800 MPa级超细晶粒钢点焊接头组织与性能

董　文，姜秋月，李晓冬，王　毅

（长春工程学院，吉林长春130021）

800 MPa级超细晶粒钢点焊接头组织与性能

董文，姜秋月，李晓冬，王毅

（长春工程学院，吉林长春130021）

以驰豫－析出－控制相变工艺生产的800 MPa超细组织钢为研究对象，采用合理规范进行点焊。观察点焊接头的宏观形貌和显微组织，分析显微组织在焊接热循环作用下的转变规律；测量点焊接头的硬度分布曲线。结果表明，点焊接头焊接质量良好，没有焊接缺陷，能够满足实际生产需要；由于焊接热循环作用，点焊接头晶粒长大不可避免，焊接接头中包含了低碳马氏体、贝氏体、铁素体等组织；点焊接头的硬度高于母材组织，基本不存在软化现象。

800 MPa级超细组织钢；电阻焊；显微组织；力学性能

0　前言

在新型金属材料的研发中，利用零维缺陷、一维缺陷、二维缺陷以及细化晶粒等因素，可以大幅度提高材料性能。然而在以上诸多影响因素中，只有细化晶粒既能提高材料的强度，又能提高材料的韧性，同时提高材料的综合力学性能[1-3]。基于此，最新研发出来的超细晶粒钢具有超高强度和韧性，成为了国内外专家、汽车行业的研究的重点和热点，有望成为未来应用最为广泛的钢板[4-5]。

超细晶粒钢的应用离不开焊接，但其焊接接头性能会发生下降现象，这是由于焊接过程中热循环的作用使得钢板内部的细小晶粒发生长大现象，接头组织粗大，力学性能降低[6]。针对电阻点焊加热集中、高温停留时间短、冷却速度快的特点，初步评定800 MPa级超细晶粒钢的焊接性，为进一步研究适合超细晶粒钢焊接的工艺选择提供理论依据和实际生产经验。

1　试验材料和方法

1.1试验材料

试验材料为上海宝钢公司生产的800 MPa级超细晶粒钢，主要材质化学成分和性能如表1、表2所示。母材的金相显微组织如图1所示，其金相组织为铁素体、贝氏体和少量珠光体混合组织。

表1　800MPa超细晶粒钢BS700MC化学成分％

表2　800MPa超细晶粒钢力学性能

图1　800MPa超细钢显微组织Fig.1800 MPa ultrafine steel microstructure

1.2试验方法

点焊试件尺寸100 mm×25 mm×3 mm，长度方向搭接25 mm，焊件形式如图2所示。采用上海通用公司生产的DN2-40固定式气动点焊机，选择端面直径9.0 mm的锥形电极，将800 MPa超细钢钢板利用手工锯切开点焊接头，进行打磨抛光处理后，用4％硝酸酒精进行腐蚀处理，用PXS1040体式显微镜、NiKonEPIPHOT300型光学显微镜分析了点焊接头的宏观形貌和微观组织，并用HXD－1000型显微硬度仪测点焊接头横截面的显微硬度（加载力100 g，时间10 s）分布。

图2　点焊试样尺寸Fig.2Spot welding sample size

2　试验结果和讨论

2.1点焊接头的宏观形貌

800 MPa级超细晶粒钢点焊接头宏观形貌如图3所示。可以看到，点焊接头上表面呈圆形，焊点熔核为规则的椭圆形或矩形。焊接接头熔核区较明亮，仅次于母材；粗晶区最暗，晶粒间疏松，腐蚀最严重；重结晶区介于粗晶区和母材之间，离熔核越远，颜色越亮，与母材有明显的大致分界线，靠近熔核的一部分是完全重结晶区，即正火区。点焊接头焊接区域未发现缩孔、裂纹等焊接缺陷；熔核与母材分界线明显，焊接熔核未发生偏移，接头美观，焊接成形质量良好。

图3　点焊接头宏观焊接形貌Fig.3Macro-morphology of spot welding joints welding

2.2点焊接头组织转变特点

由于母材主要为板条贝氏体束组织，在光学显微镜下难以观察到明显的晶界，而热影响区组织具有较为明显的晶界特征。因此，焊接热影响区原奥氏体明显的晶界是区别于母材组织的重要标志。

