X80管线钢焊接热影响区组织和性能分析

采用焊接热模拟技术和金相显微组织分析技术,对首钢研制开发的X80热轧板卷在不同焊接热循环下的组织和力学性能变化规律进行了深入分析.结果表明,粗晶热影响区是X80管线钢焊接热影响区中冲击韧性较差的区域,存在严重脆化.粗晶热影响区脆化是由于晶粒的粗化以及粒状贝氏体、上贝氏体、M-A组元等非平衡中低温转变产物数量增多造成的,且其冲击韧性随着t8/5的增加而降低.细晶热影响区是X80管线钢焊接热影响区的软化区域,软化程度随着焊接热输入的增加而增加.     

X80管线钢的焊接性研究

X80管线钢是西气东输二线工程的主导钢材,其焊接质量直接决定管线的安运行全.采用热模拟技术研究了X80管线钢焊接热影响区工艺条件、组织和力学性能之间的关系.结果表明X80管线钢焊接粗晶区的组织类型为贝氏体和铁素体,不存在典型的M组织,淬硬性倾向较小.粗晶区的软化现象不太显著.焊接线能量对粗晶区的冲击韧性影响最为显著.当采用8kJ/cm的线能量和60℃的预热温度时,粗晶区的晶粒较细,组织由板条贝氏体和一定量的粒状贝氏体组成,由于粒状贝氏体对板条贝氏体的分割作用,使板条贝氏体的长度较小,方向性差,表现的韧性最优越.因此在X80管线钢的焊接中为使粗晶区获得较高的韧性,应采用较小的线能量和合适的预热温度.     

X80管线钢及其接头的低温韧性和显微组织

分别利用示波冲击韧性试验、硬度试验和光学显微镜、透射电镜研究了X80管线钢及其焊管接头的力学性能和显微组织。试验结果表明，X80钢及其焊管接头具有良好的韧性，其中焊缝的韧性最高，焊接热影响区粗晶区因受焊接热效应引起晶粒粗化和形成脆性组织，故韧性最低。试验钢由针状铁素体和少量块状铁素体组成，焊缝为典型的针状铁素体组织，焊接热影响区粗晶区以粒状贝氏体为主。焊接热影响区熔合线附近的硬度值最高，越远离熔合线硬度值越低，并逐渐接近母材的硬度值。     

二次热循环对X80管线钢焊缝粗晶区冲击韧性的影响

利用焊接热模拟技术、现代物理测试分析技术和力学性能测试等手段,研究了不同二次峰值温度下X80管线钢焊缝粗晶区冲击韧性和显微组织的变化规律.结果表明,当二次热循环峰值温度处于(α+γ)两相区范围时,X80管线钢焊缝粗晶区的韧性最低,具有明显的局部脆化倾向;引起脆化的主要原因是形成了富碳的M-A岛状组织.     

X80级抗大变形管线钢焊接粗晶区的组织和性能

采用热模拟技术研究了X80级抗大变形管线钢焊接粗晶区组织、显微硬度和韧性的变化规律,分析了焊后冷却速度和粗晶区组织、性能之间的关系.结果表明,X80级抗大变形管线钢焊接粗晶区组织类型主要为铁素体和少量珠光体、粒状贝氏体、板条贝氏体和板条马氏体4种类型.焊接粗晶区软化是X80级抗大变形管线钢焊接面临的主要问题.当焊后冷却速度在15～30℃/s之间时,X80级抗大变形管线钢焊接粗晶区的强度、室温以及低温韧性匹配良好,组织以板条贝氏体为主.     

X80管线钢焊接热影响区不同区域的组织性能

通过夏比冲击试验和组织观察,研究了X80管线钢焊接热影响区不同区域的韧性分布及其原因.结果表明,焊接峰值温度低于950℃时,韧性变化不大;当峰值温度达到1300℃时,X80管线钢所对应的粗晶热影响区韧性最低,形成了局部脆化区域.引起粗晶热影响区韧性降低的原因为晶粒的显著长大和粗大M-A岛状组织的形成.     

回火焊道热处理对X80管线钢热影响区组织性能的影响

采用焊接热模拟技术和显微分析方法.研究了回火焊道热处理对X80级管线钢焊接热影响区韧性的影响规律.结果表明,预备回火焊道处理可消除临界粗晶热影响区局部脆化现象.当预备回火温度为1000℃时,X80管线钢临界粗晶热影响区的韧度高于粗晶区的韧度,消除了局部脆化现象:补充回火焊道处理也可消除临界粗晶热影响区的局部脆化现象.当补充回火温度为650℃时.韧化效果最好.     

07MnNiCrMoVDR钢焊接粗晶热影响区的韧化机理

选用垂直于07MnNiCrMoVDR钢板轧制方向的模拟试样,在Gleeble-3500热模拟试验机上对该钢焊接粗晶热影响区的组织转变和韧性进行了研究.结果表明,粗晶区的组织类型主要是贝氏体和低碳板条马氏体的混合组织,粗晶区的低温韧性最差,随着冷却速度的减小,贝氏体由下贝氏体向上贝氏体和粒状贝氏体转变.在高温回火热处理后,粗晶区有再热脆化的倾向,易产生再热脆化,存在再热裂纹的可能性较大.再热脆化的主要原因是晶界析出粗大的碳化物,冷却速度越大,再热脆化现象越严重.     

