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192 北京科技大学学报 第32卷 当的尺寸条件下才能有利于AF生成[].通过非 物的形态、尺寸、分布和种类.热模拟试样在G leeb le 金属夹杂诱导AF来分割细化微观组织的方法使得 1500试验机上进行焊接热模拟实验，试样预热温度 钢材能够经受大线能量焊接，但随着输入线能量的 为100℃，加热速率为500℃·s,峰值温度为1350 不断增加，HAZ区晶内组织长大粗化，成为其低温 ℃，保温1s在相变冷却时间T36分别为4060和80 韧性下降的主要原因6-) s的条件下冷却至室温。中8mm×15mm热模拟试样 本文对一种微合金钢进行了夹杂物和焊接热模 分别用%的硝酸乙醇溶液和饱和苦味酸溶液侵 拟后的组织观察，从夹杂物的分布、密度和原奥氏体 蚀后，对夹杂物和显微组织以及原奥氏体晶粒进行 晶粒尺寸方面对实验钢低温冲击韧性的差异进行解 观察分析.5mmX10mm×55mm试样加工成夏比V 释，同时研究了随相变冷却时间的延长，模拟HAZ 形缺口冲击试样后，在N500仪器化冲击试验机上 区冲击韧性降低的现象，并对其进行了讨论分析. 测试各热模拟条件下试样在一20℃环境下的半厚 1实验材料及方法 度冲击性能 微合金实验钢的主要化学成分如表1所示， 2实验结果 2.1轧板夹杂物特征 表1实验钢化学成分（质量分数） Tabl I Chen ical camposition of experinent steels % 实验钢轧板夹杂物形貌和能谱分析如图1所 示，在实验钢中发现了大量类球状复合型夹杂 C Si Mn Al 0.050.100.261.260.014 0.0014 物，分布较为均匀，没有出现聚集现象，从能谱分 0.015 析中可以看到，这些夹杂物由TD.~AbO3-MnS 实验钢在10kg真空感应炉中进行冶炼，加入了 组成，核心部位为TD、和AbO3的集合体，周围 少量的TiV:铸坯经轧制成8mm厚的轧板后，切取 包裹MS为了较准确地统计夹杂物的尺寸分布 并加工出5mm×5mm10mm的金相试样和 状况，对每个试样选择100个视场进行显微观 中8mm×15mm、5mm×10mm×55mm的热模拟试 察，其统计结果如图2所示，实验钢大部分夹杂 样.金相试样经过磨抛后在O bmpus BX5lM型光学 物尺寸在3“m以下，对钢材性能有害的大尺寸 显微镜和E0L一6301F场发射扫描电镜下观察夹杂 夹杂物很少 h Mn 0 Fe Fe T A Mn Mn 0wu少 0 10 um 能量V 图1实验钢夹杂物显微照片(a)及能谱分析(b) Fg 1 Micmographs (a)and EDX spectnm (b)of nclsions n the experinental steel 2.2试样模拟焊接热影响区的冲击韧性 的原奥氏体晶界已经完全被晶界铁素体和多边形铁 图3所示即为实验钢经过三种不同焊接热模拟 素体所覆盖：利用沿晶铁素体所勾勒出的原奥氏体 条件后在一20℃时的半厚度冲击韧性曲线.从实验 轮廓对不同条件下试样的原奥氏体晶粒尺寸进行了 结果可知：当T86=40s时，试样半厚度冲击功最高， 测量统计，其柱状图如图5所示，试样在三种焊接 达到了76.6随着T6的延长，冲击功明显降低，当 热模拟条件下原奥氏体晶粒大小相差不大，尺寸为 T6=80s时，冲击功已经降到了55.4J 50~70m相变冷却时间越长，原奥氏体晶粒尺寸 2.3模拟焊接热影响区的组织特征 越大，当Ts=40s时，试样晶内组织以针状铁素体 试样在不同Ts相变冷却时间下的热模拟区的 和板条贝氏体为主；当Ts5=60s时，晶内的板条贝 组织照片如图4所示，从图中可以看到微观组织中 氏体和针状铁素体变得粗大，沿晶铁素体面积明北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 当的尺寸条件下才能有利于 ＩＡＦ生成 ［4--5］．