高温停留时间对X80管线钢焊缝粗晶区组织与性能的影响
发布时间：2021-03-31 16:47
利用Gleeble-3500热模拟机、组织分析、力学测试、扫描电镜等方法研究了高温停留时间对X80管线钢焊缝热影响粗晶区（Coarse-grained heat-affected zone,CGHAZ）组织性能的影响。研究结果表明,X80管线钢热影响区粗晶区的组织主要由粒状贝氏体、贝氏体铁素体以及M/A组元组成。随着高温停留时间的增加,碳氮原子扩散速度增加,成分更加趋于均匀化,粒状贝氏体和贝氏体铁素体交错分布程度增加,M/A岛状组织以及碳氮化合物分布更加弥散,粗晶区韧性值逐渐增加,当高温停留时间为18 s时,粗晶区冲击性能最佳,-10℃的冲击吸收能量为288 J,硬度值适中,为270 HV0.3。当高温停留时间大于18 s时,粗晶区冲击吸收能量有所下降,硬度值增大。高温停留时间为8 s时,粗晶区韧性最低,冲击吸收能量仅为49 J,硬度值最高,为283 HV0.3。
【文章来源】：金属热处理. 2020,45(07)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
X80管线钢的原始组织
X80管线钢在经历焊接热循环时，对粗晶区组织形态性能影响最大的两个因素是t8/5以及高温停留时间tH。相关研究表明[9]:当焊接热输入为20 k J/cm，冷却时间t8/5为15 s时，X80管线钢粗晶区组织韧性最佳。另有研究发现[10]:随着t8/5时间增加，粗晶区组织冲击韧性先增加后减小，当t8/5为7 s时，X80管线钢粗晶区组织韧性较好。这主要是由于当t8/5时间适中时，冷却速度较慢，原子扩散时间较短，元素进行短程扩散聚集，形成窄细的板条贝氏体以及分布于其中细小的M/A组元和碳氮化合物相增强了材料的韧性。但是当t8/5时间过短时，原子扩散时间降低，相变方式主要以切变形式进行，生成贝氏体，且连续生长，易于裂纹的扩展，降低了材料的韧性[11-13]。管线钢粗晶区性能随着高温停留时间的增加，一方面材料的晶粒尺寸会逐渐粗大，另一方面奥氏体均质化、碳氮化合物的溶解和析出过程都会产生相应的变化，从而影响最终的相变产物及形貌特征[14-15]。图3为不同高温停留时间对试验钢的显微组织的影响。由图3可知，当经历焊接热循环后，与图1的母材组织相比，X80管线钢热影响粗晶区组织中的晶粒尺寸显著增大。X80管线钢热影响粗晶区的组织类型为典型的粒状贝氏体(GB)+贝氏体铁素体(Bainitic ferrite,BF)以及M/A岛状组织。随着高温停留时间的增加，粒状贝氏体与贝氏体铁素体彼此交错分布的程度增加，M/A岛状组织以及碳氮化合物分布较为弥散。
由前述可知，当高温停留时间为18 s时，X80管线钢热影响区粗晶区的冲击吸收能量最高，硬度值适中。高温停留时间为18 s时，高温停留时间适中，碳氮原子可以充分扩散溶解，使得材料的成分比例分配较为均匀，在发生相变时，减少了新相形成的机会，同时使得碳氮化合物弥散分布于基体中，并形成了适当比例的粒状贝氏体、贝氏体铁素体以及在板条之间分布均匀且细小的M/A岛状组织，如图3(d)所示。贝氏体铁素体与粒状贝氏体在基体组织中彼此交错分布，贝氏体铁素体是在晶界处形核，并向晶内平行生长，间距较窄，以不同位向析出，具有较高的位错密度。再加上弥散分布的细小M/A岛状组织和碳氮化合物，对位错运动起到了一定的阻碍作用，从而有效阻止了裂纹的扩展，提高了材料的强韧性。从图4(c)的冲击断口形貌可知，裂纹扩展区有着大量的韧窝，且韧窝较深，也进一步验证了高温停留18 s可以使试验材料获得较好的塑韧性。图4 不同高温停留时间下X80管线钢热影响粗晶区的冲击断口形貌
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度对焊接热模拟X80管线钢断裂韧性的影响[J]. 徐杰,李朋朋,樊宇,孙智. 焊接学报. 2017(01)
[2]焊接峰值温度对X80管线钢焊接接头热影响区性能影响的热模拟[J]. 由宗彬,李烨铮,刘宇. 机械工程材料. 2016(09)
[3]X80管线钢焊缝组织及裂纹形成机制[J]. 端强,阎军,朱国辉,蔡庆伍. 金属热处理. 2015(11)
[4]冷却时间对X80钢焊接热影响区粗晶区组织及性能的影响[J]. 张德芬,王进,李烨铮,景亮. 材料热处理学报. 2014(S2)
[5]经济型X80管线钢的CCT曲线[J]. 王畅畅,刘清友,雍岐龙,缪成亮,牛涛. 金属热处理. 2014(12)
[6]热输入对X80管线钢焊接粗晶区组织与性能的影响[J]. 张德芬,王进,景亮,彭波,蒋平. 金属热处理. 2014(02)
[7]冷却速度对X80管线钢焊接热影响区组织性能的影响[J]. 郭林,霍向东,李烈军,黎剑锋,董锋,田振卓. 钢铁钒钛. 2013(06)
