含钛微合金钢Q345B焊接热影响区组织及其性能研究

发布时间：2020-07-04 07:23

【摘要】：含钛微合金钢是近年来发展迅速、应用广泛的钢种。钢中钛含量的增加会引起实际生产中板材冲击韧性等性能的不稳现象;钛含量的升高对含钛微合金钢焊接热影响区(HAZ)的相变行为及性能也存在影响。本文研究冷却速率对含钛微合金钢Q345B焊接热影响区的组织与性能的影响规律,明确焊接线能量与HAZ组织与性能之间的关系,为含钛微合金钢Q345B焊接工艺的确定提供数据依据。本文以含钛微合金钢Q345B为研究对象,对不同线能量下含钛微合金钢Q345B中的焊接热影响区的组织以及性能进行研究。对焊接热影响区中的晶内针状铁素体(IAF)进行研究。利用高温共聚焦显微镜(CLSM)对HAZ的相变进行原位观察。本文主要的研究内容和获得的结果如下。(1)基于焊接热影响区的实际热循环,使用Gleeble3500模拟了不同线能量下焊接过程中焊接热影响区,通过光学显微镜、扫描电镜获得了不同线能量(冷速)下含钛微合金Q345B焊接热影响区的组织,通过硬度计测试其硬度,并测试获得了不同线能量下HAZ冲击功。研究表明:组织的规律为:当冷速小于10℃/s时,含钛微合金钢焊接热影响区的组织以粒状贝氏体与晶界铁素体为主。当冷速为2.5℃/s时,晶内针状铁素体大量产生。当冷速大于15℃/s时,焊接热影响区的组织以粒状贝氏、下贝氏体、马氏体为主;硬度的规律为:在冷速小于10℃/s时,含钛微合金钢HAZ的组织的硬度变化不大,硬度值在230 HV左右。当冷速不小于15℃/s时,随着冷速的增加,含钛微合金钢HAZ的组织的硬度线性增加,硬度值大于350 HV;冲击韧性的规律为:随着冷速的提高,冲击功整体上随之得到改善,冲击韧性在2.5℃/s与40℃/s冷速时出现波峰。当冷速小于10℃/s时,冲击功很低,冲击功小于10 J。在2.5℃/s冷速时,晶内针状铁素体的生成明显改善HAZ的冲击韧性。(2)对含钛微合金钢Q345B中的IAF形成、IAF形核的夹杂物基体、钛含量对夹杂物析出的影响进行研究。研究结果表明:晶内针状铁素体以微米级夹杂物为形核基体,并以感生形核的方式生成更多的晶内针状铁素体。生成的铁素体为微米级并且相互连接,形成“互锁”。适宜生成晶内针状铁素体的的奥氏体大小为185μm左右;使用FactSage理论计算得出含钛微合金钢析出的简单夹杂物有Al_2O_3、TiN、C_2S_2Ti_4、TiC。含钛夹杂物的析出优先级为:TiNC_2S_2Ti_4TiC。(3)通过CLSM模拟含钛微合金钢Q345B焊接过程,原位观察含钛微合金钢HAZ的相变过程,原位观察相变的类型、相变温度,形态、相变位置等相变规律。研究表明:温度为1245-1300℃之间时,奥氏体与奥氏体之间发生吞并与瓜分,奥氏体长大明显。在降温过程中,奥氏体几乎不长大,奥氏体平均尺寸为50μm。降温过程中,侧板条铁素体的产生的相变温度区间为639℃-634℃,与晶界成一定角度平行生长;贝氏体铁素体平行分布,贝氏体铁素体相变的区间较短,形核长大的速度较快。针状铁素体相变温度较低,以夹杂物为核心形核。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG457.11
【图文】：

由于焊接过程中，焊接热影响区的温度梯度很大，其组织也错综复的焊接热影响区由于离焊接点的距离不同，其受到的焊接热循环不同中发生不同的组织变化，最终得到不一样的性能。按照不同部位在焊受热最高温度和组织特征的不同，可将焊接热影响区从焊缝处到母分为 4 个区[12](如图 1.1 所示)。峰值温度为 1300-1500℃的熔合区，1100-1300℃的过热区(也称为粗晶区)，峰值温度为 900-1100℃的正火 900℃以下的部分相变区。对于这四个区的组织，粗晶区也称过热区，其受热温度范围在晶粒开始急剧长大的温度(一般指 1100℃)一直为这一区域受热温度很高，金属处于过热状态，尤其是在固相线附近碳化物和氮化物颗粒也溶于奥氏体中，奥氏体晶粒将会急剧长大，造织也是粗大的过热组织，甚至可能会有魏氏组织生成。该区的组织特域脆性大，韧性差，容易产生裂纹，是焊接接头的薄弱环节。因此，影响区组织的研究针对粗晶区。下文中，如果没有特殊说明，HAZ 响区的粗晶区。

(a)典型的针状铁素体组织[52](b)夹杂物促进晶内铁素体形核示意[52]图 1.2 焊接热影响区中的针状铁素体Fig.1.2Acicular ferrite in the heat affected zone on welding首先，现在明确的是夹杂物的类型不同，其形核能力不同，所以简单的夹杂物上的惰性界面形核理论不能一概而论。根据研究发现，不同类型的夹杂物其热膨胀系数与晶内针状铁素体的形核没有必然的对应关系。因此前两种形核机制的没有很好的可信度[55]。错配度理论的前提是夹杂物与铁素体之间存在一定的位向关系但实际情况下，夹杂物与铁素体之间位向关系各异，没有统一之说。实验[55]也证明了夹杂物与铁素体无统一位向关系这一观点。再者因为 Y-Al2O3、MnAlO4、TiN 与铁素体晶格之间的错配度都小于 Ti2O3、TiO2，但它们的形核能力都不如后者。因此，这种假设还存在争议。目前第四种形核机制己经得到了实验的初步证实。贫锰区域是被证实最普遍的形核机制。Farrar 和 Watson[56]最早研究发现：夹杂物附近会发生 Mn 含量得变化，Mn 作为奥氏体稳定元素，Mn 元素的降低，将导致奥氏体向铁素体转变提前，

【参考文献】

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本文编号：2740828