通过非 金属夹杂诱导 ＩＡＦ来分割细化微观组织的方法使得 钢材能够经受大线能量焊接但随着输入线能量的 不断增加ＨＡＺ区晶内组织长大粗化成为其低温 韧性下降的主要原因 ［6--7］． 本文对一种微合金钢进行了夹杂物和焊接热模 拟后的组织观察从夹杂物的分布、密度和原奥氏体 晶粒尺寸方面对实验钢低温冲击韧性的差异进行解 释同时研究了随相变冷却时间的延长模拟 ＨＡＺ 区冲击韧性降低的现象并对其进行了讨论分析． 1 实验材料及方法 微合金实验钢的主要化学成分如表 1所示． 表 1 实验钢化学成分 （质量分数 ） Ｔａｂｌｅ1 Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｔｅｅｌｓ ％ Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｐ Ｓ Ａｌ 0∙05～0∙10 0∙26 1∙26 0∙014 0∙015 0∙0014 实验钢在10ｋｇ真空感应炉中进行冶炼加入了 少量的 Ｔｉ、Ｖ；铸坯经轧制成 8ｍｍ厚的轧板后切取 并加工出 5ｍｍ ×5ｍｍ ×10ｍｍ 的金相试样和 ●8ｍｍ×15ｍｍ、5ｍｍ×10ｍｍ×55ｍｍ的热模拟试 样．金相试样经过磨抛后在 ＯｌｙｍｐｕｓＢＸ51Ｍ型光学 显微镜和 ＪＥＯＬ--6301Ｆ场发射扫描电镜下观察夹杂 物的形态、尺寸、分布和种类．热模拟试样在 Ｇｌｅｅｂｌｅ 1500试验机上进行焊接热模拟实验试样预热温度 为 100℃加热速率为 500℃·ｓ —1峰值温度为 1350 ℃保温1ｓ在相变冷却时间 Ｔ8／5分别为4060和80 ｓ的条件下冷却至室温．●8ｍｍ×15ｍｍ热模拟试样 分别用 3％的硝酸--乙醇溶液和饱和苦味酸溶液侵 蚀后对夹杂物和显微组织以及原奥氏体晶粒进行 观察分析．5ｍｍ×10ｍｍ×55ｍｍ试样加工成夏比 Ｖ 形缺口冲击试样后在 ＮＩ500仪器化冲击试验机上 测试各热模拟条件下试样在 —20℃环境下的半厚 度冲击性能． 2 实验结果 2∙1 轧板夹杂物特征 实验钢轧板夹杂物形貌和能谱分析如图 1所 示．在实验钢中发现了大量类球状复合型夹杂 物分布较为均匀没有出现聚集现象．从能谱分 析中可以看到这些夹杂物由 ＴｉＯｘ--Ａｌ2Ｏ3--ＭｎＳ 组成核心部位为 ＴｉＯｘ和 Ａｌ2Ｏ3 的集合体周围 包裹 ＭｎＳ．为了较准确地统计夹杂物的尺寸分布 状况对每个试样选择 100个视场进行显微观 察其统计结果如图 2所示．实验钢大部分夹杂 物尺寸在 3μｍ以下对钢材性能有害的大尺寸 夹杂物很少． 图 1 实验钢夹杂物显微照片 （ａ）及能谱分析 （ｂ） Ｆｉｇ．1 Ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓ（ａ） ａｎｄＥＤＸｓｐｅｃｔｒｕｍ （ｂ） ｏｆｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｅｅｌ 2∙2 试样模拟焊接热影响区的冲击韧性 图 3所示即为实验钢经过三种不同焊接热模拟 条件后在 —20℃时的半厚度冲击韧性曲线．从实验 结果可知：当 Ｔ8／5＝40ｓ时试样半厚度冲击功最高 达到了 76∙6Ｊ；随着 Ｔ8／5的延长冲击功明显降低当 Ｔ8／5＝80ｓ时冲击功已经降到了 55∙4Ｊ． 2∙3 模拟焊接热影响区的组织特征 试样在不同 Ｔ8／5相变冷却时间下的热模拟区的 组织照片如图 4所示．从图中可以看到微观组织中 的原奥氏体晶界已经完全被晶界铁素体和多边形铁 素体所覆盖；利用沿晶铁素体所勾勒出的原奥氏体 轮廓对不同条件下试样的原奥氏体晶粒尺寸进行了 测量统计其柱状图如图 5所示．试样在三种焊接 热模拟条件下原奥氏体晶粒大小相差不大尺寸为 50～70μｍ相变冷却时间越长原奥氏体晶粒尺寸 越大．当 Ｔ8／5＝40ｓ时试样晶内组织以针状铁素体 和板条贝氏体为主；当 Ｔ8／5 ＝60ｓ时晶内的板条贝 氏体和针状铁素体变得粗大沿晶铁素体面积明 ·192·