[8]SA738Gr.B钢奥氏体化高温停留时间及峰值温度对组织演变及性能影响的研究[J]. 张效宁,景益,余燕,吴毅雄,左波,张俊宝,姚俊俊. 热加工工艺. 2013(07)
[9]高Nb-X80管线钢奥氏体晶粒长大规律[J]. 苗华军,王岩,曾莉. 金属热处理. 2012(09)
[10]焊后冷却时间对X80级抗大变形管线钢焊接粗晶热影响区组织的影响[J]. 胡美娟,韩新利,何小东,李金凤,张蕾. 机械工程材料. 2012(06)
本文编号：3111755
【文章来源】：金属热处理. 2020,45(07)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
X80管线钢的原始组织
X80管线钢在经历焊接热循环时，对粗晶区组织形态性能影响最大的两个因素是t8/5以及高温停留时间tH。相关研究表明[9]:当焊接热输入为20 k J/cm，冷却时间t8/5为15 s时，X80管线钢粗晶区组织韧性最佳。另有研究发现[10]:随着t8/5时间增加，粗晶区组织冲击韧性先增加后减小，当t8/5为7 s时，X80管线钢粗晶区组织韧性较好。这主要是由于当t8/5时间适中时，冷却速度较慢，原子扩散时间较短，元素进行短程扩散聚集，形成窄细的板条贝氏体以及分布于其中细小的M/A组元和碳氮化合物相增强了材料的韧性。但是当t8/5时间过短时，原子扩散时间降低，相变方式主要以切变形式进行，生成贝氏体，且连续生长，易于裂纹的扩展，降低了材料的韧性[11-13]。管线钢粗晶区性能随着高温停留时间的增加，一方面材料的晶粒尺寸会逐渐粗大，另一方面奥氏体均质化、碳氮化合物的溶解和析出过程都会产生相应的变化，从而影响最终的相变产物及形貌特征[14-15]。图3为不同高温停留时间对试验钢的显微组织的影响。由图3可知，当经历焊接热循环后，与图1的母材组织相比，X80管线钢热影响粗晶区组织中的晶粒尺寸显著增大。X80管线钢热影响粗晶区的组织类型为典型的粒状贝氏体(GB)+贝氏体铁素体(Bainitic ferrite,BF)以及M/A岛状组织。随着高温停留时间的增加，粒状贝氏体与贝氏体铁素体彼此交错分布的程度增加，M/A岛状组织以及碳氮化合物分布较为弥散。
由前述可知，当高温停留时间为18 s时，X80管线钢热影响区粗晶区的冲击吸收能量最高，硬度值适中。高温停留时间为18 s时，高温停留时间适中，碳氮原子可以充分扩散溶解，使得材料的成分比例分配较为均匀，在发生相变时，减少了新相形成的机会，同时使得碳氮化合物弥散分布于基体中，并形成了适当比例的粒状贝氏体、贝氏体铁素体以及在板条之间分布均匀且细小的M/A岛状组织，如图3(d)所示。贝氏体铁素体与粒状贝氏体在基体组织中彼此交错分布，贝氏体铁素体是在晶界处形核，并向晶内平行生长，间距较窄，以不同位向析出，具有较高的位错密度。再加上弥散分布的细小M/A岛状组织和碳氮化合物，对位错运动起到了一定的阻碍作用，从而有效阻止了裂纹的扩展，提高了材料的强韧性。从图4(c)的冲击断口形貌可知，裂纹扩展区有着大量的韧窝，且韧窝较深，也进一步验证了高温停留18 s可以使试验材料获得较好的塑韧性。图4 不同高温停留时间下X80管线钢热影响粗晶区的冲击断口形貌
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度对焊接热模拟X80管线钢断裂韧性的影响[J]. 徐杰,李朋朋,樊宇,孙智. 焊接学报. 2017(01)
[2]焊接峰值温度对X80管线钢焊接接头热影响区性能影响的热模拟[J]. 由宗彬,李烨铮,刘宇. 机械工程材料. 2016(09)
[3]X80管线钢焊缝组织及裂纹形成机制[J]. 端强,阎军,朱国辉,蔡庆伍. 金属热处理. 2015(11)
[4]冷却时间对X80钢焊接热影响区粗晶区组织及性能的影响[J]. 张德芬,王进,李烨铮,景亮. 材料热处理学报. 2014(S2)
[5]经济型X80管线钢的CCT曲线[J]. 王畅畅,刘清友,雍岐龙,缪成亮,牛涛. 金属热处理. 2014(12)
[6]热输入对X80管线钢焊接粗晶区组织与性能的影响[J]. 张德芬,王进,景亮,彭波,蒋平. 金属热处理. 2014(02)
[7]冷却速度对X80管线钢焊接热影响区组织性能的影响[J]. 郭林,霍向东,李烈军,黎剑锋,董锋,田振卓. 钢铁钒钛. 2013(06)
[8]SA738Gr.B钢奥氏体化高温停留时间及峰值温度对组织演变及性能影响的研究[J]. 张效宁,景益,余燕,吴毅雄,左波,张俊宝,姚俊俊. 热加工工艺. 2013(07)
[9]高Nb-X80管线钢奥氏体晶粒长大规律[J]. 苗华军,王岩,曾莉. 金属热处理. 2012(09)
[10]焊后冷却时间对X80级抗大变形管线钢焊接粗晶热影响区组织的影响[J]. 胡美娟,韩新利,何小东,李金凤,张蕾. 机械工程材料. 2012(06)
本文编号：3111755
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