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新一代800MPa级超低碳微合金钢焊材及接头组织性能研究

马成勇  
【摘要】: 超低碳贝氏体(ULCB)组织,不仅具有高的强韧性及裂纹抗力,而且其强度、 塑性和低温韧性对热输入和冷却速率不敏感,因此研究开发ULCB焊接材料具有 重要的理论及工程实际意义。 本文应用ULCB的技术路线成功地研制出了高强、高韧尤其是低温韧性优良 的ULCB焊丝。深入研究表明:ULCB焊丝熔敷金属的强度和硬度随着熔敷金属碳 当量的增加而增加,韧性和塑性随着碳当量的增加而降低;ULCB焊丝熔敷金属 组织总体上都是由无碳化物板条贝氏体、粒状贝氏体及针状铁素体(AF)等过 冷奥氏体中温转变的产物组成的;TEM下ULCB焊丝熔敷金属的精细结构主要是 由贝氏铁素体板条组成的,板条内部含有较高密度的位错;ULCB焊丝熔敷金属 的相变温度区间随t 8/5的改变,保持稳定,有利于在较宽的焊接能量输入范围内, 保持组织性能的稳定。 首次利用KRC模型对焊缝金属中ULCB相变的热力学驱动力进行了理论计 算。计算结果表明:ULCB相变驱动力为负值;随着转变温度的降低,ULCB相变、 形核及长大的驱动力都增大;随着焊缝金属中碳含量的增加,ULCB相变、形核 及长大的驱动力都减小;超低碳情况下,ULCB相变倾向于以先共析型机制进行。 首次将计算机辅助自建模技术应用到ULCB焊接材料的研究中,建立了ULCB 熔敷金属成分与性能之间的定性模型、定量模型及几何模型;建立的神经网络 定量模型用于预测ULCB熔敷金属的强度和塑性,获得了令人满意的效果。 采用ULCB焊丝焊接800MPa级超低碳微合金钢在不同的热输入下焊接接头 的抗拉强度均超过母材抗拉强度的90%,而且在这样的高强度下,焊缝金属仍具 有优良的低温韧性;随着热输入的增大,ULCB焊接接头的抗拉强度逐渐降低, 而低温韧性表现为先升高,然后又下降的趋势;当热输入较低时ULCB焊缝组织 以细密的板条贝氏体为主,AF和粒状贝氏体占有较小的比例;当热输入逐渐增 大时,焊缝组织中AF的数量增加,而板条贝氏体的数量大大减少;焊缝一次柱 状晶的宽度随热输入的增加而增大;800MPa级超低碳微合金钢焊接热影响区 (HAZ)可划分为粗晶区(CGHAZ)、细晶区(FGHAZ)和不完全重结晶区(ICHAZ) 三个区。随着热输入和t 8/5的增加,HAZ的软化倾向加剧。


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