高强船板A36焊接热影响区组织与韧性研究

高强船板A36焊接热影响区组织与韧性研究作者简介：冯立果（1981-），女，硕士研究生，工程师，作者简介：冯立果（1981-），女，硕士研究生，工程师，2007年毕业于天津大学材料加工工程专业，现在河北钢铁集团邯钢公司从事钢铁产品开发工作，E-mail：fengliguo2008@126.com（河北钢铁集团邯钢公司技术中心，河北邯郸056015）摘要：采用热模拟技术和显微观察技术对邯钢生产的高强船板A36焊接热影响区不同区域的组织及韧性进行了分析、研究。结果表明：峰值温度为950℃时，组织为均匀而细小的铁素体+珠光体（F+P），韧性最好；峰值温度为1300℃时，组织为铁素体+珠光体+魏氏组织（F+P+W），由于铁素体沿奥氏体晶界呈网状析出，且含有大量的魏氏组织，因此韧性最差。但不同峰值温度下试样的冲击功值仍满足标准对高强船板A36关键词：热模拟；高强船板A36；焊接热影响区；组织与韧性0引言熔焊时在集中热源的作用下，焊缝两侧发生组织和性能变化的区域称为“热影响区”（HeatAffectedZone，简称HAZ)或“近缝区”（NearWeldZone)[1]。在实际的焊接接头中，由于HAZ各部分与焊缝中心距离不同，所经历焊接热循环差异显著，导致HAZ各区域显微组织存在明显的梯度特征。同时由于HAZ范围很窄，对HAZ内的特定区域进行组织观察和力学性能测试比较困难，因此，通常采用焊接热模拟技术，使大尺寸试样经历与焊接过程中某部位相同的热循环，然后加工成所需试样进行性能检测和组织观察，为各特定温度区的组织及性能研究提供了可能性[2，3]。本文通过对高强船板A36焊接热影响区不同区域的热模拟试样的夏比冲击试验和显微组织观察，研究了该钢种HAZ不同区域的韧性分布规律和组织特征。1试验材料及方法1.1试验材料试验选用的试验材料为邯钢生产的高强船板A36，板厚为23.5mm，其化学成分如表1所示。表1高强船板A36化学成分%CSiMnPSNbAls70.0290.0120.0180.0361.2试验方法焊接热模拟试验在Gleeble-3500热模拟试验机上进行，试样尺寸为10.5mm×10.5mm×76mm，试样位于板厚中部（沿板厚方向两侧加工）沿板材横向取样。焊接热模拟参数如表2所示，采用不同的峰值温度分别模拟HAZ不同区域的组织和性能。表2不同峰值温度的焊接热模拟参数试验编号E/（kJ/cm)加热速度/（℃/s)峰值温度/℃高温停留时间/s1501301300125013011001350130950145013080015501306501热模拟后将试样加工成10mm×10mm×55mm的标准V型缺口夏比冲击试样，缺口沿板厚方向开在均温区。每个峰值温度进行3个试样冲击试验，1个金相试样。冲击试验按照GB/T229在ZBC2452-3全自动摆锤冲击试验机上进行，试验温度为0℃，保温时间不少于5min，试样从液体介质中移出至打击的时间为3~5s利用金相显微镜观察高强船板A36HAZ不同区域的显微组织，腐蚀剂为4%的硝酸酒精溶液，显微组织放大倍数为200倍。2试验结果及分析2.1冲击韧性高强船板A36焊接热影响区不同区域的冲击试验结果如表3所示，其韧性变化规律如图1所示。表3高强船板A36钢HAZ不同区域的冲击试验结果线能量kJ/cm峰值温度/℃冲击功值/J单值平均值50130046.657.142.548.7110078.711177.689.1950150159152153.7800155145116138.7650110101102104.3试验结果表明：（1）峰值温度不超过950℃时，冲击功值均在100J以上，韧性较好；峰值温度为950℃时，冲击功值最高，韧性最好。（2）峰值温度超过1100℃时，进入HAZ粗晶区（CGHAZ），韧性降低；当峰值温度达到图1A36高强船板HAZ不同区域韧性分布规律2.2组织形态组织决定性能，焊接热影响区不同区域韧性差异的主要原因在于组织形态不同。图2为高强船板A36焊接热影响区不同区域的组织形态。（a）1300℃（b）（c）950℃（d）（e）65图2A36高强船板HAZ不同区域的组织形态如图2所示，当峰值温度为1300℃时，组织为铁素体+珠光体+魏氏组织（F+P+W）。由于温度过高，奥氏体晶粒粗大，且冷却速度快，故铁素体沿奥氏体晶界呈网状析出，还有一部分铁素体从晶界向晶内按切变机制形成并排成针状独自析出，形成魏氏组织。由于魏氏组织会使钢的力学性能，尤其是塑性和韧性显著降低，因此，该区域的韧性最差，冲击功值最低。当峰值温度为1100℃时，组织由铁素体、珠光体和少量魏氏体组成（F+P+W少），由于魏氏组织数量较少，同时晶粒有所细化，故韧性提高。峰值温度为950℃时，由于在加热和冷却过程中发生相变重结晶，因而组织得以细化，处于HAZ细晶区，组织为均匀而细小的铁素体+细小的珠光体（F+P），韧性最好。峰值温度为800℃时，组织由粗细不等的铁素体+细小的珠光体组成（F+P）。这是由于该温度下，仅一部分组织发生了相变重结晶过程，成为晶粒细小的铁素体+珠光体（F+P），而另一部分始终未能溶入奥氏体的铁素体，成为粗大的铁素体，使铁素体晶粒大小不一。峰值温度为650℃时，处于HAZ的时效脆化区，在显微镜下观察不到组织上的变化，仍为铁素体+3结论（1）峰值温度小于950℃时，冲击功值均在100J以上，韧性较好；峰值温度为950℃时，冲击功值最高，韧性最好；峰值温度超过1100℃时，进入HAZ粗晶区（CGHAZ），韧性降低；峰值温度达到1300（2）组织决定性能，峰值温度为1300℃时，组织为铁素体+珠光体+魏氏组织（F+P+W），沿奥氏体晶界析出的网状铁素体和魏氏组织的存在，显著降低了钢的塑性和韧性，韧性最低；峰值温度为950℃时，组织为细小的铁素体+细小的珠光体（F+P参考文献[1]张文钺．焊接冶金学[M]．北京：机械工业出版社，1999：161．[2]刘文艳，王来，刘吉斌，等．含铜时效钢模拟焊接热影响区的组织与性能[J]．焊接学报，2008，29（5）：93～96．[3]孙俊生，陈哗，栾守成，等．JG590钢模拟热影响区粗晶区的组织和性