低合金高强度结构钢及其焊接头的韧性研究

作     者：杨汉 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈传忠

授予年度：2009年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：低合金高强度结构钢 冲击韧性 断裂韧性 焊接 

摘      要：本文对低合金高强度结构钢SHT490C和SHT780C、以及SHT780C钢的焊缝在不同的温度下进行冲击韧性及断裂韧性的测定,对两种韧性指标的关系进行了分析。并采用金相显微镜、显微硬度计、X射线衍射(XRD)、能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)等检测方法研究了材料的组织结构、断口形貌,讨论了材料韧性与温度的关系,研究断裂机理。 SHT490C的金相组织主要是针状铁素体和珠光体组织,晶粒较细,沿轧制方向取向不是很明显。SHT780C母材的金相组织主要是下贝氏体,晶粒细小,晶粒沿着轧制方向伸长。SHT780C焊缝的金相组织主要是晶界铁素体、侧板条铁素体和粒状贝氏体,还有少量的珠光体组织,晶粒较粗大。SHT780C母材组织中有孪晶亚结构出现,位错密度较大,合金化合物细小弥散分布在基体上。焊缝中位错密度较小,夹杂物以球状颗粒存在,尺寸较大。SHT780C的主要合金化合物是(Nb,Ti)(C,N),其焊缝的主要合金化合物为FeMnTiO、TiO,母材和焊缝都有FeN和FeC析出物。由于组织结构、析出物的不同,显微硬度存在很大差异,焊缝的硬度最低,热影响区的硬度最高且分布很不均匀,母材的硬度介于焊缝和热影响区之间。 根据夏比冲击试验结果,可以得出:三种材料冲击吸收功的总趋势是随着温度的降低而降低;SHT780C焊接头的韧性低于母材。母材C方向的韧性优于L方向,随着温度的升高,C和L方向的差别减小,方向对SHT780C的影响大于SHT490C。观察母材和焊缝冲击试样断口微观形貌断口形貌,随温度降低,材料由韧性断裂转变成准解理断裂。 对冲击试样断口中出现的夹杂物进行能谱分析,发现SHT780C母材夹杂物成分与焊缝有很大不同,母材夹杂物中合金元素含量较少;焊缝中夹杂物合金元素种类较多,含量较高。焊缝区韧性低于母材的原因是在焊接过程中造成合金元素的氧化,形成FeMnTi和Ti的氧化物夹杂,焊接时的冶金过程使材料弱化,夹杂物超标,造成材料脆化的结论,说明焊接工艺对韧性的影响是显著的,提高焊缝的韧性除材料本身的影响外,焊接方法和工艺的影响是必须考虑的。 在CTOD试验中,母材和焊缝的δc值均在-40℃时达到最大,焊缝断裂韧性介于母材两个方向之间。CTOD值可能会出现两个峰值,对于SHT780C,C方向的韧性要高于L方向的,而对SHT490C受缺口方向影响不是很明显,SHT490C的δc值高于SHT780C。 δc(T)与A(T+△T)具有线性关系,同一种材料温度变化是δc(T)/A(T+△T)的比值变化很小。δc(T)/A(T+△T)不是个定值,对于不同材料比值是不同的。