结构钢亚临界和焊接热影响区粗晶中.doc

外文翻译 Materials Science and Engineering A 385(2004) 352-358 结构钢亚临界和焊接热影响区粗晶中 M-A组织的外观形貌 摘要：采用带有Gleeble热模拟的热模拟机重现硅含量在0.003%~0.315%内变化的钢中焊接热影响区的显微组织。小范围组织的光学金相特性分析常用于探究焊接热影响区粗晶或焊接热影响区亚临界再加热区域中M-A组织的形成。研究发现，硅能提高M-A组织的密度，以及大块状组织所占比例，并且在较宽的温度范围内验证了组织的形成。相较于热影响区内的粗晶，一个较高的亚临界的峰值能显著提高大块状M-A组织的比例。实验表明，回火促使M-A组织向碳化物转变，硅含量较高能够延缓这一转变。研究表明，回火过程中M-A组织形态的改变由于碳的扩散不能被描述为逐步“收缩”现象。 关键词：焊接，热影响区，M-A组织，结构钢 1. 前言 众所周知，焊接过程中热循环对结构钢母材的显微组织和力学性能影响很深。从以往来看，焊缝强度的最低值与热影响区粗晶区（CGHAZ）有关。粗晶区靠近熔合线，在第一次加热的时候，几乎是马上就能获得很高的热量，而且，在多道次焊接过程中，对该区域再次加热只需要在低温下就能进行。在过去的二十年里，重点同样放在了亚临界再加热粗晶区的研究上，该区域脆性有时比较大。该区域对应于通过紧随其后的焊接道次在Ac1~Ac3温度范围内再次加热过的粗晶区（CGHAZ）。亚临界区域中的组织转变导致焊接过程中部分基体组织转变为奥氏体组织（A）。由于焊接冷却速度快，奥氏体可能转变为珠光体（P）或贝氏体（B），在特定的区域中，也可能更多地转变为马氏体（M）。若基体组织的淬透性足够高，奥氏体为稳态组织。因为马氏体转变开始点低于室温。因此，M-A组织就是以这样的方式形成的。C和Si通过下述机制促进M-A组织的形成：如果冷却速度和钢的成分组成与HAZ中B转变相同，则形成铁素体（F），同时伴随有C向渗碳体中的迁移。由于Si在该组织中的溶解度非常低，该最后添加元素分布于渗碳体和未转变A的界面上，以减缓渗碳体的生长，并有利于A稳定和M-A组织的形成。在力学性能方面，，这些组织被认为是HAZ强度降低的主要原因之一。一些研究指出，HAZ强度不仅受M-A组织体积分数的影响，还与这些组织的形态有关。目前的工作就是致力于这方面的研究，更为主要的是阐明焊接热循环和Si的添加量对亚临界再加热粗晶区（ICCGHAZ）中M-A组织的形成和组织形态的影响。 2. 实验 2.1　实验材料 通过真空感应熔炼准备好三种Si含量在0.003~0.315wt.%之间变化的低碳钢。将15kg重、60mm厚的试样块重新加热到1100℃，然后辊压称12mm厚的板。这三种钢板（A1-A3）的化学成分如表1所示。此外，已经通过可控辊压和快速冷却制得一40mm厚的钢板，检测之后用作对比（见表1中B1钢）。在这些钢板上沿着垂直于辊压的方向加工出11mm×11mm×90mm的试样来。在铸造过程中，试样是从钢板1/4厚的地方加工而成。 表1　工业及实验室用钢的化学成分（wt.%） 钢号 C Mn Si S P Ni Ti N A1 0.081 1.570 0.003 0.003 0.009 0.310 0.016 0.005 A2 0.081 1.550 0.091 0.003 0.009 0.311 0.016 0.005 A3 0.076 1.550 0.315 0.003 0.009 0.308 0.016 0.005 B1 0.079 1.450 0.084 0.005 0.015 0.358 0.013 0.006 2.2　焊接热循环模拟 焊接热循环模拟是在一个动态的热模拟机（Gleeble1500）上进行，它的基本原理在于耐高温。尽管多道次焊接中的热循环非常复杂，实验表明热模拟最高能产生三个不同的峰值，能令人满意地描述焊接过程。将焊缝热影响区粗晶区（CGHAZ）模拟（一个峰值循环）加热到1350℃（500K/s，停留时间1s）。采用1350+Tp2循环模拟焊接热影响区中亚临界再加热粗晶区（ICCGHAZ）。Tp2能够指出第二个峰值，大约在Ac1-Ac3之间。通过快速加热的初步试验表明Ac1和Ac3分别相当于大概725和920℃，Tp2的温度根据情况来选定。最后，三个峰值的热循环通过1350+ Tp2+ Tp3来模拟。由于多道次运行，Tp3能够重新产生一次回火过程，温度在375~520℃之间。在所有试验过程中，选择使用了一个特殊的用s（相当于s）来描述的冷却速度。 2.3　M-A组织的特点 将模拟试样进行机械抛光和电解腐蚀之后，对M-A组织进行观察。随着Ikawa et al.，采用碱性苦味酸钠溶液（2g苦味酸，25g氢氧化钠，1