Mn含量对大热输入药芯焊丝焊缝组织及力学性能的影响

杨立锋，王勇，宋峰雨

（1.齐齐哈尔工程学院材料成型与控制工程教研室，黑龙江 齐齐哈尔 161005；2.东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室，辽宁 沈阳 110819）

Mn含量对大热输入药芯焊丝焊缝组织及力学性能的影响

Effects of Mn content on microstructure and mechanical properties of high heat input welding f lux cored wire fl ux cored welding

杨立锋1，王勇1，宋峰雨2

（1.齐齐哈尔工程学院材料成型与控制工程教研室，黑龙江 齐齐哈尔 161005；2.东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室，辽宁 沈阳 110819）

制备了三种不同Mn含量的药芯焊丝，通过实验室大热输入焊接试验，研究分析了Mn含量对大热输入焊缝金属组织与力学性能的影响。结果表明：1.85%Mn添加的焊缝金属A1在热输入85 KJ·cm的焊接条件下，焊缝金属中形成大量含有贫Mn的复合夹杂物，在此复合夹杂物上诱导生成大量交叉互锁的针状铁素体组织，是使A1焊缝具有较高冲击韧性的主要原因；针状铁素体组织比例减少，以及M—A组元和贝氏体等硬质相的相继出现，是焊缝金属冲击韧性显著降低的主要原因。

大热输入；焊缝金属；针状铁素体

1 实验材料及方法

试验用药芯焊丝采用RAL实验室的药芯焊丝成型机组制备，3种药芯焊丝直径均为1.6 mm；焊接试板选用厚20 mmQ235钢板加工成100 mm（宽）×500 mm（长）试板后开V型坡口，坡口角度为17°，试板化学成分如表1所示。焊接方法采用单道次垂直气电立焊，焊接保护气采用20% CO2+80%Ar混合气体，具体焊接工艺参数见表1。所得三种焊缝金属的化学成分见表2。

采用金相显微镜（OM）对焊缝金属组织进行观察，并用JSM—6490扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）观察晶内铁素体形貌，并对夹杂物的化学组成及分布状态进行观测分析。

表1 Q235钢板化学成分（mass%）及焊接工艺参数

表2 焊缝金属的化学成分（mass%）

2 实验结果

制备好的大热输入药芯焊丝焊接试板3种药芯焊丝焊接试板焊道均匀，焊缝表面熔渣少，表现出良好的焊接工艺性能。本研究所试制的3种药芯焊丝在表1所示的大热输入焊接条件下，焊缝金属的冲击韧性都达到国家相关标准Akv 0 ℃＞47 J的要求，其中A1试样焊缝金属冲击功达到最高的122 J，远远超出国家相关标准所要求的水平，而屈服强度达到475 MPa、抗拉强度达到575 MPa，说明本研究所试制的A1号药芯焊丝完全满足Q460 MPa以下级别相关钢种的大热输入焊接。

由三种成分试件的焊缝金属微观组织照片可以看出，焊缝金属A1的组织主要为微细的针状铁素体（AF），AF呈放射状分布，各夹杂物间的AF彼此交叉互锁；A2试样的微观组织由少量的针状铁素体（AF）和M—A组元混合组成；Mn含量最低的A3号焊缝金属组织中，针状铁素体（AF）的数量极少，其基体组织主要由粒状贝氏体和板条状贝氏体构成，这种组织抵抗裂纹传播和扩展的能力极差，因此A3号试样的冲击韧性最低也是由其焊缝金属的微观组织所决定的。

3 结果分析与讨论

利用电子探针对大热输入焊接A1号试样焊缝金属中形成AF的夹杂物形貌及能谱分析，在夹杂物周围形成了多个向四周发散的AF。

为进一步探明夹杂物元素的分布规律，对夹杂物内部和表面进行点扫描分析。结果显示，所含元素一致，但元素含量不同，夹杂物内部Mn含量为14.19%，表面Mn含量为5.11%，可以判断Mn元素集中分布在夹杂物内部，而在夹杂物表层分布较少，由此在该夹杂物周围形成了贫Mn区，由于Mn元素作为奥氏体稳定元素，在缺少Mn的夹杂物表面上Ar3温度升高、铁素体相变驱动力增加，促进了AF在该夹杂物表面上的形核与长大；A2号焊缝金属中AF数量减少，在该夹杂物周围并没有形成AF，对该夹杂物进行面扫和点扫描分析后发现，Mn含量在两处分布分别为7.34%和7.93%，没有出现贫Mn区，相变驱动力不足，没能诱发AF形成，而是形成了AF和M—A 组元的复相组织，M—A组元的出现是导致A2焊缝金属冲击韧性急剧降低的主要原因。对于Mn含量最低的焊缝金属A3，能够形成贫Mn区的夹杂物更少，几乎找不到AF组织，在铁素体相变的温度区间内，引起焊缝金属A3整体相变驱动力不足，只能转移到相变温度更低的贝氏体区相变，因此形成大量脆化的贝氏体组织［4］，贝氏体组织的生成是导致A3焊缝金属冲击韧性进一步降低的主要原因。

4 结论

（1）1.85%Mn添加的焊缝金属A1，在85 KJ/cm的大热输入焊接条件下，焊缝金属中形成大量含有贫Mn区的复合夹杂物，该夹杂物能够提高铁素体相变驱动力，并在此夹杂物上诱导生成大量交叉互锁的针状铁素体组织是焊缝金属A1具有较高冲击韧性的主要原因。

（2）随着焊缝金属中Mn含量的降低，焊缝金属中形成含有贫Mn区的夹杂物数量减少，针状铁素体组织比例减少，焊缝金属冲击韧性显著降低。

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（P-01）

Lehigh技术公司开发出改进聚合物载荷的微细化橡胶粉末

来自废橡胶的微细化橡胶粉末（MRP ）一般以3%～5%（w）的添加量应用于新乘用车轮胎。新近，由Lehigh技术公司利用一种用于部分脱硫和官能化的MRP，可使新轮胎容许的废橡胶的MRP添加量最高达10%（w）。该新工艺涉及专利的化学辅助研磨工艺，部分地“打开”该橡胶的聚合物结构，并增加了化学功能性，能够在新轮胎制造中加到纯橡胶中改善硫化交联。相对于非官能化的MRP，来自该工艺的MRP改进了“加工性能”，并为添加MRP的轮胎提供所要求的物理和动力学性能。除了用于塑料注射成型市场，以及作为橡胶改性沥青的组分用于道路建设之外，Lehigh公司的MRP在轮胎市场的使用量也在逐渐增加。

（燕丰供稿）

TG457

1009-797X（2016）04-0049-02

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10.13520/j.cnki.rpte.2016.04.019

杨立锋（1986-），男，硕士研究生，毕业于内蒙古工业大学，教师，研究方向为稀土材料。

2015-12-26