焊接热循环对低合金高强钢HAZ组织和性能影响

1、焊接热循环对焊接热循环对Q1100Q1100高强钢热影响区高强钢热影响区组织和性能的影响组织和性能的影响 姓名：姜姓名：姜 涛涛主要内容主要内容 课题背景及意义课题背景及意义 试验材料及设备试验材料及设备 研究内容研究内容 试验结果与分析试验结果与分析 结论结论课题背景及意义课题背景及意义 随着高强钢强度级别的提高，对其焊接后的性能要求也越来越引起重视。 焊接热影响区是母材在焊接过程中经受了特有的加热及冷却过程后，组织和性能明显发生变化的区域。在母材成分一定的条件下，焊接热循环成为决定热影响区组织和性能的关键因素。因此很有必要通过热模拟试验对高强钢的焊接热影响组织和性能进行研究，为实际工程提供

2、必要的技术数据及分析判断的依据。 试验材料及设备试验材料及设备试验材料试验材料：Q1100低合金高强钢，低合金高强钢，Ceq=0.57，屈服强度屈服强度 为为1100 MPa，抗拉强度，抗拉强度1355 MPa。表表1 Q11001 Q1100高强钢化学成分高强钢化学成分(wt%)(wt%)CSiMnPSCrAltNbVMoB0.1680.231.220.0050.00120.210.0059 0.0180.043 0.570.0016试验材料及设备试验材料及设备Gleeble3500热模拟试验机热模拟试验机研究内容研究内容本课题的主要研究内容如下：本课题的主要研究内容如下：在在Gleeble

3、3500热模拟试验机上采用相同峰值温度，不同热模拟试验机上采用相同峰值温度，不同冷却速度对冷却速度对Q1100低合金高强钢进行试验。低合金高强钢进行试验。对热模拟后的试样进行金相组织的分析，研究在不同冷却对热模拟后的试样进行金相组织的分析，研究在不同冷却速度下焊接热影响区组织转变规律。速度下焊接热影响区组织转变规律。对热模拟后的试样进行硬度分析，研究对热模拟后的试样进行硬度分析，研究在不同热输入下在不同热输入下Q1100低合金高强钢焊接热影响区的硬度分布。低合金高强钢焊接热影响区的硬度分布。 试验结果处理与分析试验结果处理与分析焊接热模拟曲线焊接热模拟曲线0204060801001201401

4、601800200400600800100012001400Temperature()Time(s) t8/5=5s t8/5=10s t8/5=15s t8/5=20s t8/5=25s试验结果处理与分析试验结果处理与分析1.1 焊接热影响区与母材显微组织的比较焊接热影响区与母材显微组织的比较(a)母材母材 (b)粗晶区粗晶区 (c)(c)细晶区细晶区 (d)两相区两相区 母材经调质处理，显微组织为回火马氏体，且晶粒较细。粗晶区组织以板条马氏体为主，有少量的贝氏体，晶粒粗化严重。细晶区组织为均匀而细小的珠光体和铁素体，且晶粒细小。两相区为晶粒细小的铁素体和珠光体，还有一些碳化物析出，晶粒大小

5、不一，组织很不均匀。 试验结果处理与分析试验结果处理与分析1.2 不同冷去速度对不同冷去速度对HAZ粗晶区显微组织的影响粗晶区显微组织的影响(a) t8/5=5s(b) t8/5=10s(c) t8/5=15s(d) t8/5=20s(e) t8/5=25s 焊接热影响区粗晶区组织以板条马氏体为主。随着t8/5的增大，冷却速度的降低，晶粒不断长大；t8/5大于15s时，晶粒内部开始出现少量细小的粒状贝氏体。试验结果处理与分析试验结果处理与分析1.3 不同冷去速度对不同冷去速度对HAZ细晶区显微组织的影响细晶区显微组织的影响(a) t8/5=5s(b) t8/5=10s(c) t8/5=15s(

6、d) t8/5=20s(e) t8/5=25s 细晶区组织为少量的细小铁素体块+珠光 体，随着t8/5的增大，组织越来越均匀，珠光体的含量随之增加。 试验结果处理与分析试验结果处理与分析1.4 不同冷去速度对不同冷去速度对HAZ两相区显微组织的影响两相区显微组织的影响(a) t8/5=5s(b) t8/5=10s(c) t8/5=15s(d) t8/5=20s(e) t8/5=25s 只有一部分组织发生了相变重结晶，成为晶粒细小的铁素体和珠光体，另一部分未溶入奥氏体的马氏体，成为粗大的马氏体组织。 实验结果处理与分析实验结果处理与分析2.1 不同冷却速度下焊接热影响区硬度分布不同冷却速度下焊接

7、热影响区硬度分布 粗晶区的硬度最高，大约为395 HV0.5；母材次之，大约为392 HV0.5；细晶区的硬度最低，大约为300 HV0.5 ，发生了明显的软化现象。最高硬度与最低硬度之间大约相差100 HV0.5。两相区硬度有略微上升再下降的趋势，这是因为两相区内组织分布不均匀。实验结果处理与分析实验结果处理与分析2.2 冷却速度对热影响区硬度的影响冷却速度对热影响区硬度的影响510152025391392393394395396397398399 Hardness/HVt8/5/s随t8/5的增加，最高硬度呈下降趋势，但总体变化不大。试验结果处理与分析试验结果处理与分析5101520250

8、.7400.7450.7500.7550.7600.7650.7700.7750.7800.785Softening ratiot8/5 /s 上图是不同冷却速度下HAZ的软化率。当t8/5=25s时，软化率最小，为74%，软化最为明显；当t8/5=5s、10s、15s时，软化程度次之；当t8/5=5s时，软化率最大，只有78%，发生软化的程度最小。发生软化的程度随t8/5的增加而增加，但变化不大。试验结果处理与分析试验结果处理与分析2.3 焊接热循环对焊接热循环对HAZHAZ强度的影响强度的影响 上图为为不同冷却速度下HAZ粗晶区的强度，t8/5=5s时，粗晶区强度最高，为1297 MPa；t8/5=25s时，强度最低，为1278 MPa；粗晶区强度随着t8/5的增加而降低，但降低的较为缓慢。510152025127512801285129012951300Strength /Mpat8/5 /s结论结论 粗晶区组织以板条马氏体为主，随着t8/5的增大，冷却速度降低，晶粒不断长大。当t8/5为15s时，晶粒内部开始出现少量细小的粒状贝氏体。 细晶区组织为珠光体和少量的细小铁素体块，晶粒细小。 两相区组织只有一部分发生了相变重结晶，成为晶粒细小的铁素体和珠光体，其中还有一些碳化物析出。随着t8/5的增大，冷却速度降低，铁素体不规则程度增大，且发生相变重结晶的组织