正火工艺对含钛焊缝组织及性能的影响

正火工艺对含钛焊缝组织及性能的影响随着科学技术和经济的飞速发展，对钢铁材料提出了越来越多的极其严格的要求，轻型节能汽车、高速铁路、重载桥梁、油气输送管线、工程机械、大型船舶等领域都需要大量性能好、使用寿命长、价格低廉的钢材。这一问题引起了各国政府和钢铁材料界专家的重视，通过细化钢的组织，提高钢的洁净度、改善钢的均匀性、提高其强度和使用寿命。微合金钢因其性能优异、成本相对较低，在诸多领域得到了迅速的发展。随着钢在各领域的扩大使用，需要采用焊接成型工艺的场合越发增加，研究表明，低合金高强钢中利用Ti、Nb、V等元素进行微合金化，钢中的TiN、NbN、VN等粒子抑制奥氏体晶粒的长大，可有效提高采用大热输入焊接方法钢的强度，并改善焊接粗晶热影响区的韧度。通过适当焊后热处理可使Ti在焊缝中主要以TiC/N形式出现，TiC/N面心立方结构和钢的面心立方、体心立方基体有共格性，在一定的条件下既可以溶入又可以析出，可通过其碳、氮化物微粒(尺寸小于5nm)的弥散析出及Ti的固溶细化晶粒沉淀强化，极大地提高焊缝金属的强韧性。因此研究焊后热处理条件下，Ti在焊缝金属中的存在形式及其对焊缝金属组织和性能的影响具有较大的应用前景。实验材料为16Mn钢，其化学成分为(质量分数，)：0.12~0.20C，0.20~0.55Si，1.20~1.60Mn，≤0.045S，≤0.045P，余量为Fe。实验采用NB-1SJ低氢钾型药皮超低氢高强度焊条，使用前在YHX-20远红外焊条烘干箱内经350℃烘焙1.0～1.5h。焊条烘干的目的是去除药皮中的水分，防止产生气孔和冷裂纹。采用直流反接、短弧操作，焊前必须清理焊件的铁锈、油污、水分等杂质。其化学成分及手工电弧焊焊接工艺参数分别见表1及表2。表1NB-1SJ焊条化学成分(质量分数,%)CMnSiNiTiBPFe0.081.320.311.330.020.00180.007余量表2焊接工艺参数焊条直径/mm电弧电压/V焊接电流/A焊接速度/(mm·min-1)电流极性3.222~3014090~110直流反接焊后使用SRJX-8-13高温箱式电阻炉对焊件进行不同温度(930、103和1190℃)保温2h的正火处理采用NB-1SJ焊条焊接后，焊缝组织为下贝氏体＋弥散碳化物＋少量残余奥氏体，硬度较高，韧性较差；不同温度的焊后正火处理的组织均为铁素体＋碳化物，硬度较低，韧性较好。经930及1030℃正火处理后，焊缝组织晶粒尺寸没有明显变化，碳化物析出明显增多，TiC的细晶强化作用明显；经1190℃正火处理后，焊缝区碳化物TiC大量固溶，细晶强化作用减弱，晶粒有所长大。经不同温度正火处理后焊缝金属的冲击韧度均明显增加，最佳正火处理温度为930℃。