淺談超細晶粒鋼的焊接

淺談超細晶粒鋼的焊接

在國家重大規(guī)劃基礎(chǔ)研究項目"新一代鋼鐵材料重大基礎(chǔ)研究"中，將通過晶粒超細化實現(xiàn)鋼材強度韌性提高一倍的目標。對于超細晶粒鋼而言，熱影響區(qū)（HAZ）晶粒粗化導(dǎo)致的性能惡化及不適當(dāng)焊接熱輸入導(dǎo)致的HAZ軟化將是最主要的問題。研究焊接熱循環(huán)對母材組織、性能的影響規(guī)律及研究適合超細晶粒鋼的新型焊接技術(shù)和工藝是非常必要的。
日本在其"超級鋼"規(guī)劃中，將超級鋼焊接技術(shù)作為三個研究主題之一，在800MPa級高強度課題中更將焊接置于極其重要的位置。韓國在新世紀高性能結(jié)構(gòu)鋼中也非常重視超細晶粒鋼的焊接問題，為使焊接接頭具有90%以上的母材性能（強度、韌性），從焊接技術(shù)、焊接材料和焊接工藝三個方向全面開展工作。
一、試驗用超細晶粒鋼及試驗研究
試驗用材為400MPa級課題組在寶鋼軋制的SS4
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速率。當(dāng)t8/5=5s時峰值溫度對原¬始奧氏體晶粒尺寸的影響，Tp介于1100~1200℃時，奧氏體粒徑明顯開始粗化，可把這個溫度區(qū)間作為SS400鋼的粗化溫度。當(dāng)Tp>1350℃時，奧氏體晶粒不再繼續(xù)粗化，而奧氏體晶粒有所減小，這有可能是因為在奧氏體晶界局部熔化導(dǎo)致晶粒尺寸有所減小。由上面數(shù)據(jù)可以得出：隨著t8/5增加，熱影響區(qū)粗晶區(qū)的硬度逐漸降低并趨于平穩(wěn)，當(dāng)t8/5=3s時，硬度最大。當(dāng)t8/5=5s時，隨著峰值溫度Tp的升高，其顯微硬度逐漸增加，當(dāng)Tp=1400℃時，其硬度達到最大。¾¬t8/5=5s，不同峰值溫度的焊接熱模擬后，SS400鋼的整個熱影響區(qū)硬度都不低于母材，于是可以預(yù)言：當(dāng)t8/5時，SS400鋼的熱影響區(qū)不會出現(xiàn)軟化現(xiàn)象。
三、400MPa級超細晶粒鋼的脈沖MAG焊接適用性研究
將試板對接，壓緊在鑲有成形ͬ條的工作臺上，采用95%Ar+5%CO2（質(zhì)量分數(shù)）氣體保護進行低熱輸入脈沖MAG焊接。三種規(guī)范下的SS400鋼脈沖MAG焊接。
因超細晶粒鋼主要是在形變條件下獲取細晶的，不能通過熱處理手段來恢復(fù)，所以焊后HAZ會出現(xiàn)軟化，尤其當(dāng)高熱輸入時，就更加明顯。不過這種局部軟化對接頭整體強度的影響是受其它因素控制的，如局部軟化區(qū)的寬度、板厚和焊縫強度匹配等因素。三種規(guī)范下的SS400接頭拉伸均斷在母材，說明至少當(dāng)t8/5<10s時，SS400鋼接頭中的HAZ不存在軟化問題。從接頭的硬度分布也可看出SS400鋼5號接頭的熱影響區(qū)不存在軟化問題，這一點與焊接熱模擬試驗結(jié)果一致。
在焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)晶粒長大嚴重，其組織以貝氏體為主，沿拉奧氏體晶界，有較多的側(cè)板條鐵素體，這樣的組織韌性水平往往較低。
為評估熱影響區(qū)的韌性不平，從焊接試板上取樣進行V型缺口沖擊試驗，試樣尺寸2.5mm*10mm*55mm，取樣試驗結(jié)果Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為試樣的位置，其中Ⅱ為焊腳熔合線，向焊縫側(cè)移2mm為I，向母材側(cè)移2mm為10S。單從沖擊功試驗結(jié)果來看，熱影響區(qū)的數(shù)值與母材相比并無明顯差距，但低溫試驗熱影響區(qū)斷口結(jié)晶狀的比例高于母材。位置I裂紋擴展前沿由焊縫+粗晶區(qū)+母材組成，結(jié)晶狀斷口比例最高；位置Ⅱ由粗晶區(qū)+細晶區(qū)+母材組成，結(jié)晶狀斷口比例次高；位置Ⅲ由細晶區(qū)+母材組成，結(jié)晶狀斷口比例與母材相同。這些結(jié)果顯然與裂紋前沿粗晶區(qū)所占的比例有關(guān)，位置I的粗晶區(qū)所占的比例最高，結(jié)晶狀斷口比例也最高，位置Ⅲ粗晶區(qū)所占的比例為零，結(jié)晶狀斷口比例也與母材一樣為零，這說明粗晶區(qū)的韌性低于母材。然而，由于焊接接頭，特別是熔合線附近，為復(fù)合組織，韌性較差的粗晶區(qū)只占裂紋擴展前沿很小的比例，所以焊接接頭的抗裂性能與母材相比并不一定會有明顯差距，這在沖擊值中已有所體現(xiàn)。然而，由于試件以尺寸很小，厚度僅僅2.5mm，試驗的結(jié)論尚須通過斷裂韌性試驗進一步證實。
四、結(jié)論
（1）超細晶粒 ……（未完，全文共2513字，當(dāng)前僅顯示1597字，請閱讀下面提示信息。收藏《淺談超細晶粒鋼的焊接》）