一次峰值温度对激光电弧复合焊热模拟临界再热粗晶区组织与韧性的影响

临界再热粗晶区(Intercritically reheated coarse grained heat affect zone, ICCGHAZ)是低合金高强钢焊接热影响区的局部脆化区,为研究一次峰值温度对低合金高强钢激光电弧复合焊ICCGHAZ微观组织和韧性的影响,本工作利用焊接热模拟技术制备了不同一次峰值温度的ICCGHAZ试样,并对其组织和韧性进行了表征与分析。结果表明:不同一次峰值温度下,热模拟ICCGHAZ的基体组织均为板条马氏体,块状马奥(Martensite-austenite, M-A)组元分布在原奥氏体晶界并在局部聚集成链状。随着一次峰值温度的升高,热模拟ICCGHAZ试样平均晶粒尺寸不断增加,M-A组元体积分数也不断增加,但M-A组元平均晶粒尺寸变化不大。热模拟ICCGHAZ试样裂纹扩展功随一次峰值温度的升高而不断下降,裂纹形成功变化不大。

大厚度F690超高强海工钢临界再热粗晶区组织脆化研究

采用Gleeble-3800热模拟试验机进行一次焊接热循环和二次焊接热循环模拟试验,研究100mm厚超高强海洋工程用钢F690焊接热影响区临界再热粗晶区的组织和性能特征。结果表明:大厚度超高强F690钢板在二次焊接热循环作用下,临界再热粗晶区(ICCGHAZ)生成大量M-A组织,由于这些M-A组织呈链珠状沿原始奥氏体晶界分布,严重恶化组织的低温韧性,导致热影响区局部脆化。因此,大厚度超高强海工钢不仅需要在成分设计时特别考虑焊接性能,而且还要在多层多道次焊接过程中严格控制焊接热输入量和层间温度,避免热影响区组织脆化现象。

1300MPa级超高强钢临界粗晶热影响区组织和韧性

通过焊接热模拟试验、冲击试验和显微组织观察分析,研究了二次热循环峰值温度（θp2）对1 300MPa级低合金超高强钢临界粗晶热影响区（ICCGHAZ）的组织和冲击韧性的影响。结果表明,当θp2由720℃增加至800℃时,ICCGHAZ的-20℃冲击吸收功由21.47J增加到76.05J,裂纹形核功和扩展功均得到较大提高;θp2低于760℃时在原奥氏体晶界处形成的粗大的链状M-A组元,不但弱化晶界而且作为裂纹形核源是降低韧性的主要原因;θp2增加到800℃时所形成的M-A组元其内部结构呈板条状,晶内的板条马氏体回复程度增加,位错密度降低,碳化物尺寸减小,有利于提高韧性。

第二道次焊接热循环冷却速度对X100管线钢临界再热粗晶区组织及冲击性能的影响

利用Gleeble热模拟技术,保持第一道次焊接热循环参数(模拟第一道次焊接粗晶区组织)不变,并将第二道次峰值温度固定为800℃,研究了第二道次焊接热循环不同冷却速度(2.0、6.8和15.3℃/s)对X100管线钢临界再热粗晶区组织及冲击性能的影响。结果表明:冷速为6.8℃/s时的冲击性能最高,冲击吸收能量平均为84.9 J,而2.0℃/s和15.3℃/s冷速下冲击吸收能量较低,分别为40.3 J和65.8 J。微观组织分析表明,不同冷速下晶粒内部组织均为板条状贝氏体和粒状贝氏体,但是沿原奥氏体晶界分布的马氏体-奥氏体(M-A)组元的体积分数和分布状态有较大差别。冷速为15.3℃/s时,M-A组元沿晶界成链状连续分布,且体积分数较高(6.3%)。而2.0℃/s和6.8℃/s下形成的M-A组元的体积分数相近,分别为3.3%和3.7%,但2.0℃/s时形成的组织中存在较多大尺寸、尖角形的M-A组元,对韧性的危害更大。

热输入对海工钢板EQ47焊接热影响区组织与冲击性能的影响

利用Gleeble热模拟研究了热输入对海工钢板EQ47热影响区组织和冲击性能的影响,并用多道次气保焊接试验加以验证。粗晶区(CGHAZ)热模拟结果表明:t8/5≤6s(17kJ/cm),该区组织为板条马氏体(LM),其-40℃冲击功大于200J;t8/5增加到13s(25kJ/cm),CGHAZ组织中出现了上贝氏体(UB),其冲击功下降到100J;当t8/5达到20s(30kJ/cm)时,UB开始粗大并导致其冲击韧性小于30J。临界粗晶热影响区(ICCGHAZ)模拟结果表明:晶界M-A组元的出现恶化了该区冲击韧性,其冲击功将由t8/5=6s时的100J下降到13和20s时的37和21J。多道次气保焊接接头组织特征与热模拟结果吻合,接头HAZ冲击功(熔合线)由热输入17kJ/cm的134～215J下降到25kJ/cm时的39～95J。结果表明,为确保焊接接头HAZ的冲击韧性,焊接热输入应小于等于17kJ/cm。

高强管线钢焊接临界再热粗晶区中逆转奥氏体的逆相变晶体学

利用Gleeble热模拟以及电子背散射衍射(EBSD)技术,研究了高强管线钢焊接临界再热粗晶区(ICCGHAZ)中逆转奥氏体(γ_(r))在不同第二道次峰值温度(760、800和840℃)下的逆相变规律及其晶体学关系。结果表明,在3个峰值温度下形成的γ_(r)体积分数依次为4.1%、8.9%和25.2%,γ_(r)优先在第一道次粗晶区的原奥氏体晶界(PAGB)处形核,其次是原奥氏体晶粒(γ_(p))内板条束(block)的交界处。在极快的焊接加热速率下,γ_(r)倾向于以块状形式长大。晶体学研究表明,γ_(r)在PAGB处的逆相变不是自由形核,而是依托于PAGB一侧γ_(p)的晶体学取向按照近似K-S关系通过逆相变而形成,而与另一侧的γ_(p)没有确定的晶体学关系。第二道次峰值温度较低(760℃)时,γ_(r)在PAGB处形核后向非K-S关系一侧的晶粒内部长大,γ_(r)呈链状分布于PAGB处。随峰值温度的升高(800和840℃),γ_(r)向PAGB两侧同时生长。分析表明,γ_(r)在第二道次加热过程中的逆相变行为对其在后续冷却过程中的相变过程、终态组织及其韧性等有重要影响。