RPC超細(xì)組織鋼的焊接物理冶金研究.pdf

1、通過組織超細(xì)化可以使鋼鐵材料同時(shí)獲得高的強(qiáng)度和優(yōu)良的韌性，但超細(xì)組織在焊接條件下的粗化可能阻礙超細(xì)組織鋼的應(yīng)用。本文對(duì)采用馳豫－析出－控制相變工藝（RPC）生產(chǎn)的新型超細(xì)組織鋼進(jìn)行了焊接物理冶金現(xiàn)象與規(guī)律的系統(tǒng)研究。 首先采用相變動(dòng)力學(xué)方法對(duì)RPC超細(xì)組織鋼的焊接熱影響區(qū)組織變化規(guī)律進(jìn)行了深入研究，測(cè)定了焊接SH-CCT曲線，為研究RPC超細(xì)組織鋼焊接物理冶金規(guī)律、制訂適宜的焊接工藝奠定了基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)，在t8/5≤7s時(shí)，R

2、PC超細(xì)組織鋼焊接熱影響區(qū)主要為低碳馬氏體組織，t8/5在7~500秒范圍內(nèi)，焊接熱影響區(qū)主要發(fā)生中溫轉(zhuǎn)變，組織類型為貝氏體。當(dāng)t8/5大于500秒后，晶界開始有少量先共析鐵素體產(chǎn)生。首次研究了RPC工藝對(duì)焊接加熱過程中奧氏體轉(zhuǎn)變的影響，RPC工藝在鋼中形成的細(xì)小析出相和中溫超細(xì)化組織使奧氏體具有更多的形核點(diǎn)與界面，使升溫過程中奧氏體相變時(shí)間縮短。Mo、B元素顯著地降低了過熱區(qū)在冷卻過程中的相變溫度，其中B元素作用更加突出。

3、采用熱模擬方法全面研究了RPC超細(xì)組織鋼不同焊接熱輸入條件下熱影響區(qū)奧氏體組織長(zhǎng)大傾向。由于鋼中Ti、N、Nb等微量元素形成了大量的析出相，過熱區(qū)奧氏體晶粒直徑長(zhǎng)大傾向并不明顯，由t8/5=5s時(shí)的19μm 變化至 t8/5=200s時(shí)的45μm，即使t8/5為2500秒，奧氏體平均直徑也僅為65μm。與一般低合金高強(qiáng)度鋼相比，RPC超細(xì)組織鋼過熱區(qū)奧氏體晶粒粗化傾向并不顯著。 研究表明，RPC超細(xì)組織鋼在較大焊接規(guī)范條件下（

4、t8/5>15秒），焊接熱影響區(qū)存在兩個(gè)明顯軟化區(qū)域，一是位于重結(jié)晶區(qū)和部分重結(jié)晶區(qū)，另一個(gè)位于溫度較高的過熱區(qū)。其中細(xì)晶區(qū)硬度下降較為顯著，與母材相比，維氏硬度值HV下降約50個(gè)單位。細(xì)晶區(qū)的軟化是由于該區(qū)域形成的細(xì)小鐵素體組織，焊接過熱區(qū)的軟化是在高溫度區(qū)域，無碳貝氏體板條變寬，一些析出相Nb(C、N)和ε-Cu析出相等隨溫度的升高相繼溶解，從而導(dǎo)致強(qiáng)度又有所下降。較小的熱輸入可以使焊接過熱區(qū)的軟化得到避免，但細(xì)晶區(qū)的軟化不能消除，

5、即使在高能密度的激光焊和真空電子束焊情況下仍然如此。 在較大焊接規(guī)范下（t8/5>15秒），RPC超細(xì)組織鋼過熱區(qū)出現(xiàn)脆化。為了改善過熱區(qū)的韌性，首次研究了氧化物冶金對(duì)RPC超細(xì)組織鋼焊接物理冶金過程的影響。采用軋制后的焊縫金屬進(jìn)行了氧化物冶金對(duì)焊接熱影響區(qū)組織的影響研究。焊接熱影響區(qū)中的夾雜物邊緣是針狀鐵素體形成的有效界面，萌生了大量的晶內(nèi)鐵素體。焊接熱影響區(qū)中針狀鐵素體的開始形成溫度約為510~530℃，平均尺寸為3~4μ

6、m。在t8/5=6~200秒范圍內(nèi)，模擬氧化物冶金鋼焊接熱影響區(qū)均具有較高的沖擊韌性（-20℃ AKV＞150J）。研究結(jié)果說明，氧化物冶金對(duì)提高RPC超細(xì)組織鋼焊接熱影響區(qū)韌性起重要作用。在激光焊、真空電子束焊條件下，氧化物冶金不僅使焊接熱影響區(qū)具有良好的韌性，而且有效地解決了高能束焊接時(shí)出現(xiàn)的焊縫脆化問題，為提高RPC超細(xì)組織鋼焊接性能探索了新的途徑。 采用激光焊、真空電子束焊焊接工藝進(jìn)行了小熱輸入條件下RPC超細(xì)組織鋼的

7、焊接接頭組織與性能研究。在線能量為4KJ/cm的激光焊條件下，RPC超細(xì)組織鋼的焊接熱影響區(qū)仍出現(xiàn)軟化區(qū)域，但對(duì)接頭強(qiáng)度未造成顯著影響，熱影響區(qū)具有較好的韌性。首次采用真空電子束焊對(duì)試驗(yàn)室試制RPC超細(xì)組織鋼進(jìn)行了焊接，實(shí)現(xiàn)了11mm鋼板的單道焊，熱影響區(qū)中的過熱區(qū)硬度與基材相近，但細(xì)晶區(qū)的軟化依然存在。高能束焊接時(shí)，焊縫與過熱區(qū)的組織特征相似，均為板條貝氏體組織。 為RPC超細(xì)組織鋼研制的低合金高強(qiáng)度氣體保護(hù)焊絲，采用較低的