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高强度船板钢焊接热影响区的组织稳定性研究

刘敏  
【摘要】:船体由船板钢焊接而成,服役环境恶劣,因此研究船板钢焊接热影响区的组织稳定性,对进一步优化该类钢的组织和性能具有重要意义。通过A36船板钢在不同条件下的回火试验,研究了A36钢的组织和性能稳定性;通过模拟焊接过程,并与实际焊接接头组织性能对比,研究了A36船板钢焊接热影响区组织和性能,进一步研究了焊后热处理对粗晶区组织性能的影响。通过对比A36和F40粗晶区的热模拟结果,探讨了微合金元素对焊接热影响区组织和性能的影响。主要的研究结果如下: (1)A36船板钢具有良好的组织与性能稳定性,各回火过程中组织未发生明显变化,冲击功有所降低,在600℃左右回火后硬度出现峰值。 (2)在微合金钢的焊接热循环中,用800℃~500℃之间的冷却时间t8/5表示冷却速度,冷速t8/5由10s增至100s时粗晶区组织由细板条状马氏体组织逐渐向贝氏体转变。t8/5为40s时,热影响区的不完全重结晶区为细小的铁素体+珠光体+少量未奥氏体化的原始粗大铁素体组织;细晶区为细小铁素体+珠光体组织;粗晶区为上贝氏体+少量粒状贝氏体。粗晶区组织韧性最差,硬度则随冷速下降而下降。 (3)对A36船板钢t8/5为40s的粗晶区试样进行正火处理后,组织由上贝氏体+少量粒贝转变为稳定的多边形铁素体+珠光体和部分针状铁素体。粗晶区回火后组织未发生明显变化,仍为贝氏体组织,与未处理试样相比韧性有所上升,硬度稍有下降,韧性和硬度的变化与组织转变密切相关。 (4)正火后试样的冲击断口有明显的纤维区和剪切唇,此部分为韧性断裂,放射区部分则为准解理断裂和部分河流状纹路较小的解理断裂。回火后试样冲击断口的剪切唇和纤维区几乎不可见,绝大部分区域为穿晶脆性断裂,韧性较差,并伴有少量的二次裂纹。 (5)实际焊接采用手弧焊,当线输入量为19.6kJ/cm时A36船板钢焊接接头粗晶区组织为马氏体,接头最高硬度出现在粗晶区靠近熔合线处,这说明热模拟与实际接头的组织、性能一致,表明用热模拟试验可反映实际焊接时热影响区组织和性能的变化规律。 (6)相同冷速下,高铌F40钢粗晶区的板条状铁素体量少,粒状贝氏体和块状铁素体量较A36多,组织较为粗大。铌有抑制铁素体和促进贝氏体形成的作用,过量的铌还会减少TiN粒子数量,从而导致粗晶区韧性和强度下降。


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