论文部分内容阅读
作为最新研制的690MPa级高强高韧海洋平台用5%Mn钢,Mn的大量加入,不利于该种钢的焊接性能。因此,为了为5%Mn钢的工程化应用提供理论与试验依据,对该种钢的焊接材料及焊接工艺进行研究就显得尤为重要。为确定合适的气体保护焊焊接材料,本文采用两种Mn-Ni-Mo系列焊丝对20mm厚5%Mn钢进行混合气体保护焊接,研究了不同C、Ni成分下焊接接头组织与性能变化规律,并通过热模拟技术,对不同C、Ni成分下焊缝金属组织连续冷却转变CCT图进行研究;通过斜Y抗裂性试验研究了工业试制30mm厚5%Mn钢的冷裂纹敏感性,并研究了不同热输入和道间温度对30mm厚5%Mn钢接头组织与性能的影响规律,结果如下:(1)通过两种Mn-Ni-Mo焊丝对20mm厚5%Mn钢进行焊接,分析不同C、Ni成分下接头焊缝金属组织与性能变化规律,结果表明:高碳较低镍焊缝金属,末道焊缝组织由板条贝氏体和少量马氏体构成。受焊接热循环的影响,焊道间再热区热影响区产生大量粒状贝氏体,整个焊缝金属强度高、韧性差、硬化明显;而低碳较高镍焊缝金属,末道焊缝由先共析铁素体和针状铁素体构成,焊道间热影响区先共析铁素体略有增加,但仍以针状铁素体为主,整个焊缝金属强度较低,但韧性优异;同时焊缝金属中M-A组元体积分数的增加,大角度晶界所占比例减少以及夹杂物数量增加,也是导致高碳低镍焊丝焊缝韧性低的原因。(2)通过对不同C、Ni成分焊缝金属连续冷却转变CCT曲线进行研究,结果表明:当t8/3≤1800s时,随着t8β的增加,高碳较低镍焊缝金属显微组织变化规律为:LM+LB-→LM+LB+GB→GB,而低碳较高镍焊缝金属显微组织变化规律为:AF+GB→GB→GB+F+P。(3)采用低碳较高镍焊丝,对30mm厚5%Mn钢进行斜Y抗裂性试验,研究该种钢冷裂纹敏感性,结果表明:预热温度为0℃、60℃和100℃时,具有很高的根部和断面裂纹率,且变化无规律;预热温度为120℃、150℃和200℃时,随着温度升高,根部和断面裂纹率降低,200℃时根部和断面裂纹率分别降至4.47%和1%。裂纹起裂位置均为上半部分V型缺口根部,且容易沿热影响区粗品[区奥氏体晶界及马氏体板条边界扩展,六种预热温度下均无表面裂纹产生。(4)采用低碳较高镍焊丝,在热输入为12kJ/cm、15kJ/cm和18kJ/cm下对30mm厚5%Mn钢接头组织及性能进行研究,结果表明:不同热输入下焊缝金属显微组织均由先共析铁素体、针状铁素体和贝氏体构成。随着热输入增加,先共析铁素体含量增加,针状铁素体尺寸增大,焊道热影响区粒状贝氏体含量增加,焊缝金属中夹杂物数密度、所占面积百分比增加,可作为裂纹源的大尺寸夹杂物数密度增加,导致焊缝金属抗拉强度和屈服强度、低温韧性、硬度随热输入的增加而降低。接头热影响区显微组织由粗大的板条马氏体构成,粗晶区原始奥氏体晶粒严重长大,且存在与基体呈“脱离”状态的氧化物夹杂,导致热影响区低温韧性较差。热输入为18kJ/cm时,接头热影响区粗晶区奥氏体晶粒尺寸明显增大,导致韧性较低。(5)采用低碳较高镍焊丝,在100℃、120℃道间温度下对30mm厚5%Mn钢对接头焊缝性能进行研究,结果表明:随着道间温度升高,焊缝金属显微组织中先共析铁素体含量,针状铁素体尺寸,焊道热影响区粒状贝氏体含量,夹杂物尺寸,均略有增加,从而导致焊缝金属屈服强度和低温韧性略有降低。接头热影响区低温冲击功分别为19J、47J,降低道间温度恶化了接头热影响区韧性。