热输入对QT900对接焊CGHAZ韧性的影响

文中采用热模拟技术、显微分析技术和断口分析等手段,研究了焊接热输入对QT900连续油管对接焊焊接热影响区粗晶区冲击韧性的影响规律及其脆化机理.结果表明,5 kJ/cm的焊接热输入下热影响区粗晶区可获得板条束细小的针状贝氏体,有利于吸收冲击能量,冲击韧性优良;随着焊接热输入从5 kJ/cm增大到10 kJ/cm,热影响区粗晶区晶粒尺寸增大,贝氏体铁素体板条变宽,并且沿着原始奥氏体晶界析出了网状的仿晶型铁素体,导致热影响区粗晶区韧性的恶化.     

12MnNiCrMoV钢薄板粗晶区组织对其韧性的影响

通过金相显微组织观察、硬度、冲击性能测试及热影响区热循环的有限元模拟,分析了12MnNiCrMoV钢薄板热影响区粗晶区金相显微组织、晶粒度对其强韧性以及硬度的影响。结果表明:低线能量输入时,粗晶区的组织为粒状贝氏体和块状铁素体,材料的冲击韧性和硬度较好;随着热输入能量的增大,粒状贝氏体向上贝氏体转变,且粗晶区的晶粒度减小、组织粗大,材料的冲击韧性和硬度均降低;粗晶脆化和组织脆化是12MnNiCrMoV钢薄板粗晶区韧性和硬度降低的主要原因。     

Effect of Post-weld Tempering on the Microstructure and Mechanical Properties in the Simulated HAZs of a High-Strength-High-Toughness Combination Marine Engineering Steel

The effects of tempering temperatures on the microstructure and mechanical properties of the simulated coarse-grain heataffected zone(CGHAZ) and inter-critical heat-affected zone(ICHAZ) were investigated for a high-strength-high-toughness combination marine engineering steel.The results demonstrate that the microstructure of the simulated CGHAZ and ICHAZ after tempering is characterized by tempering sorbites and coarse grain in the simulated CGHAZ.As tempering temperature increases,the tensile strength of the simulated CGHAZ and ICHAZ decreases and the Charpy absorbed energy of the simulated ICHAZ at-50℃increases remarkably,but the impact toughness of the simulated CGHAZ is not improved.After tempering at 550℃,the coarse flake carbides,which distribute at the prior austenite grain and martensite lath boundaries,deteriorate the impact toughness of the simulated CGHAZ.With the increase in tempering temperature,the morphology and the size of the carbides gradually change from coarse flake to fine granular,which is beneficial to the improvement of impact toughness.However,the coarse-grain size of the simulated CGHAZ and the M23 C6-type carbide precipitated along the grain boundaries weakens the enhancing effect of carbides on impact toughness.     

焊接热输入对超低碳贝氏体钢热影响区CGHAZ组织性能影响

为探索不同焊接热输入对超低碳贝氏体钢焊接接头热影响区(CGHAZ)粗晶区显微组织和冲击性能的影响,采用Gleeble 3500热模拟试验机模拟不同热输入,研究热输入对Q420q EN钢接头热影响区粗晶区的显微组织和冲击韧性的影响,并采用扫描电镜、示波冲击和透射电镜等技术对钢热影响区粗晶区进行了表征。结果表明,随着焊接热输入的变化,热影响区粗晶区的显微组织变化明显,板条贝氏体和粒状贝氏体的含量发生相应变化;同时,随着焊接热输入由18 kJ/cm增加到30 kJ/cm,接头热影响区粗晶区在-20℃下的冲击韧性先增加后减小。     

粗晶热影响区比例对09MnNiDR焊接接头冲击韧性的影响

通过对09MnNiDR低温压力容器用钢埋弧焊焊接接头热影响区不同位置处的冲击吸收能量的测试、冲击断口以及微观组织的观察分析，确定了09MnNiDR焊接接头的组织特征以及最薄弱区域，并深入讨论了最薄弱区域对焊接接头冲击韧性的影响. 结果表明，在?70 ℃时，焊接接头母材、亚临界热影响区、临界热影响区、细晶热影响区平均冲击吸收能量均在270 J以上，表现出良好的韧性. 焊缝的平均冲击吸收能量为139 J. 焊接接头韧性最薄弱区域为粗晶热影响区，当缺口完全位于粗晶热影响区时，冲击吸收能量为20 J，相比于母材冲击韧性损失高达92.7%. 粗晶热影响区的显微组织为粗大的粒状贝氏体、板条贝氏体以及块状铁素体组成的复合组织. 随着缺口尖端前沿粗晶热影响区比例的增加，其分布位置越靠近缺口尖端，试样的冲击吸收能量越小，充分体现出最薄弱区域对冲击韧性的影响.     

