Nb和线能量对X70管线钢热影响区粗晶区组织及性能的影响

摘要

钢铁由于其好的性能被广泛地应用于各行各业。然而,钢铁的应用都不可避免地使用到焊接,并且在焊接后其焊接接头的性能,尤其是韧性会由于粗大的组织和一些其他因素严重下降。有很多因素会影响热影响区的韧性,比如基体组织,马氏体/奥氏体岛的含量、分布和晶粒尺寸等。
　　 在本论文中,通过在Gleeble3800上进行热模拟试验,研究了铌和线能量对粗晶区组织、M/A岛和晶粒尺寸的影响。同时,彩色金相,扫描电镜和透射电镜等方法也用于上述研究。
　　 对于低铌(0.039％)样品,在20kJ/cm时,微观组织中主要是板条状贝氏体铁素体,M/A岛细小弥散地分布在基体中,这是在20kJ/cm时韧性好的主要原因。在100kJ/cm时,组织中形成的细长条状的针状铁素体和薄膜状的M/A岛也是导致韧性好的主要原因。另外,在20和100kJ/cm时,大角度晶界(810°)都保持了一个很高的含量,这些都有效地阻止裂纹的扩展,提高了韧性。在200kJ/cm时,热影响区粗晶区的微观组织主要是粒状贝氏体,再加上粗化的奥氏体晶粒和块状的M/A岛就严重损害了韧性。对于铌含量为0.073%和0.11%的样品,得到了类似的结果。
　　 对于高铌(0.14%)样品,在20kJ/cm时,微观组织中形成了大量的针状铁素体,基体上M/A岛细小弥散分布,同时大角度晶界含量也多,这样就导致了其韧性要远好于在100和200kJ/cm时的韧性。
　　 在小线能量焊接条件下,热影响区粗晶区的韧性总体上是随着Nb含量的增加而增大的。当Nb含量为0.11%时,其韧性达到最好,这是因为形成了大量的针状铁素体和细小弥散分布的M/A岛。同时针状铁素体可以细化晶粒并且形成大量的大角度晶界提高韧性。当Nb含量增加到0.14%时,促进了上贝氏体的形成,由于形成不稳定的(Nb,Ti)N或者(Nb,Ti)(C,N),减少了铁素体在TiN粒子上的异质形核,同时由于粒子(Nb,Ti)N或(Nb,Ti)(C,N)粗化,从而弱化了粒子的钉扎效应,使得奥氏体晶粒尺寸增加,韧性轻微下降。
　　 在大线能量条件下,一些粗大的组织结构形成,晶粒长大,导致韧性下降。Nb的增加对韧性改善无明显的影响。