点焊接头熔核组织与熔合线附近的粗晶区组织形貌特征相同，显微组织如图4所示，显微组织由板条状贝氏体组织和针状铁素体组成。在原粗大的柱状晶内生成大量的板条贝氏体束，一部分贝氏体板条束在原奥氏体晶界形核，而另一部分贝氏体板条束则以先期形成的贝氏体板条为界面生长；同时，伴随针状铁素体生成，针状铁素体是中温转变产物。焊接热影响区针状铁素体的存在可以改善该位置的韧性。熔核中心的显微组织如图4b所示，熔核区奥氏体为等轴晶粒，故冷却到室温后得到板条贝氏体组织。

点焊熔合线附近的粗晶区显微组织图5所示。由图5a可知，近试板表面由于散热快，其粗晶区组织粗大程度较小，宽度较窄。由图5b可知，在板厚的中部，原奥氏体晶粒较为粗大，组织类型为粗大板条贝氏体，晶内有铁素体形成；同时，焊接粗晶区相对较宽。热影响区晶粒长大主要与焊接加热的温度和时间以及母材成分和组织状态有关。焊接热循环对于晶粒的长大有很大影响，不仅对焊接热影响区晶粒的大小有很大影响，同时还很大程度上影响着晶粒的分布。缩短焊接时的高温停留时间，增大冷却速度可明显可抑止晶粒的长大倾向。

图4　点焊接头熔核显微组织Fig.4Spot welding nuggest microstructure of joint

图5　点焊接头热影响区显微组织Fig.5Spotweldingjointmicrostructureinheataffectedzone

点焊接头母材附近的重结晶区域晶粒较为细小，其经历的热过程相当于热处理中的正火组织，综合力学性能良好。

2.3点焊接头硬度分布

800 MPa级超细晶粒钢点焊接头硬度分布曲线如图6所示，焊点熔核硬度与母材的基本相同或高于母材，最大硬度值365HV。由图7a可知，在垂直于板厚方向点焊接头最低硬度值与母材平均硬度值差值为25 HV，存在软化现象。但软化区较窄，约为0.5 mm，且软化区域主要在粗晶区域。由图7b可知，平行于板厚方向基本高于母材，没有软化现象，这是由于平行于板厚方向，散热快，高温时间停留短引起的。

3　结论

（1）在合理的焊接规范下，800 MPa级超细晶粒钢点焊接头焊接质量良好，没有焊接缺陷，能够满足实际生产需要。

（2）800 MPa级超细晶粒钢在点焊过程中受到热循环作用，焊接区域晶粒不可避免的发生长大现象；点焊接头的显微组织由低碳马氏体、贝氏体、铁素体等组成。

（3）800 MPa级超细晶粒钢点焊接头垂直于板厚方向的焊接热影响区存在着软化现象，但软化区较窄，软化区域主要在粗晶区域；平行于板厚方向高于母材，不存在软化现象。

[1]Bush M B，Kim H S.On the modeling of ultra-fine grained materials[J].JournalofMetalstableandNanocrystalline Materials，1999（2）：437-442.

[2]王成.400MPa级超级钢激光焊接及其焊接性研究[D].北京：清华大学，2002.

[4]王成.400 MPa级超级钢激光焊接及其焊接性研究[D].北京：清华大学，2002.

[5]徐春华.800MPa超细晶粒钢焊接接头组织和性能控制[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009.

[6]谷诤巍，张正林，李欣，等.超高强度钢与微合金钢点焊接头的组织与性能[J].吉林大学报：工学版，2009，39（3）：624-627.

Microstructure and property of spot welded joint of 800 MPa grade ultra-fine grain steel

DONG Wen，JIANG Qiuyue，LI Xiaodong，WANG Yi
（Department of Electrical and Mechanical，Changchun Institute of Technology，Changchun 130021，China）

Focused on the relaxation-precipitation-controlled phase transition process to produce ultra-fine grain steel 800 MPa for the study，using a reasonable specification spot.Observed macroscopic morphology and microstructure of welding joints，analyzed the microstructure changes in the laws of the welding thermal cycle effects;measured the hardness profile welding joint.The results show that,spot weld welding quality is good,no welding defects，to meet the needs of the practical production;because welding thermal cycles，spot welding joints of grain growth is inevitable，welded joints contains carbon martensite，bainite，ferrite and other organizations; spot weld hardness is higher than the parent metal structure,basic no softening phenomenon.

800 MPa grade ultrafine steel；resistance welding；microstructure；mechanical properties

TG457.19

A

1001－2303（2016）02－0034-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.02.07

2015－04－21；

2015－07－10

董文（1967—），女，辽宁锦州人，高级实验师，学士，主要从事金属材料及热处理的研究工作。

[3]刘吉斌.RPC超细组织钢的焊接物理冶金研究[D].武汉：华中科技大学，2005.10.7666/d.d009966.