2.1.2HAZ淬硬......




2.1.2　HAZ淬硬性
在靠近熔合線的HAZ，奧氏體晶粒易粗化和硬化。為了減少冷裂和接頭韌性的損失，通常限制HAZ的最大硬度。如造船用結(jié)構(gòu)鋼和破冰船，

其硬度限制在HV 300～350之間。為避免應(yīng)力腐蝕，硬度值也被限制，如在濕的H2S環(huán)境下，管線鋼的硬度限制在HV 248。HAZ的最大硬度隨著
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冷卻時(shí)間t8/5的增加而減小。
2.1.3　HAZ的韌性和微觀組織
下貝氏體和低碳馬氏體均有較好的韌性，且下貝氏體的韌性?xún)?yōu)于低碳馬氏體，隨著冷卻時(shí)間的增加，上貝氏體的含量越來(lái)越多，韌性逐漸

降低。上貝氏體和側(cè)板條鐵素體均有很低的韌性。晶界鐵素體是冷卻時(shí)在原奧氏體晶粒邊界上析出的，且上貝氏體和側(cè)板條件鐵素體從晶界鐵

素體向晶內(nèi)生長(zhǎng)。一般把粗晶熱影響區(qū)(CGHAZ)和臨界粗晶熱影響區(qū)(IRCGHAZ)稱(chēng)作“局部脆性區(qū)”(LBZ)，鐵素體中固溶的碳小于奧氏體中固

溶的碳，奧氏體分解過(guò)程中碳從相變鐵素體析出且在沒(méi)有相變的奧氏體中偏聚，這將推遲奧氏體相變且導(dǎo)致殘余奧氏體+高碳馬氏體(碳含量大

于1 %)的混合組織(即M-A組元)形成，當(dāng)鋼在臨界點(diǎn)之間的溫度區(qū)域加熱時(shí)，奧氏體和鐵素體共存，將造成奧氏體中碳的偏析且導(dǎo)致硬化能力

增加，在冷卻時(shí)轉(zhuǎn)化為M-A組元，它對(duì)HAZ的韌性極為不利，當(dāng)晶粒粗大時(shí)，更為不利，HAZ的韌性強(qiáng)烈依賴(lài)M-A組元的體積分?jǐn)?shù)。文獻(xiàn)［1］報(bào)

道局部脆性區(qū)(LBZ)的影響在夏氏V型沖擊試驗(yàn)中不明顯，但在熱模擬HAZ試樣的CTOD試驗(yàn)中卻很明顯。此外，當(dāng)焊縫采用高匹配時(shí)，也將使HAZ

的韌性損失，但與組織所引起的韌性損失相比，是很小的。
HAZ的低韌性不僅是由于M-A組元所占的體積分?jǐn)?shù)所決定，也由其大的斷裂晶面尺寸所決定，因此可通過(guò)以下措施改善韌性：①可探索采用

合適的焊接工藝，以減小LBZ區(qū)的整體面積；②減小形成M-A組元的合金元素，如B、N、C元素含量；③減小Si、Al、P元素含量，可促進(jìn)M-A組

元的分解；④當(dāng)鋼中細(xì)小彌散的析出物在接近熔點(diǎn)時(shí)仍很穩(wěn)定，則能有效細(xì)化HAZ中的粗大奧氏體，導(dǎo)致上貝氏體和側(cè)板條鐵素體的細(xì)化；⑤

由于針狀鐵素體的斷裂晶面尺寸小，韌性好，所以若添加一些細(xì)小穩(wěn)定的氧化物，不僅可降低HAZ粗晶區(qū)的晶粒尺寸，而且還可作為晶內(nèi)針狀

鐵素體的形核場(chǎng)地。
2.1.4　HAZ的軟化
超細(xì)晶粒鋼主要是在形變條件下獲取細(xì)晶的，不能通過(guò)熱處理手段來(lái)恢復(fù)，所以焊后HAZ會(huì)出現(xiàn)軟化，尤其當(dāng)高熱輸入時(shí)，就更加明顯。

不過(guò)這種局部軟化對(duì)接頭整體強(qiáng)度的影響是受其他因素控制的，如局部軟化區(qū)的寬度、板厚和焊縫強(qiáng)度匹配等因素。對(duì)于低強(qiáng)度級(jí)別的400

MPa鋼而言，在高強(qiáng)匹配下，更高強(qiáng)度的焊縫和沒(méi)有受熱影響的母材對(duì)軟化區(qū)有強(qiáng)的拘束作用，所以采用高匹配是防止或減小HAZ軟化的有效措

施之一。
2.2　焊縫金屬的性能
通常焊縫金屬的強(qiáng)度應(yīng)與母材等強(qiáng)匹配或稍高于母材。大多數(shù)焊接結(jié)構(gòu)是在焊后狀態(tài)下使用的，焊縫金屬的強(qiáng)化依然要靠合金元素來(lái)實(shí)現(xiàn)

，因此，焊縫金屬的碳當(dāng)量將全面高于母材，且當(dāng)熔敷金屬的強(qiáng)度提高時(shí)，其強(qiáng)度和韌性將對(duì)熱輸入很敏感，此時(shí)應(yīng)考慮合適的焊接工藝。所

