【摘要】：含鈦微合金鋼是近年來發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛的鋼種。鋼中鈦含量的增加會引起實際生產(chǎn)中板材沖擊韌性等性能的不穩(wěn)現(xiàn)象;鈦含量的升高對含鈦微合金鋼焊接熱影響區(qū)(HAZ)的相變行為及性能也存在影響。本文研究冷卻速率對含鈦微合金鋼Q345B焊接熱影響區(qū)的組織與性能的影響規(guī)律,明確焊接線能量與HAZ組織與性能之間的關(guān)系,為含鈦微合金鋼Q345B焊接工藝的確定提供數(shù)據(jù)依據(jù)。本文以含鈦微合金鋼Q345B為研究對象,對不同線能量下含鈦微合金鋼Q345B中的焊接熱影響區(qū)的組織以及性能進(jìn)行研究。對焊接熱影響區(qū)中的晶內(nèi)針狀鐵素體(IAF)進(jìn)行研究。利用高溫共聚焦顯微鏡(CLSM)對HAZ的相變進(jìn)行原位觀察。本文主要的研究內(nèi)容和獲得的結(jié)果如下。(1)基于焊接熱影響區(qū)的實際熱循環(huán),使用Gleeble3500模擬了不同線能量下焊接過程中焊接熱影響區(qū),通過光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡獲得了不同線能量(冷速)下含鈦微合金Q345B焊接熱影響區(qū)的組織,通過硬度計測試其硬度,并測試獲得了不同線能量下HAZ沖擊功。研究表明:組織的規(guī)律為:當(dāng)冷速小于10℃/s時,含鈦微合金鋼焊接熱影響區(qū)的組織以粒狀貝氏體與晶界鐵素體為主。當(dāng)冷速為2.5℃/s時,晶內(nèi)針狀鐵素體大量產(chǎn)生。當(dāng)冷速大于15℃/s時,焊接熱影響區(qū)的組織以粒狀貝氏、下貝氏體、馬氏體為主;硬度的規(guī)律為:在冷速小于10℃/s時,含鈦微合金鋼HAZ的組織的硬度變化不大,硬度值在230 HV左右。當(dāng)冷速不小于15℃/s時,隨著冷速的增加,含鈦微合金鋼HAZ的組織的硬度線性增加,硬度值大于350 HV;沖擊韌性的規(guī)律為:隨著冷速的提高,沖擊功整體上隨之得到改善,沖擊韌性在2.5℃/s與40℃/s冷速時出現(xiàn)波峰。當(dāng)冷速小于10℃/s時,沖擊功很低,沖擊功小于10 J。在2.5℃/s冷速時,晶內(nèi)針狀鐵素體的生成明顯改善HAZ的沖擊韌性。(2)對含鈦微合金鋼Q345B中的IAF形成、IAF形核的夾雜物基體、鈦含量對夾雜物析出的影響進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明:晶內(nèi)針狀鐵素體以微米級夾雜物為形核基體,并以感生形核的方式生成更多的晶內(nèi)針狀鐵素體。生成的鐵素體為微米級并且相互連接,形成“互鎖”。適宜生成晶內(nèi)針狀鐵素體的的奧氏體大小為185μm左右;使用FactSage理論計算得出含鈦微合金鋼析出的簡單夾雜物有Al_2O_3、TiN、C_2S_2Ti_4、TiC。含鈦夾雜物的析出優(yōu)先級為:TiNC_2S_2Ti_4TiC。(3)通過CLSM模擬含鈦微合金鋼Q345B焊接過程,原位觀察含鈦微合金鋼HAZ的相變過程,原位觀察相變的類型、相變溫度,形態(tài)、相變位置等相變規(guī)律。研究表明:溫度為1245-1300℃之間時,奧氏體與奧氏體之間發(fā)生吞并與瓜分,奧氏體長大明顯。在降溫過程中,奧氏體幾乎不長大,奧氏體平均尺寸為50μm。降溫過程中,側(cè)板條鐵素體的產(chǎn)生的相變溫度區(qū)間為639℃-634℃,與晶界成一定角度平行生長;貝氏體鐵素體平行分布,貝氏體鐵素體相變的區(qū)間較短,形核長大的速度較快。針狀鐵素體相變溫度較低,以夾雜物為核心形核。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG457.11
【圖文】：

由于焊接過程中，焊接熱影響區(qū)的溫度梯度很大，其組織也錯綜復(fù)的焊接熱影響區(qū)由于離焊接點的距離不同，其受到的焊接熱循環(huán)不同中發(fā)生不同的組織變化，最終得到不一樣的性能。按照不同部位在焊受熱最高溫度和組織特征的不同，可將焊接熱影響區(qū)從焊縫處到母分為 4 個區(qū)[12](如圖 1.1 所示)。峰值溫度為 1300-1500℃的熔合區(qū)，1100-1300℃的過熱區(qū)(也稱為粗晶區(qū))，峰值溫度為 900-1100℃的正火 900℃以下的部分相變區(qū)。對于這四個區(qū)的組織，粗晶區(qū)也稱過熱區(qū)，其受熱溫度范圍在晶粒開始急劇長大的溫度(一般指 1100℃)一直為這一區(qū)域受熱溫度很高，金屬處于過熱狀態(tài)，尤其是在固相線附近碳化物和氮化物顆粒也溶于奧氏體中，奧氏體晶粒將會急劇長大，造織也是粗大的過熱組織，甚至可能會有魏氏組織生成。該區(qū)的組織特域脆性大，韌性差，容易產(chǎn)生裂紋，是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。因此，影響區(qū)組織的研究針對粗晶區(qū)。下文中，如果沒有特殊說明，HAZ 響區(qū)的粗晶區(qū)。

(a)典型的針狀鐵素體組織[52](b)夾雜物促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體形核示意[52]圖 1.2 焊接熱影響區(qū)中的針狀鐵素體Fig.1.2Acicular ferrite in the heat affected zone on welding首先，現(xiàn)在明確的是夾雜物的類型不同，其形核能力不同，所以簡單的夾雜物上的惰性界面形核理論不能一概而論。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，不同類型的夾雜物其熱膨脹系數(shù)與晶內(nèi)針狀鐵素體的形核沒有必然的對應(yīng)關(guān)系。因此前兩種形核機(jī)制的沒有很好的可信度[55]。錯配度理論的前提是夾雜物與鐵素體之間存在一定的位向關(guān)系但實際情況下，夾雜物與鐵素體之間位向關(guān)系各異，沒有統(tǒng)一之說。實驗[55]也證明了夾雜物與鐵素體無統(tǒng)一位向關(guān)系這一觀點。再者因為 Y-Al2O3、MnAlO4、TiN 與鐵素體晶格之間的錯配度都小于 Ti2O3、TiO2，但它們的形核能力都不如后者。因此，這種假設(shè)還存在爭議。目前第四種形核機(jī)制己經(jīng)得到了實驗的初步證實。貧錳區(qū)域是被證實最普遍的形核機(jī)制。Farrar 和 Watson[56]最早研究發(fā)現(xiàn)：夾雜物附近會發(fā)生 Mn 含量得變化，Mn 作為奧氏體穩(wěn)定元素，Mn 元素的降低，將導(dǎo)致奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變提前，

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2740828