【摘要】：隨著低合金鋼強(qiáng)度級(jí)別的迅速提升,在焊接過程中局部脆化的問題日益突出。如何改善或提高熱影響區(qū)及焊縫的韌性,進(jìn)而提高其綜合力學(xué)性能,已經(jīng)成為其能否安全運(yùn)行的核心科學(xué)問題。目前,通過改變焊接熱循環(huán)參數(shù)來研究裂紋起裂及裂紋擴(kuò)展的方法受到了越來越多研究者的關(guān)注。本文通過采用熱模擬技術(shù),確定了Q960高強(qiáng)鋼粗晶熱影響區(qū)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變SH-CCT圖；并研究了一次焊接熱循環(huán)和再熱粗晶區(qū)各個(gè)亞區(qū)的組織與性能的變化規(guī)律；通過氣保焊進(jìn)行實(shí)際焊接接頭的對(duì)接實(shí)驗(yàn),研究了不同熱輸入對(duì)接頭組織與性能的影響。對(duì)熱模擬粗晶區(qū)、臨界粗晶區(qū)和焊縫金屬的脆化機(jī)制進(jìn)行了細(xì)致的分析和系統(tǒng)的討論,以期為Q960高強(qiáng)鋼的焊接工藝制定和工程應(yīng)用提供焊接基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支持�；诖�,本文的研究結(jié)果如下：(1)通過對(duì)Q960高強(qiáng)鋼的模擬焊接粗晶熱影響區(qū)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(SH-CCT)組織與性能的研究表明,在冷卻速度為50℃/s～0.5℃/s的范圍內(nèi),隨冷卻速度降低,相轉(zhuǎn)變開始溫度Ts和相轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度Tf均升高,熱模擬粗晶區(qū)的微觀組織呈現(xiàn)出從板條馬氏體組織為主向板條馬氏體和板條貝氏體混合組織轉(zhuǎn)變?cè)俚桨鍡l貝氏體和粒狀貝氏體組織的一個(gè)轉(zhuǎn)變。熱模擬粗晶區(qū)的硬度隨冷卻速度的降低而降低。Q960高強(qiáng)鋼粗晶區(qū)轉(zhuǎn)變量-溫度關(guān)系曲線呈反“S”形,轉(zhuǎn)變量-時(shí)間的關(guān)系曲線呈“S”形,轉(zhuǎn)變率與時(shí)間呈“幾”形。(2)通過熱模擬技術(shù)對(duì)不同冷卻時(shí)間(t8/5)下的Q960高強(qiáng)鋼焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)組織與性能的研究表明,在冷卻時(shí)間t8/5為10 s-150 s的范圍內(nèi),隨著冷卻時(shí)間的增加,焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)的CVN值先增加后降低,主要原因是：當(dāng)冷卻時(shí)間為10s時(shí),熱模擬粗晶區(qū)的微觀組織為板條馬氏體+少量的板條貝氏體組織,能夠阻礙裂紋擴(kuò)展的大取向差的晶界含量比較低,裂紋沿取向一致的板條馬氏體快速擴(kuò)展,韌性較差；而冷卻時(shí)間為20 s時(shí),熱模擬粗晶區(qū)的微觀組織為呈現(xiàn)“交織狀”的板條馬氏體和板條貝氏體的混合組織,“交織狀”組織結(jié)構(gòu)可以細(xì)化板條束尺寸,使大取向差的晶界含量增加,進(jìn)而使裂紋在擴(kuò)展時(shí)受到的阻礙增多,CVN值有所提高。當(dāng)冷卻時(shí)間進(jìn)一步增加為40s、60s和150s時(shí),此時(shí)的微觀組織由粗大的板條貝氏體和粒狀貝氏體組成,使大取向差的晶界含量降低,沖擊韌性嚴(yán)重惡化,對(duì)這3個(gè)冷卻時(shí)間下熱模擬粗晶區(qū)的M-A組元與CVN值的研究表明,CVN值與M-A組元(Martensite-Austenite constituent)面積百分?jǐn)?shù)呈正比關(guān)系,且塊狀M-A組元(Lmax2, Aspect ratio4)對(duì)韌性的損害大于條狀M-A (Aspectratio4)組元,隨塊狀M-A組元(Lmax2, Aspect ratio4)出現(xiàn)幾率的增加,韌性呈下降(3)通過熱模擬技術(shù)對(duì)Q960鋼再熱粗晶區(qū)各個(gè)亞區(qū)組織與性能的研究表明,臨界粗晶區(qū)(ICCGHAZ)塊狀M-A組元(Lmax2, Aspect ratio4)沿晶界呈鏈狀分布是導(dǎo)致該區(qū)域CVN值降低的主要原因。并通過改變熱循環(huán)工藝參數(shù),探索改善臨界粗晶區(qū)韌性的方法,研究表明,隨著峰值溫度的增加,M-A組元面積分?jǐn)?shù)和塊狀M-A組元(Lmax2, Aspect ratio4)含量先增加后降低。峰值溫度為800℃時(shí),M-A組元面積分?jǐn)?shù)最大,塊狀M-A組元(Lmax2, Aspect ratio4)含量最多,CVN值最低。隨著冷卻時(shí)間的升高,M-A組元面積分?jǐn)?shù)和塊狀M-A(Lmax2, Aspect ratio4)組元含量逐漸增加,結(jié)果CVN值在中等冷卻時(shí)間下取得最高值,這主要是由于中等冷卻時(shí)間下的臨界粗晶區(qū)晶粒內(nèi)部由韌性較好的呈現(xiàn)交織狀的板條馬氏體和板條貝氏體組成,大取向差的晶界含量比較高,能夠有效阻礙脆性裂紋的擴(kuò)展,CVN值有所提高。(4)采用國(guó)產(chǎn)GHS100焊絲,對(duì)Q960高強(qiáng)鋼進(jìn)行焊接接頭對(duì)接實(shí)驗(yàn),分析不同焊接熱輸入下焊接接頭的組織及性能變化,結(jié)果表明,熱輸入為13kJ·cm-1、15kJ·cm-1和18kJ·cm-1時(shí),焊縫金屬和熱影響區(qū)粗晶區(qū)組織類型均為板條馬氏體和板條貝氏體。隨著熱輸入的增大,焊縫金屬組織中馬氏體含量降低、貝氏體板條含量增多、有效晶粒尺寸減少,且貝氏體板條及板條塊分布形貌由平行狀向交織狀轉(zhuǎn)變,交織狀貝氏體板條分割細(xì)化原奧氏體晶粒,細(xì)化馬氏體板條,貝氏體含量的增加和馬氏體／貝氏體板條的分布形貌的變化是決定焊縫金屬韌性的最終原因。熱輸入從13 kJ·cm-1增至18 kJ·cm-1,粗晶區(qū)原始奧氏體晶粒逐漸粗化,熱輸入增加至18 kJ·cm-1,粗晶區(qū)原始奧氏體晶粒尺寸明顯增大。熱輸入對(duì)抗拉強(qiáng)度影響不大；隨著焊接熱輸入的增大,焊縫金屬抗拉強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)而屈服強(qiáng)度呈現(xiàn)先下降后上升趨勢(shì)；焊縫金屬的CVN值隨著熱輸入的增大而增加,而焊接熱影響區(qū)CVN值呈先增加后降低的變化趨勢(shì)；在三種熱輸入下,焊接熱影響區(qū)淬硬程度和軟化程度均不大。
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【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG457.11

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2354071