高强钢金属芯焊丝E120C-K4熔敷金属粗晶区显微组织对冲击韧性的影响

采用焊接热模拟通过改变冷却时间(t_8/5),研究了金属芯焊丝E120C-K4多道焊熔敷金属模拟粗晶区(CGHAZ)显微组织对冲击韧性的影响规律. 结果表明,当t_8/5为6 ~ 12 s时,CGHAZ显微组织由蜕化上贝氏体、粒状贝氏体和针状铁素体组成,奥氏体晶粒内部形成复相分割结构,冲击韧性最好. 而当t_8/5为30 ~ 120 s时CGHAZ显微组织主要由粒状贝氏体和针状铁素体组成,冲击韧性下降. t_8/5为120 s时,冲击韧性最差,–40 ℃冲击吸收能量仅为24 J. t_8/5为6 ~ 12 s时韧性改善的关键是形成复相分割微观结构;晶粒细小;单位距离上大角度晶界数量多.     

焊接热循环对09MnNiDR钢热影响区低温韧性的影响

利用Gleeble-3800研究了焊接热循环对09MnNiDR钢焊接热影响区粗晶区（CGHAZ）和中间临界再热粗晶区(IRCGHAZ)低温韧性的影响. 结果表明，热输入为15 kJ/cm、层间温度为150 ℃时，CGHAZ组织形态为板条状马氏体+下贝氏体，下贝氏体的存在限制了马氏体的生长，提高了低温韧性，而IRCGHAZ继续保持了CGHAZ的组织. ?70 ℃冲击试验中，IRCGHAZ相比于CGHAZ具有较好的低温冲击韧性，热输入为15 kJ/cm、层间温度为150 ℃时，冲击吸收能量最高为65 J. 根据热模拟结果，采用焊接热输入15 ~ 22 J/cm、层间温度为150 ℃的工艺参数对09MnNiDR钢进行焊接，?70 ℃冲击试验中热影响区冲击吸收能量值为101 J，冲击断口存在大量的等轴韧窝，具有较好的低温韧性；?70 ℃拉伸试验屈服强度为477 MPa、抗拉强度607 MPa、断后伸长率为28.5%，表现出较好的强度和塑性；硬度试验结果表明母材、焊缝和热影响区硬度依次增大，且没有软化现象.     

含Ti微合金钢中的第二相粒子对焊接粗晶热影响区组织及韧性的影响

利用碳萃取复型技术研究了含Ti微合金钢及其模拟粗晶区 (CGHAZ)中的第二相粒子 ,并利用OM(光镜 )、TEM(透射电镜 )及系列冲击试验对含Ti微合金钢及一种成分相近的不含Ti低合金高强钢焊接粗晶区的组织及韧性进行了研究。研究结果表明 ,含Ti微合金钢中含有大量的、尺寸细小的TiN粒子 ,这些粒子非常稳定 ,在焊接热循环过程中能有效地阻止奥氏体晶粒长大 ,抑制粗大贝氏体的形成 ,促进针状铁素体析出及M -A组元的分解 ,从而显著改善低合金高强钢焊接粗晶热影响区的韧性 ,t8/5(80 0～5 0 0℃冷却时间 )越大 ,这种改善作用越明显     

特厚耐候桥梁钢板模拟热影响粗晶区组织性能

使用热模拟试验机模拟60 mm厚耐候桥梁钢Q500qENH在不同焊接热输入(E)下热影响粗晶区热循环过程,研究了单道次热循环下热影响粗晶区(CGHAZ)、多道次焊接下CGHAZ经二次峰值温度(T_p2)加热的各亚区(临界加热(IRCGHAZ)和过临界加热(SRCGHAZ))的组织和性能.结果表明,随着E的提高,CGHAZ显微组织由板条状贝氏体逐渐向粒状贝氏体过渡,马氏体/奥氏体(M/A)组元逐渐粗化,夏比(Charpy)冲击吸收功和维氏硬度逐渐降低.当E不超过50 kJ/cm时,SRCGHAZ呈韧性断裂;提高T_p2导致SRCGHAZ韧性提高;当E升高至100kJ/cm时,SRCGHAZ为脆性区.各种E下的IRCGHAZ含有粗大的M/A组元,均为脆性区.     

高温停留时间对X80管线钢焊缝粗晶区组织与性能的影响

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。     

Q690C低碳粒贝钢多层MAG焊接头组织与性能

为提高效率、获得理想断裂位置并改善热影响区韧性,对控扎控冷工艺生产的8 mm厚Q690C低碳粒贝钢,选用等强度匹配的焊丝,采用无预热、低热输入(10 kJ/cm以下)三层全自动MAG工艺施焊.结果表明,无裂纹与成形缺陷;拉、弯与冲击性能均合格.焊缝为针状铁素体,韧性优异;仅在较窄的部分相变区(单道约0.2~0.4 mm)因回火而出现软化,但未对抗拉性能形成危害;因热输入低,拉伸断裂位置距焊缝更远;虽然熔合区与粗晶区为粗大平行上贝板条束+M-A组元,出现了硬化,但低热输入的低过热效果与两次后续焊道对贝氏体基体的明显回火作用改善了熔合区在0℃的冲击韧性.