低碳贝氏体钢焊接热影响区中不同亚区组织特征与韧性

研究发现,高频直缝焊接钢管的焊接热影响区(haz)性能是影响焊接质量的重要因素。影响haz的因素有很多,如何根据所生产的焊管产品来准确调整这些影响参数,从而获得良好的haz性能是人们长期以来研究的重要课题。介绍了一种开环控制的焊接haz控制技术,将经验知识与理论计算相结合,规范了高频焊管机组运行,使操作者能够更准确地了解机组的运行状态,用较短的时间完成焊管机组成功运行的参数设置。

利用热模拟试验机对高强度耐候钢进行了不同热输入条件下的焊接热影响区的模拟,绘制焊接热影响区连续冷却(sh-cct)曲线,并对模拟后的热影响区组织和性能进行了分析。结果表明,在120℃/s快速加热条件下,焊接热影响区奥氏体开始形成温度比标准测试条件下的开始相变温度提高了36℃。冷速较低时,焊接热影响区粗晶区组织为先共析铁素体、针状和粒状铁素体、珠光体和粒状贝氏体;随冷速加快,粒状贝氏体的量不断增多,显微硬度逐渐增加。

使用焊接热模拟技术对500mpaiv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<20s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300s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60s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。

本文针对国产焊接无裂纹低碳贝氏adb610钢和wdb620钢,从力学性能的角度和焊接缺陷的角度,对其焊接性能进行研究。根据焊接性试验结果,对焊接接头的拉伸性能、冷弯性能和冲击韧性进行了分析。结果表明,两种钢在不同焊接方法下具有优良焊接性能。根据两种钢实际焊接结构焊接接头x射线底片上检测出的焊接缺陷,进行缺陷类型排列图的分析,表明两种钢在不同焊接方法下焊接接头缺陷类型绝大部分是气孔和夹渣,裂纹敏感性小,焊接性能优良。

综述了超低碳贝氏体钢及其焊接性的国内外研究现状,总结了各种合金元素对超低碳贝氏体钢相变作用和工艺制备方法,并就其对焊接性的影响进行了分析。对超低碳贝氏体钢焊接材料的选取和新型焊接材料的开发所面临的问题进行了讨论。

用gleeble-1500热模拟试验机对试验钢进行不同焊接工艺下的热模拟试验,研究焊接热影响区的组织、冲击性能、冲击断口。探讨了不同t8/5(30～600s)对试验钢中贝氏体组织组成及形态的影响以及组织与低温韧性的关系,并进行了碳当量和焊接裂纹敏感性指数计算。结果表明,试验钢的焊接性能良好:当t8/5≤60s时,试验钢焊接热影响区冲击性能与母材相近,具有较好的低温韧性;当t8/5在60～300s时,热影响区的冲击性能低于母材,但达到国家标准的要求(34j),因此该材料可以在较宽的冷速范围内进行焊接处理。

通过对低碳贝氏体钢不同回火工艺下金相组织与性能的研究,了解该类型钢的回火特性。在620℃回火时出现硬度峰值,在710℃回火出现硬度谷值,峰值与谷值相差不到20hv10,说明其具有良好的回火稳定性;并得出二次析出和回火组织的转变是造成回火硬度变化的主要原因。

焊接接头热影响区软化是细晶粒钢焊接时普遍存在的问题。用有限元分析方法,分析热影响区软化的焊接接头屈服强度和抗拉强度,以及接头上的应力分布和变形机制。分析结果表明,软化热影响区的屈服应力降低和宽度增加对接头的屈服强度降低影响较小,而对接头抗拉强度降低影响较大,提高焊缝的屈服应力可以提高热影响区软化接头强度。同时发现,当外加应力超过软化热影响区的屈服应力时,在热影响区及其附近区域出现了三轴应力状态,主应力及mises等效应力在有屈服应力差别的区域交界处发生突变,使热影响区的mises等效应力降低,与之相邻区域的mises等效应力升高,从而可以对软化热影响区宽度及软化程度影响焊接接头强度的机制进行解释。

