第7期 李静等：焊接热循环参数对大线能量焊接用钢EH40热影响区组织和性能的影响 ·789· (T)试验.峰值温度分别设定为1350、1150、950 1 材料及方法 和750℃，冷却时间(tgs)设定为100s.(2)不同冷 试验用钢为经船级社认证的大线能量焊接用钢 却时间试验.冷却时间分别设定为50、100、200和 EH40,钢板厚度为100mm,其化学成分及力学性能 300s,峰值温度设定为1350℃.对经历不同焊接热 分别见表1和表2 循环的试样先加工成10mm×10mm×55mm的冲 将EH40钢板加工成11mm×11mm×110mm 击试样，按照GB/T229一2007进行-40℃冲击性 热模拟试样.利用Gleeble38O0热模拟试验机进行 能检验，然后用光学显微镜及透射电子显微镜对热 不同热循环参数的热模拟试验：(1)不同峰值温度 模拟试样进行组织分析， 表1试验钢板化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the steel plate C Si Mn Nb,V,Ti Ca Pe 0.078 0.28 1.52 0.011 0.002 微量 0.36 0.17 Co =C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni +Cu)/15:P=C+Si/30+(Mn Cu +Cr)/20+Ni/60+Mo/15 +V/10+5B. 表2试验钢板力学性能 Table 2 Mechanical properties of the steel plate 屈服强度， 抗拉强度， 延伸率， 断面收缩率， -40℃冲击吸收功， 厚度方向断面 Rn/MPa R/MPa A/% Z19% Ky/ 收缩率，Z1% 470 615 24.5 81.5 353 55 2结果与分析 分布不均匀.从组织分析上可以得出，当峰值温度 1350℃以上时，组织明显粗化，而峰值温度小于 2.1焊接热循环参数对粗晶热影响区组织的影响 1150℃以下时，组织细小. 2.1.1峰值温度对粗晶热影响区组织的影响 2.1.2冷却时间对粗晶热影响区组织的影响 在实际焊接过程中，距离焊缝中心不同的区域 在最严酷的焊接条件下（峰值温度取1350℃）， 经历不同的热循环过程，其峰值温度也不同，而峰值 研究冷却时间g5（从800℃冷却到500℃的时间， 温度对组织的形态及其类型影响很大，因此研究了 焊接热循环参数)对粗晶热影响区组织的影响 不同峰值温度热循环后模拟粗晶热影响区的组织 图2给出不同冷却时间模拟焊接热影响区的组织 (如图1所示).由图1可以看出，当峰值温度 由图2可见，随着gs时间的延长，也即冷却变慢，焊 (T)为1350℃时，模拟焊接热影响区组织粗大， 接热循环后的组织由贝氏体向铁素体和珠光体演 冷却转变后的组织为贝氏体和多边形铁素体（见 化.当tgs时间为50s时，模拟焊接热影响区的组织 图1(a)).当峰值温度为1150℃时，组织为少量贝 为粒状贝氏体和少量准多边形铁素体（见 氏体和铁素体，与图1(a)相比，贝氏体含量明显减 图2(a),细小的粒状贝氏体具有更小的有效晶粒 少（见图1(b)).当峰值温度为950℃时，模拟焊接 尺寸，能有效地阻止裂纹的扩展可提高热影响区的 热影响区为细晶区，冷却转变后的组织为细小的多 韧性可.与ts时间为50s相比，当tss时间为100s 边形铁素体和珠光体，该区的组织具有明显的重结 时，模拟焊接热影响区的组织为粒状贝氏体和准多 晶特征，因为母材被加热到奥氏体化温度后快速冷 边形铁素体（见图2(b)).当tgs时间为200s时，模 却，从而得到细小的铁素体，形成重结晶区（见 拟焊接热影响区的组织为多边形铁素体和珠光体组 图1(c)).当峰值温度为750℃时，模拟焊接热影 织（见图2(c)).由此可见，随着tgs时间的增加，冷 响区为临界温度热影响区，即不完全重结晶区，冷却 却速度减慢造成晶粒长大不明显，晶界铁素体和铁 转变后的组织为块状铁素体和珠光体（见 素体板条的数量减少，取而代之的是尺寸较大的多 图1(d)),并且珠光体呈现带状分布，由于该区部 边形铁素体，组织也由贝氏体为主逐渐转变为以铁 分母材组织发生相变重结晶，且奥氏体晶粒细小，冷 素体为主.当ts5时间进一步增加到300s,铁素体组 却转变后得到部分细小的铁素体和珠光体，而未奥 织明显粗化，模拟焊接热影响区的组织主要为等轴 氏体化的铁素体则受热长大，所以该区晶粒大小和 状铁素体和少量珠光体组织（见图2(d))第 7 期 李 静等: 焊接热循环参数对大线能量焊接用钢 EH40 热影响区组织和性能的影响 1 材料及方法 试验用钢为经船级社认证的大线能量焊接用钢 EH40，钢板厚度为 100 mm，其化学成分及力学性能 分别见表 1 和表 2． 将 EH40 钢板加工成 11 mm × 11 mm × 110 mm 热模拟试样． 