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作者；鄭曉敏

  本文通過比較09MnNiDR在焊態(tài)和焊后熱處理?xiàng)l件下的焊接接頭組織與性能的變化，重點(diǎn)研究了焊后熱處理對焊接接頭M-A組元變化的影響以及M-A組元對焊接接頭韌性的影響。

1試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)所用材料為熱軋09MnNiDR鋼又經(jīng)正火+回火處理的鋼板，其化學(xué)成分見表1。焊接試驗(yàn)所用焊絲為H09MnNiDR低溫鋼用鍍銅氣保焊絲，其化學(xué)成分見表2。

本次試驗(yàn)焊接方法為埋弧焊，所用焊機(jī)型號為林肯雙絲埋弧焊機(jī)，采用直流反接。焊縫垂直于軋向，焊接鋼板尺寸為350mm×120mm，焊接坡口為V形，坡口焊前保持清潔干燥。焊劑使用前在300～350℃下保溫烘干2h，并保持干凈。并將其中的一塊焊后鋼板進(jìn)行焊后熱處理(PWHT)，其工藝如圖1所示。

  分別從焊接鋼板和焊后熱處理鋼板上截取一定尺寸的小樣，依次經(jīng)鑲嵌、打磨、拋光后并用4%的硝酸酒精腐蝕一定的時間，在FEI Quanta 600掃描電子顯微鏡觀察其顯微組織；對焊接接頭從焊縫到母材的顯微硬度進(jìn)行測定，測定距離間隔為0.5mm，所用顯微硬度計(jì)為FV-700微觀維氏硬度計(jì)，載荷50gf，加載時間lOs;分別將焊接態(tài)和焊后熱處理態(tài)條件下的試樣加工為lOmm×lOmm×55mm的V型缺口標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣，然后按照GB／T 229-2007的要求在INSTRON 9250HV落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行70℃低溫沖擊試驗(yàn)。

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1顯微組織分析

圖2為焊態(tài)、焊后熱處理?xiàng)l件下焊縫和HAZ的掃描(SEM)組織，從圖2(a)可以看出，焊縫的組織為在針狀鐵素體基體上分布著塊狀和長條狀的M-A組元；從圖2(c)可以看出，焊態(tài)的HAZ的組織為在針狀鐵素體基體上分布著長條狀的M-A組元，由此可見，焊態(tài)條件下M-A組元不僅出現(xiàn)在焊縫中，也會出現(xiàn)在焊接熱影響區(qū)；經(jīng)焊后熱處理后的焊縫和HAZ中的組織如圖2(b)、圖2(d)所示，與焊態(tài)條件下相比，晶界上M-A組元區(qū)域明顯縮小或消失，晶界上只剩下一些疑似未完全分解的M-A組元小顆粒相，有可能是未完全分解的M-A組元；結(jié)果表明，焊后熱處理后大部分M-A組元分解。

2.2硬度測試分析

圖3為焊態(tài)和焊后熱處理?xiàng)l件下焊接接頭顯微硬度的比較，在兩者情況下，焊接接頭硬度變化趨勢一致，比較發(fā)現(xiàn)，較焊態(tài)條件下經(jīng)焊后熱處理后的焊縫、HAZ和母材的硬度都略有下降，主要是在570℃×2h熱處理?xiàng)l件下回火進(jìn)行很不充分，組織仍保留為針狀鐵素體基體形態(tài)，硬度變化很小，只是略有下降；說明焊后熱處理對焊接接頭的硬度影響不大，同時也說明基體組織的變化對韌性貢獻(xiàn)有限。

2,3沖擊試驗(yàn)分析

表3為焊態(tài)、焊后熱處理?xiàng)l件下焊縫和HAZ在-70℃的沖擊試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果表明，焊態(tài)和焊后熱處理態(tài)的焊接接頭的沖擊功均符合標(biāo)準(zhǔn)。這主要是由于針狀鐵素體可提高HAZ的力學(xué)性能，針狀鐵素體的相變溫度處于晶界鐵素體與貝氏體之間，轉(zhuǎn)變時無需鐵原子的重新排列，而且與原奧氏體保持共格或半共格關(guān)系，并遵循N-W或K-S關(guān)系，這種相變往往使針狀鐵素體中產(chǎn)生較大的應(yīng)變和位錯密度，加之其位向雜亂，位相差小，以大角度晶界分布，具有高密度位錯的組織形態(tài)，能夠較好地阻止裂紋擴(kuò)展，進(jìn)而提高材料的韌性。

  從表3還可以看出焊后熱處理?xiàng)l件下的焊接接頭的沖擊功明顯優(yōu)異于焊態(tài)條件下的沖擊功，因?yàn)樵诤笐B(tài)條件下出現(xiàn)了對韌性不利的M-A組元。文獻(xiàn)[9-11]都認(rèn)為大塊狀上的M-A組元對韌性非常不利，當(dāng)M-A組元呈大塊狀或者長條狀分布在鐵素體基體上時，當(dāng)受外力而發(fā)生變形時，強(qiáng)度很高的M-A組元不易發(fā)生變形，強(qiáng)度很低的鐵素體極易發(fā)生變形，由于這種變形的不協(xié)調(diào)，在M-A組元和基體界面容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，容易萌發(fā)生微裂紋，從而成為裂紋的通道，所以M-A組元對沖擊韌性特別是低溫沖擊韌性危害很大。

  焊后熱處理后原始奧氏體晶粒尺寸有所長大，而其沖擊韌性明顯增強(qiáng)，這主要是因?yàn)榻?jīng)焊后熱處理后M-A組元大部分分解，尺寸都很小，達(dá)不到解理斷裂的致裂條件。

  基于上述分析，M-A組元對沖擊韌性特別是低溫沖擊韌性危害很大，基體組織的變化和M-A組元的分解是焊接接頭韌性改變的原因，其中M-A組元的分解是焊接接頭韌性改善的主要原因。

3結(jié)論

  1) 09MnNiDR鋼在焊態(tài)條件下，焊縫和HAZ都有M-A組元出現(xiàn)；而經(jīng)焊后熱處理后大部分M-A組元分解。

2)焊后熱處理對焊接接頭硬度影響不大，但明顯改善韌性，M-A組元對沖擊韌性危害很大，基體組織的變化和M-A組元的分解是焊接接頭韌性改變的原因，其中M-A組元的分解是焊接接頭韌性改善的主要原因。

4摘要：采用掃描電子顯微鏡、硬度試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)等方法，通過比較09MnNiDR鋼在焊態(tài)及焊后熱處理?xiàng)l件下焊接接頭組織性能的變化，著重研究了焊后熱處理對焊接接頭M-A組元的影響以及M-A組元對焊接接頭韌性的影響。結(jié)果表明，09MnNiDR鋼在焊態(tài)條件下焊縫和HAZ中均有M-A組元出現(xiàn)，而經(jīng)焊后熱處理后大部分M-A組元分解；焊后熱處理對焊接接頭硬度影響不大，但明顯改善韌性，而M-A組元對沖擊韌性危害很大，基體組織的變化和M-A組元的分解是焊接接頭韌性改變的原因，其中后者是焊接接頭韌性改善的最主要原因。