以當(dāng)母材強(qiáng)度提高時(shí)，獲得合適的焊縫強(qiáng)度就變得較困難。
400 MPa細(xì)晶鋼的焊縫金屬性能與HAZ性能相比，不是主要矛盾。對(duì)于400 MPa級(jí)細(xì)晶鋼而言，焊縫金屬要獲得優(yōu)良的強(qiáng)度和韌性，焊縫金
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屬的理想組織應(yīng)為針狀鐵素體，這就要嚴(yán)格控制焊接材料的化學(xué)成分，如Ti-B系列的焊條、焊劑和Ni-Cr-Mo-V系列的焊絲。
當(dāng)焊接大于800 MPa或更高強(qiáng)度級(jí)別的細(xì)晶鋼時(shí)，需全面考慮接頭性能。焊縫和HAZ都有可能出現(xiàn)問(wèn)題，HAZ的粗化問(wèn)題可借鑒400 MPa級(jí)細(xì)

晶鋼的有效防止措施，如合適的焊接方法、焊接工藝及其他焊接條件，但隨鋼強(qiáng)度級(jí)別的提高，800 MPa細(xì)晶鋼焊縫中易出現(xiàn)冷裂傾向，因此

，對(duì)于800 MPa級(jí)的細(xì)晶鋼而言，主要問(wèn)題便是解決焊縫金屬的性能，即必須研制、開(kāi)發(fā)與母材性能相匹配的焊接材料，焊縫金屬要獲得優(yōu)良

的強(qiáng)度和韌性，其焊縫金屬的理想組織應(yīng)為超低碳貝氏體，這方面的工作目前還沒(méi)有較成熟經(jīng)驗(yàn)，因而需全面開(kāi)發(fā)以這種微觀組織為主的焊接

材料。
2.3　焊縫和HAZ的裂紋傾向
2.3.1　熱裂紋
熔敷金屬的化學(xué)成分主要是針對(duì)避免熱裂紋而設(shè)計(jì)的，因此凝固裂紋主要是由母材稀釋而引起的，即主要出現(xiàn)在具有最大熔合比的焊道上

(如根部焊縫)，或出現(xiàn)在凝固方式不恰當(dāng)時(shí)(如過(guò)大的熔合比和焊速過(guò)高所引起的過(guò)于拉長(zhǎng)的焊接熔池)，此時(shí)熱裂紋可通過(guò)改變焊接工藝參數(shù)

避免。熱裂紋的產(chǎn)生也強(qiáng)烈依賴(lài)夾雜物的數(shù)量和種類(lèi)，細(xì)晶鋼的合金含量很低、夾雜物(如S、P)含量低以及偏析少，所以熱裂紋不易發(fā)生。
2.3.2　冷裂紋
因不同鋼種對(duì)冷裂敏感的微觀組織不盡相同，建議嚴(yán)格控制HAZ硬度。細(xì)晶鋼低的碳當(dāng)量減小了冷裂傾向，明顯改善了其冷裂敏感性。因

母材細(xì)晶鋼的碳當(dāng)量低，而熔敷金屬碳當(dāng)量高，于是氫就被固在熔化的金屬中，在焊縫中出現(xiàn)冷裂，可減少擴(kuò)散氫含量來(lái)降低焊縫的冷裂傾向

。
2.3.3　層狀撕裂
為減少層狀撕裂，有兩種有效方法，第一種方法是減小硫含量到很低的水平(小于0.008 %)，第二種是為獲得理想硫化物形態(tài)添加合金元

素，如Ca化處理。由于細(xì)晶鋼本身高的潔凈度，因而發(fā)生層狀撕裂的可能性不大。
2.4　焊后熱處理
焊后熱處理有可能惡化焊縫性能，對(duì)超細(xì)晶粒鋼，其唯一目的是松弛殘余應(yīng)力，而不象傳統(tǒng)C-Mn鋼是為了改善性能。當(dāng)碳含量低(小于

0.15 %)且碳當(dāng)量很低時(shí)(小于0.4 %)，鋼幾乎沒(méi)有硬而脆的HAZ，并且?guī)缀鯖](méi)有應(yīng)變時(shí)效傾向。因此很少要求焊后熱處理。必要時(shí)，消除應(yīng)力

的熱處理溫度必須小于600 ℃或考慮機(jī)械消除應(yīng)力的措施。
3　結(jié)論
(1) 超細(xì)晶粒鋼通過(guò)形變細(xì)化、相變細(xì)化和第二相析出提高鋼的強(qiáng)度，由此降低結(jié)構(gòu)自重，從而減少其結(jié)構(gòu)用量和運(yùn)輸費(fèi)用，同時(shí)它還具

有優(yōu)良的強(qiáng)韌性，合金含量低、雜質(zhì)含量低、便于回收、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，因而可有效地用于生產(chǎn)中，符合社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。
(2) 焊接熱循環(huán)明顯影響400 MPa和800 MPa超細(xì)晶粒鋼焊接熱影響區(qū)的晶粒長(zhǎng)大，應(yīng)研究其HAZ晶粒長(zhǎng)大規(guī)律和動(dòng)力學(xué)，尋找HAZ晶粒長(zhǎng)大