利用 Gleeble3800 热模拟试验机进行 不同热循环参数的热模拟试验: ( 1) 不同峰值温度 ( Tmax ) 试验． 峰值温度分别设定为 1 350、1 150、950 和 750 ℃，冷却时间( t8 /5 ) 设定为 100 s． ( 2) 不同冷 却时间试验． 冷却时间分别设定为 50、100、200 和 300 s，峰值温度设定为 1 350 ℃ ． 对经历不同焊接热 循环的试样先加工成 10 mm × 10 mm × 55 mm 的冲 击试样，按照 GB /T 229—2007 进行 － 40 ℃ 冲击性 能检验，然后用光学显微镜及透射电子显微镜对热 模拟试样进行组织分析． 表 1 试验钢板化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of the steel plate % C Si Mn S P Nb，V，Ti Ceq Pcm 0. 078 0. 28 1. 52 0. 011 0. 002 微量 0. 36 0. 17 注: Ceq = C + Mn /6 + ( Cr + Mo + V) /5 + ( Ni + Cu) /15; Pcm = C + Si /30 + ( Mn + Cu + Cr) /20 + Ni /60 + Mo /15 + V/10 + 5B． 表 2 试验钢板力学性能 Table 2 Mechanical properties of the steel plate 屈服强度， ReH /MPa 抗拉强度， Rm /MPa 延伸率， A /% 断面收缩率， Z/% !40 ℃冲击吸收功， KV2 /J 厚度方向断面 收缩率，Z /% 470 615 24. 5 81. 5 353 55 2 结果与分析 2. 1 焊接热循环参数对粗晶热影响区组织的影响 2. 1. 1 峰值温度对粗晶热影响区组织的影响 在实际焊接过程中，距离焊缝中心不同的区域 经历不同的热循环过程，其峰值温度也不同，而峰值 温度对组织的形态及其类型影响很大，因此研究了 不同峰值温度热循环后模拟粗晶热影响区的组织 ( 如 图 1 所 示) ． 由 图 1 可 以 看 出，当 峰 值 温 度 ( Tmax ) 为 1 350 ℃ 时，模拟焊接热影响区组织粗大， 冷却转变后的组织为贝氏体和多边形铁素体( 见 图 1( a) ) ． 当峰值温度为 1 150 ℃ 时，组织为少量贝 氏体和铁素体，与图 1( a) 相比，贝氏体含量明显减 少( 见图 1( b) ) ． 当峰值温度为 950 ℃ 时，模拟焊接 热影响区为细晶区，冷却转变后的组织为细小的多 边形铁素体和珠光体，该区的组织具有明显的重结 晶特征，因为母材被加热到奥氏体化温度后快速冷 却，从而得到细小的铁素体，形 成 重 结 晶 区 ( 见 图 1( c) ) ． 当峰值温度为 750 ℃ 时，模拟焊接热影 响区为临界温度热影响区，即不完全重结晶区，冷却 转变后的组织为块状铁素体和珠光体 ( 见 图 1( d) ) ，并且珠光体呈现带状分布，由于该区部 分母材组织发生相变重结晶，且奥氏体晶粒细小，冷 却转变后得到部分细小的铁素体和珠光体，而未奥 氏体化的铁素体则受热长大，所以该区晶粒大小和 分布不均匀． 从组织分析上可以得出，当峰值温度 1 350 ℃ 以上时，组织明显粗 化，而峰值温度小于 1 150 ℃以下时，组织细小． 2. 1. 2 冷却时间对粗晶热影响区组织的影响 在最严酷的焊接条件下( 峰值温度取1 350 ℃ ) ， 研究冷却时间 t8 /5 ( 从 800 ℃ 冷却到 500 ℃ 的时间， 焊接热循 环 参 数) 对粗晶热影响区组织的影响． 图 2给出不同冷却时间模拟焊接热影响区的组织． 由图 2 可见，随着 t8 /5时间的延长，也即冷却变慢，焊 接热循环后的组织由贝氏体向铁素体和珠光体演 化． 当 t8 /5时间为 50 s 时，模拟焊接热影响区的组织 为粒状贝氏体和少量准多边形铁素体 ( 见 图 2( a) ) ，细小的粒状贝氏体具有更小的有效晶粒 尺寸，能有效地阻止裂纹的扩展可提高热影响区的 韧性［3］． 与 t8 /5时间为 50 s 相比，当 t8 /5时间为 100 s 时，模拟焊接热影响区的组织为粒状贝氏体和准多 边形铁素体( 见图 2( b) ) ． 当 t8 /5时间为 200 s 时，模 拟焊接热影响区的组织为多边形铁素体和珠光体组 织( 见图 2( c) ) ． 由此可见，随着 t8 /5时间的增加，冷 却速度减慢造成晶粒长大不明显，晶界铁素体和铁 素体板条的数量减少，取而代之的是尺寸较大的多 边形铁素体，组织也由贝氏体为主逐渐转变为以铁 素体为主． 当 t8 /5时间进一步增加到 300 s，铁素体组 织明显粗化，模拟焊接热影响区的组织主要为等轴 状铁素体和少量珠光体组织( 见图 2( d) ) ． ·789·