细晶粒钢焊接接头热影响区晶粒粗化引起强度的局部下降,对接头承载能力的影响需要做出定量评价。有限元分析发现,在热影响区软化焊接接头的拉伸试样上,mises等效应力分布具有确定的特征:在软化的热影响区减小,在与之相邻的焊缝区和母材区相应升高,分布规律符合指数函数规律,在热影响区与焊缝及母材的交界面上发生突变,突变的幅度与交界面两侧材料的屈服应力差值及外加载荷有一定相关性;在焊缝及母材区mises等效应力增加量的积分等于热影响区减少量的积分。在此基础上提出了预测热影响区软化焊接接头强度的方法,其预测结果与有限元分析有很好的一致性,可用于热影响区软化焊接接头强度的预测和高匹配接头的强度设计

国内某钢厂生产的super304h钢的焊接接头热影响区部分区域晶粒粗大,而国外同类产品的焊接接头热影响区晶粒则均匀细小。对国内外不同厂家生产的该钢种的焊接接头热影响区进行了金相、电镜及电子探针的检测分析,在国外产品的热影响区发现大量cr23c6相析出,这种析出相阻碍了二次热循环时热影响区晶粒的长大,但同时会导致抗腐蚀性能变差。cr23c6相的析出主要是因为钢材化学成分和焊接工艺的区别造成的。

含铜时效钢气体保护焊热影响区的组织与性能——研究了含铜时效钢气体保护焊热影响区的组织与性能。结果表明，在试验所用热输入范围内(1．2～2．3kj／ram)，含铜时效钢具有良好的焊接性能。焊接接头的拉伸强度同母材相比没有明显差异，且haz拉伸强度对热输入变...

为了对焊接热影响区温度和应变的实时测量及控制,以光纤光栅作为传感器对低碳钢薄板的tig焊热影响区进行了温度场网络测量。采用金属化保护的方法对裸光栅进行了保护和温度增敏;测量并标定了金属化光纤光栅的温度特性;采用光纤光栅和传统的热电偶进行了单点测温,并进行了对比分析;对经历了焊接热影响区高温的光纤光栅进行了温度特性分析。进行了多点温度的网络测量;分析了光纤光栅测量焊接温度和变形存在的问题;提出并设计了一种基于光纤bragg光栅的焊接应变、温度同时测量的方法和多点测量系统。

根据焊条电弧焊焊接接头抗拉强度和焊缝区冲击韧性试验结果及x射线探伤的焊接缺陷,采用秩和检验法对低碳贝氏体adb610和wdb620钢进行对比分析研究。研究表明,在焊条电弧焊方法下,2种低碳贝氏体钢焊接接头的抗拉强度和冲击韧性值的分布与均值之间无显著性差异,焊接缺陷尺寸的分布和均值也无显著差异。

焊接接头热影响区软化是细晶粒钢焊接时普遍存在的问题.用有限元分析方法,从屈服强度和抗拉强度两个方面对热影响区软化的焊接接头的力学性能进行分析.分析结果表明,与接头的屈服强度相比,热影响区软化对接头的抗拉强度有较大的影响;软化的热影响区的屈服应力和宽度较焊缝对接头的抗拉强度有较大的影响,而且存在临界值,超过它们时,使接头的抗拉强度明显降低;增加焊缝的屈服应力可以改变临界点,提高热影响区软化焊接接头的屈服强度和抗拉强度.而且发现,试样的长度对测定热影响区软化的焊接接头的抗拉强度没有影响,而对其屈服强度的确定有一定影响.

