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1、低合金高强钢大热输入焊接热影响区组织性能夏佃秀1,2,尚成嘉1,孙卫华2,侯东华1,晔2陈(1.北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;2.济南钢铁有限公司技术中心,济南250101)摘要:利用MMS—200热力模拟试验机研究了610MPa级低合金高强度钢不同热输入焊接热影响区粗晶区(coarsegrainhighaffectedzone,CGHAZ)的组织和性能.结果表明,随着热输入的增加,试验钢CGHAZ组织逐渐粗大,低温冲击吸收功下降,但在80～100kJ/cm的大热输入冲击下,热影响区
2、仍能够保持良好的低温韧性,只有在120kJ/cm的大热输入下,韧性显著下降.钢中弥散分布着大量细小TiN粒子(在焊接热循环中抑制原奥氏体长大、作为形核点促进针状铁素体形成),是保证钢板具有良好的抗大热输入焊接性能的主要原因.关键词:热模拟;热影响区粗晶区;氮化钛粒子;大热输入焊接夏佃秀中图分类号:TGl42.3文献标识码:A文章编号:0253-360X(2011)04-0083-04表1Table1试验钢化学成分(质量分数,%)Chemicalcompositionofteststeel0序言CSiMn
3、VMoNiNb+TiSPFe随着国内对石油需求的不断增长,石油储罐朝着大型化、轻量化方向发展,10～20万m3的大型石油储罐,容积大,焊接量大.为提高焊接效率和施工质量,必须采用气电立焊等高效自动化焊接方法,热输入从30kJ/cm至100kJ/cm,有时甚至达到120kJ/cm.怎样防止由于大热输入焊接过程中热影响区的韧性大幅下降成了高强度储罐钢开发的关0.100.351.490.04≤0.20≤0.40≤0.150.0020.007余量表2试验钢力学性能Mechanicalpropertiesofte
4、ststeelTable2屈服强度ReL/MPa抗拉强度Rm/MPa-20℃冲击吸收功AKV/J断后伸长率A(%)55065019.5290键[1].粗晶区是焊接热影响区组织恶化最严重的区进行21mm模拟焊接热循环试验,采用相当于60,80,100,120kJ/cm的热输入,使试样承受类似实际大热输入焊接的热冲击,加热速率300℃/s,初始温度20℃,峰值温度1350℃,峰值停留时间1s,对域,在大热输入焊接热循环条件下,如何改善热影响区粗晶区(coarsegrainhighaffectedzone,C
5、GHAZ)组织,提高其力学性能是大型石油储罐用钢的技术难点[2].文中通过MMS—200热力模拟试验机、扫描应60,80,100,120kJ/cm的热输入时间试验钢(t8/5电镜、透射电镜等设备,模拟研究了大热输入高强钢在不同热输入下CGHAZ的组织与性能的关系,分析了该钢的焊接热敏感性,为该钢板的生产及推广应用提供了参考依据.从800℃冷却至500℃的时间)分别为56,100,158,225s.图1为实际获得的热循环曲线.1试验方法试验材料选用济钢中厚板厂生产的高强度储罐用钢板,其厚度为21mm,化学
6、成分如表1所示,力学性能见表2.将试验钢加工成11mm×11mm×55mm的焊接热模拟冲击试样,在MMS—200热模拟试验机上图1不同热输入焊接热循环曲线Fig11Curvesofweldingthermalsimulationwithvariousheatinputs收稿日期:2009-12-01焊接学报第32卷84经热循环后热模拟试样加工至10mm×10mm×55mm,在CDW—60冲击试验机上进行夏比V形缺口冲击试验,每组热输入进行3个试样冲击试验,在HVS—1000型显微硬度计上测量各试样热模拟
7、HAZ粗晶区显微硬度(载荷1.96N,加载时间10s).将母材及热模拟后试样进行磨抛制成金相试样,用扫描电镜观察微观组织形貌,分析不同热输入焊接粗晶区的组织变化.对母材及热输入为100kJ/cm的试件热模拟粗晶区进行碳萃取复型,利用TecnaiG2F30S—TWIN300kV场发射透射电镜观察二相粒子在焊接热循环下析出种类和形貌.小热输入的组织,以针状铁素体、粒状贝氏体为主,几乎没有粗大的贝氏体及魏氏组织,原奥氏体晶界依稀可见,原奥氏体长大不明显,这种组织具有较好的强韧性匹配.随着热输入的增大,粗晶区组
8、织晶粒变粗,晶界由明显、平直变为模糊,80,100kJ/cm焊接热输入的组织以贝氏体为主,另外含有少量的针状铁素体和多边形铁素体,偶见魏氏铁素体组织,2试验结果2.1模拟焊接热循环热影响区粗晶区力学性能经不同热输入模拟后CGHAZ冲击吸收功及硬度与母材的对比试验结果见图2.图2不同热输入焊接热模拟CGHAZ冲击吸收功及硬度Fig12Charpyimpactvalueandhardnessofthermalsim2ulatedCGHAZwit
