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ASTM4130钢焊接热影响区组织和性能研究

杨浩  
【摘要】: ASTM4130钢以优良的机械性能被应用为海洋平台高压管线材料。但作为一种中碳调质钢,焊接热影响区是其性能薄弱的区域。本课题就是以ASTM4130钢热影响区为研究对象,采用焊接热模拟试验的方式来模拟热影响区经历的实际焊接热循环,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、冲击试验机、维氏硬度计等工具来研究热影响区组织和性能特点。 研究结果表明,不经过焊后回火的ASTM4130钢一次焊接热影响区组织和性能恶化。细晶区由隐晶马氏体和铁素体组成,粗晶区由上贝氏体、针状马氏体以及板条马氏体组成。细晶区冲击功只相当于母材的1/6,粗晶区冲击功仅10J左右,远远低于母材。粗晶区由于淬硬组织的缘故硬度很高,远高于母材。而经过640℃×1.5h焊后回火,消除了ASTM4130钢一次焊接热影响区的性能恶化的组织,大大提高了韧性,降低了粗晶区的硬度,使韧性和硬度都维持在母材的水平。 在所选的线能量(E=12KJ/cm、20KJ/cm、28KJ/cm)范围内,如果不经过焊后回火,形成的粗晶区组织脆硬,冲击功不超过14J,硬度也远高于母材。而经过640℃×1.5h焊后回火,消除了淬硬组织,在所选线能量范围之内韧性都得到改善,硬度降低。 当二次热循环峰值温度超过Ac1,在临界再热粗晶区和过临界粗晶区由于组织存在大量M-A组元,使得韧性和硬度均出现恶化。而在未转变粗晶区,由于组织粗大,性能也较差。经过640℃×1.5h焊后回火,由于发生二次淬火,残余奥氏体在回火冷却时生成脆性马氏体,削弱了回火对韧性和硬度的改善效果,使韧性提高不多,硬度值偏高。在临界再热粗晶区,由于M-A组元沿晶界分布,使得韧性最差。 试验结果表明在焊后640℃×1.5h回火下,可以选择大一点的焊接线能量以提高生产效率,组织和性能并不恶化。另外为消除二次淬火对ASTM4130钢组织和性能的影响,应采用多层多道焊,并添加回火焊道。


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