超低碳5Mn钢焊接过程组织演变和性能研究.doc

超低碳5Mn钢焊接过程组织演变和性能研究随着船体、桥梁、建筑、压力容器以及海洋平台对结构材料要求的不断提高,高强度、高塑性、高低温韧性的钢板的研发受到了广泛关注。中锰钢作为第三代先进高强钢,其优良的强度-塑形匹配满足了上述结构材料的要求。研究表明,其优良性能主要得益于对淬火马氏体组织在铁素体-奥氏体两相区进行退火后得到了在室温下具有一定稳定性的富Mn奥氏体第二相,并由此产生形变诱导塑性(TRIP)效应。中锰钢由于其较高的锰含量和较差的导热性,降低其焊接性能,而焊接是钢铁材料连接的主要方式。在中锰钢焊接过程中,焊接热循环会对热影响区(HAZ)的组织和性能产生影响,进而影响中锰钢的使用性能。因此,弄清焊接过程中热影响区的组织演变对性能的影响规律以获得中锰钢最佳的焊接工艺,对中锰钢的应用和推广起着积极的作用。然而,国内外在这方面的研究很少,所以本文通过热模拟实验,显微组织观察和力学性能测试,对超低碳5Mn钢焊接过程中的组织和性能进行了研究。结果表明:(1)连续冷却过程中,马氏体相变开始温度(M_s)随着冷却速度的增大而降低;峰值温度为850℃的M_s高于峰值温度为1320℃的M_s。马氏体相变速率随着冷却速度的增大而增大。(2)模拟粗晶区(CGHAZ),细晶区(FGHAZ)和两相区(ICHAZ)在-40℃时的冲击吸收功分别为31-42J,36-56J,137-165J。模拟粗晶区粗大的晶粒以及低的残余奥氏体(RA)的含量是其冲击韧性差的根本原因。模拟细晶区和两相区残余奥氏体的含量和稳定性相当,模拟两相区回火马氏体的含量是其冲击韧性明显优于细晶区的原因。(3)逆转变奥氏体以合并和晶界迁移的方式长大,马氏体不仅仅在晶内形核,也在原奥氏体晶界处形核。(4)对于手工电弧焊和埋弧焊两种焊接方式,热影响两相区冲击韧性最好。从-40℃低温冲击韧性考虑,5Mn钢板的焊接热输入范围推荐为15~25kJ/cm。