SiO 2,Al 2O 3和MnS 组成的氧硫复合物诱导晶内铁素体的形核,细化焊接热影响区粗晶区的晶粒,提高强度与韧性。
2.3 E36钢焊接热影响区的显微组织图4是E36高强度低合金钢及其焊接热影响区的显微组织。
由图4a 可知,轧制态的E36高强度低合金钢的显微组织为铁素体加珠光体,晶粒尺寸在8μm 左右。
图4b 是焊接热输入为110kJ cm ,未加Ti E36钢热影响区的显微组织,其由粗大的铁素体,珠光体和粒状贝氏体组成,这极大降低了焊接热影响区的韧性。
图4 E36钢及其焊接热影响区的显微组织Fig .4 Microstructure of E36steel and heat affected zone 图4c ,d 是焊接热输入为50,110kJ cm 时,加Ti E36钢热影响区的显微组织,由细小的晶内铁素体,珠光体和少量粒状贝氏体组成。
细小的晶内铁素体成放射性长大,位错越过时要消耗极大的能量,这极大地提高了焊接热影响区的韧性。
特别是晶内铁素体的感生形核,形成联锁的晶内铁素体,如图5所示。
热影响区中交错的晶内铁素体形核,抑制了魏氏体和上贝氏体的形核、长大,细化了大热输入焊接条件下热影响区粗晶区的晶粒。
之所以未加Ti E36钢热影响区的显微组织为粗大的铁素体、珠光体和粒状贝氏体,是由于没有适宜的诱导晶内铁素体形核的夹杂物。
而加Ti E36钢的焊接热影响区含有由MnO ,TiO x ,SiO 2,Al 2O 3和MnS 组成的氧硫有益复合物,在大热输入焊接条件下,热影响区的夹杂物原位析出诱导晶内铁素体形核和感生形核,抑制了魏氏体和上贝氏体形成。
2.4 E36钢焊接热影响区的晶粒细化由图4E36高强度低合金钢及其焊接热影响区的显微组织可知,要获得大热输入焊接条件下的高韧性焊接热影响区,应有适宜的有益夹杂物,诱导晶内铁素形核及其感生形核,细化热影响区的晶粒。
所谓晶内铁素体感生形核是在夹杂物诱导生成的晶内铁素体片条上长出了新的晶内铁素体。
夹杂物诱导生成的晶内铁素体称为一次晶内铁素体,感第3期余圣甫,等:大热输入焊接高强度低合金钢热影响区的晶粒细化19图5 热影响区的感生形核Fig.5 Sym pathetic nucleation of intragranular in HAZ生形核生成的晶内铁素体称为二次晶内铁素体。
由于有益夹杂物在大热输入焊接条件下其尺寸、形态、成分和分布几乎不发生变化。
大热输入焊接条件下,有益夹杂物诱导晶内铁素体的原位析出,原位析出的一次晶内铁素体诱导二次晶内铁素体形成,促进晶内铁素体的感生形核。
由于一次晶内铁素体和二次晶内铁素体均在原奥氏体晶内形核、长大,这使焊接热影响区的晶粒细化。
含Ti E36钢的这一特点,使其热影响区粗晶区的晶粒不长大,并且显微组织能自身细化。