研究了热处理对手工电弧焊新型贝氏体耐磨钢板的焊接接头性能的影响,结果表明,焊后不同的热处理工艺对其焊接接头强度影响较小,焊后300℃低温回火和900℃正火+300℃回火处理可以提高接头热影响区的冲击韧度。该耐磨钢板具有良好的焊接性能,手工焊后焊缝组织主要为铁素体和少量珠光体组织,热影响区组织为新型贝氏体组织,熔合线结合良好。

采用ansys有限元模拟、彩色金相技术并利用背散射电子衍射(ebsd)的方法分析板条m/b混合组织对10crni5mo低碳马氏体钢强韧性的影响。结果表明,特厚板厚度方向各部位冶金质量差别很小。淬火冷却条件下,钢板表面获得单一马氏体组织,1/4部位和心部得到板条m/b混合组织。板条m/b混合组织较单一马氏体组织具有更小的亚结构和更长的大角晶界是造成心部获得优良低温韧性的原因。板条m/b混合组织能显著提高10crni5mo钢的低温韧性,降低韧脆转变温度,但对强度影响不明显。

细晶粒钢焊接接头热影响区晶粒粗化引起的屈服应力的局部下降,对接头承载能力的影响需要做出定量评价.用有限元分析方法发现,热影响区软化焊接接头的拉伸试样,在屈服后的流变过程中,与热影响区相邻的焊缝区和母材区的mises等效应力升高,分布规律符合指数函数规律,而在热影响区则相应减小,这种变化满足力的平衡条件.在此基础上提出了预测强度不均匀接头抗拉强度的方法,其预测结果与有限元分析有很好的一致性,可用于热影响区软化焊接接头抗拉强度的预测和高匹配接头抗拉强度的设计.

设计了c-mn-ni-cu-nb系低碳贝氏体钢成分并在实验室进行了冶炼。采用gleeble-3800热模拟实验机测定了该钢的cct曲线,并根据cct曲线选择最佳的加热与轧制工艺进行中试试制,开发出一种在控轧控冷条件下即可获得良好强度与低温韧性匹配的低合金钢板。

安钢生产的低碳贝氏体钢出现瓢曲现象主要是在冷却过程中形成。出现瓢曲的主要原因是钢板在通过层流冷却系统时,在厚度方向和横向方向冷却不均匀造成的。本文分析板形缺陷,研究纵向、厚度方向及纵向的板形控制方法,并制定了相应的措施,达到了改善板形的目的。

安钢低碳贝氏体钢的瓢曲现象主要出现在冷却过程中,主要原因是钢板通过层流冷却系统时,厚度方向和横向方向冷却不均匀。分析板型缺陷,研究纵向、厚度方向及横向的板型控制方法,并制定了相应的措施,达到了改善板型的目的。

利用mms-200热模拟试验机和光学显微镜研究了70kg级低碳贝氏体钢板在不同终轧温度和冷却速度下的相变规律。结果表明,随冷却速度的增大,钢中依次出现多边形铁素体、珠光体、针状铁素体、粒状贝氏体、下贝氏体和马氏体组织,奥氏体向铁素体相变温度ar3降低,晶粒细化。随着终轧温度的降低,铁素体诱导相变明显增加,铁素体晶粒细化。

为细化400mpa级超细晶粒钢的粗晶热影响区的晶粒,对其tig焊接头进行了相变结束前的紧急水冷及焊后正火处理,研究了紧急水冷及焊后正火对热影响区组织和硬度的影响。结果表明,紧急水冷可使粗晶区宽度与空冷条件相比有所减小,但并不能使粗晶区晶粒细化。焊后一次正火可显著细化粗晶区有效粒径,但同时引起细晶区晶粒的粗化。水冷接头比空冷接头热影响区硬度高,正火后每种接头和母材硬度均大幅度降低。仅水冷接头一次正火后的热影响区硬度与原超细晶粒钢母材匹配良好。推荐采用焊后紧急水冷+一次正火工艺,因其可细化粗晶区的晶粒,并使整个热影响区硬度与原始母材接近。