鞍钢ANS400超细晶粒钢焊接热影响区的冲击韧性_图文

1、鞍钢ANS400超细晶粒钢焊接热影响区的冲击韧性鞍钢技术中心(鞍山市114001傅博李巍程钢摘要采用焊接热模拟及常规焊接工艺方法对鞍钢产400MPa级超细晶粒钢的焊接热影响区性能进行了研究。分析了在焊接热循环作用下ANS400超细晶粒钢的晶粒长大及组织性能的变化规律。关键词:ANS400超细晶粒钢晶粒长大低温冲击韧性IMPACT T OUGHNESS OF ANS400U LTRA-FINEGRAIN STEE L HEAT AFFECTE D ZONEThe Technology Centre of Anshan Iron and Steel Group CorporationFu Bo,L

2、i Wei,Cheng G angAbstractIn this paper,the heat affected zone(HAZproperties of ANS400ultra-fine grained steel were studied by using thermal simulating and conventional welding method.The grain growth,microstructure evolution and properties of ANS400HAZ during the welding thermal cycles were analyzed

3、.K ey w ords:ANS400,ultra-f ine grained steel,grain grow th,low temperature toughness0序言鞍钢产ANS400超细晶粒钢与同等强度的传统钢相比,其化学成分的主要特点是含碳量低,焊接性好,但由于ANS400超细晶粒钢的强韧化机制与传统钢不同,主要通过形变诱导相变获得超细晶粒,而在焊接条件下,受焊接热循环的影响,热影响区的晶粒会受热长大,由此将影响整个接头与母材性能的匹配,本文采用焊接热模拟及常规焊接工艺方法对400MPa级超细晶粒钢的焊接热影响区性能进行研究,初步探讨了采用常规焊接工艺对ANS400超细晶粒钢接头

4、性能的影响及在焊接热循环作用下焊接热影响区晶粒的长大规律。1试验材料及方法试验用钢材为鞍钢产ANS400超细晶粒钢,板厚为6mm,其力学性能见表1,晶粒尺寸为57m。采用G L EEBL E-1500热模拟试验机模拟焊接热循环过程,研究ANS400超细晶粒钢在不同焊接冷却条件下焊接热影响区组织性能。试验条件设计如下:(1峰值温度固定T p=1300,改变冷却速度t8/5从860s,模拟在不同焊接热输入时焊接热影响区粗晶区的组织和性能。(2冷却速度固定t8/5=8s,改变峰值温度从1300 800,模拟在同一焊接热输入情况下,焊接热影响区不同部位的组织和性能。采用气体保护焊和手工电弧焊方法,研究

5、焊接工艺对ANS400超细晶粒钢接头性能的影响。CO2气保焊焊丝采用J M58,<1.2mm;手工焊条采用J507RH,<3.2mm。表1ANS400试验用钢的力学性能s/MPab/MPa A kv/J(-20冷弯D=0.5a HV 44053554合格1562ANS400在焊接热循环作用下焊接热影响区的组织性能及晶粒长大趋势2.1固定峰值温度T p改变t8/5冷却速度T p=1300,改变冷却速度t8/5从860s,A kv (-20冲击试验结果如图1所示,粗晶区的HV硬度变化如图2所示。可见,焊接热影响区粗晶区的低温冲击韧性及硬度随t8/5增长呈下降趋势,当t8/5大于28 s

6、,冲击韧性及硬度下降较快,在t8/5=8s时,硬度值达到最大。因此在实际焊接时,宜采取较低的热输入,控制焊接冷却速度,提高焊接接头粗晶区低温冲击韧性,从而提高焊接结构在低温条件下使用的安全性。32焊接2004(1 图1不同t 8/5 热影响区冲击试验结果图2不同t 8/ 5粗晶区的硬度试验结果2.2固定t 8/5冷却速度改变峰值温度T pt 8/5=8s 焊接热影响区各温度区域的硬度变化如图3所示。可见,随T p 的升高,硬度逐渐增大,经t 8/5=8s 不同峰值温度的焊接热模拟后,ANS400整个焊接热影响区的硬度都不低于母材,因此在实际焊接时,如采用适当的焊接热输入,接头将不发生软化现象。

7、图3热影响区各温度区域的硬度变化在 t 8/5=8s 时,1300粗晶区不同温度下A kv 冲击试验结果如图4所示。可见,经焊接热模拟后,粗晶区的A kv (-20 较母材有较大幅度下降,下降幅度达60%,-40,-60下降速度更迅速。图4粗晶区在不同温度下A kv 冲击试验结果t 8/5=8s 焊接热影响区各温度区域A kv (-20的变化如图5所示。可见,T p >900,随峰值温度的升高,冲击功逐渐降低,900温度区域冲击功基本与母材保持同等水平,其原因可能是在此温度区域发生重结晶所致。图5焊接热影响区各温度区域A kv ( -20t 8/5=8s 焊接热影响区各温度区域的晶粒度变

8、化如图6所示,峰值温度为1300及900时焊接热影响区金相组织如图7所示。可以看到,热影响区晶粒直径在T p <950时长大较为缓慢,当温度超过1000时晶粒迅速增大,当T p =1250时,晶粒直径已经达到80m ,严重破坏了母材的超细晶状态。由图6焊接热影响区各温度区域的晶粒度42焊接2004(1 图71250及900金相组织此看来,在常规工艺焊接时,不能解决焊接热影响区的晶粒长大问题。3ANS400钢CO 2焊及手工电弧焊适用性研究CO 2焊的工艺参数及热影响区的冲击韧性见表2。 手工电弧焊的工艺参数及热影响区的冲击韧性见表3。接头HV 硬度变化,见图8。两道焊接头金相组织如图9所

9、示。图8热影响区接头硬度变化表2CO 2焊工艺参数及热影响区冲击韧性坡口形式工艺参数焊接电流I /A电弧电压U /V 焊接速度v /(mm s -1A kv /J (-20熔合线距熔合线1mm距熔合线2mmV 形(单道焊双面成形17018026 6.535.74238I 形(单道焊加垫板170180267.550.65757V 形(两道焊11012014016020218.27.851.353.754注:第一道焊工艺参数;第二道焊工艺参数。表3手工电弧焊工艺参数及热影响区冲击韧性坡口形式工艺参数焊接电流I /A电弧电压U /V 焊接速度v /(mm s -1A kv /J (-20熔合线距熔合线1mm距熔合线2mmI 形1701802428 2.117.732.334图9两道焊接头金相组织100×4结论(1超细晶粒钢在模拟t 8/5=8s ,T p >950焊接条件下,热影响区晶粒长大,在T p =1250时,晶粒直径已长大到80m ,严重破坏了母材的超细晶粒状态。(2在热输入小于7kJ /cm 时,可以获得ANS400超细晶粒钢焊接热影响区较好的低温冲击性能,且两道焊接比单道焊接低温冲击性能有一定提高。当热输入达到24kJ /cm 时,热影响区的低温冲击性能