800MPa级高强钢焊缝金属热处理组织与性能分析

李睿

摘  要：在高强结构钢焊接过程中，为了保障强韧性，在焊后需要采取热处理措施，优化焊缝金属的性能。为了保障高强钢产品的质量，优化整体使用性能，本文分析了800MPa级高强钢焊缝金属热处理组织与性能，根据试验可以确定焊缝金属焊态组织主要包括贝氏体和马氏体以及奥氏体组织，而利用调制热处理措施之后将会改变焊缝组织的成分，逐渐增加回火问题之后，焊缝中的奥氏体将会越来越少，同时析出长大马氏体中的碳化物，并且会呈现出球化趋势。升高回火温度之后，焊缝部位的强度逐渐降低，但是会提高整体结构的韧性。

关键词：800MPa级;高强钢焊缝;金属热处理组织;性能分析

800MPa级高强钢具有较高的强度和韧性的优势，因此在各个工程中广泛利用，在使用800MPa级高强钢的过程中，焊缝部位承受较大的荷载，需要引起相关工作人员的重视。在实际生产过程中，需要根据实际情况合理选择焊接加工技术，保障整体焊接加工质量，因此提高整体钢结构的质量。确定焊接结构性能的过程中，需要分析分析材料的韧性和强度等，进一步提高800MPa级高强钢结构焊接接头的韧性，提高产品的质量，并且保障产品构件使用过程中的安全性。

当前在钢结构生产过程中广泛利用调质热处理措施，但是利用这一措施将会增加焊接热循环的负面影响，导致热影响区存在软化和脆化等问题，通常情况下钢结构具有较高的强度级别，将会反应出显著的软化作用。解决这一问题，一方面在焊后避免利用热处理措施，而在焊接过程中，需要采取有效的措施避免传输热量。另一方面在焊后开展调质热处理，及时将应力消除，而且可以优化显微组织和整体性能。

一、试验材料和工艺

在试验过程中选用10Ni5CrMoV，主要组织为回火索氏体。在焊接过程中利用熔化气体保护焊，在焊接过程中利用全自动焊机。焊接材料选用实心焊丝。保护气体为Ar和CO2，控制气体流量在22L/min范围内，控制层间温度在120～130℃，焊接速度控制在28cm/min，控制焊接热输出在15kJ/cm范围内[1]。

选用的焊接接头调制热处理参数为920℃，在持续保温3h之后利用水淬火，选用的回火温度分别是560℃、580℃、600℃、620℃，在保温2h之后空冷到室温。为了精确性的分析处理结果，工作人员可以利用显微镜观察焊缝组织变化情况，利用3%的硝酸酒精作为侵蚀剂。利用拉伸试验机根据国家标准开展拉伸试验。利用自动冲击试验机根据国家标准组织冲击试验。在冲击试验过程中，母材和焊缝的试验温度是不同的，而试验温度直接关系到试验结果的客观性，在母材冲击试验过程中利用-20℃的温度，在焊缝冲击试验中选用-50℃的温度。

二、试验结果和分析

（一）显微组织

焊缝金属焊态组织主要包括贝氏体组织，焊缝金属化学成分包括C、Si、Mn等。降低钢中C元素含量到0.05%范围内之后，这种钢在高温奥氏体化之后，在冷却过程中不会发生两相分解情况，可以直接转变过冷奥氏体为不同形态的铁元素，同时会产生少量的奥氏体。在超低碳环境中，因为碳含量比较低，因此突出钢中的贝氏体组织的特殊性，在试验过程中因为含碳量属于超低碳标准，需要开展金相分析和透射电镜分析等，焊缝组织主要包括板条状的贝氏体和下贝氏体以及M-A组元等。

利用920℃的温度持续淬火三个小时，这时焊缝金属组织成分发生改变，其中包括板条马氏体和部分奥氏体等。因为回火温度非常高，而且经历较长的保温时间，大幅度降低了位错密度。不断提高回火温度之后，焊缝中马氏碳化物将会被析出，并且会不断长大，呈现出球化趋势。但是还有没有分解的参与奥氏体。M-A组元在焊态焊缝中占据较大的比例，利用调质热处理措施之后，焊缝中部分M-A组元将会逐渐分解，但是并不會彻底去除，因此在焊缝中仍旧存在一些M-A组元。提高回火温度之后，将会减少焊缝中的M-A组元的数量，同时会增加碳化物数量[2]。

（二）力学性能

为了提高焊缝结构的韧性和强度等，需要优化协调调质态的焊缝组织，对比调质态焊缝，提高回火温度之后，将会降低服务强度和抗拉强度。升高调质热处理回火温度之后，将会降低硬度，同时会降低焊缝金属的硬度。升高回火温度的过程中，马氏体碳化物会因此析出，有效控制错误密度。此外焊缝组织碳化物球化和M-A组元分解等也关系到产品的质量，关系到整体结构的硬度和强度等。

下图是焊态和调质态焊缝低温冲击试验的结果。逐渐提高回火温度之后，焊缝结构的抗冲击能力因此提高。例如回火温度为560℃，断口为解理，这时为最低韧性。如果回火温度是580℃，断口为解理和韧窝，整体韧性比较低。如果回火温度是600℃，断口包含韧窝和好部分解理，整体韧性比较高。当回火温度是620℃，断口呈现出韧窝状，整体韧性非常高。综上所述，在判断阶段可以结合焊缝断口的形态，可以将焊缝冲击吸收功变化趋势反映出来。虽然分解奥氏体将会降低焊缝韧性，但是析出并且长大回火马氏体中碳化物，并且进一步分解M-A组元，将会提高焊缝低温韧性。因此随着回火温度提高，将会随之提高调制处理态焊缝的韧性[3]。

结束语：

通过上文分析，可以确定800MPa级高强钢焊缝金属焊态组织是板条状的贝氏体和下贝氏体以及少量的粒状贝氏体混合物。经过调质之后，焊缝组织主要包括高温回火马氏体。不断提高回火温度之后，将会析出并且长大焊缝金属中碳化物。而且会减少参与奥氏体和M-A组元含量。升高回火温度之后，将会降低调制态焊缝的强度，升高回火温度之后将会提高韧性，出现这一情况是因为降低了板条错位密度，同时分解了M-A组元。升高回火温度之后，将会逐渐降低调制态焊缝的硬度，这是因为析出了组织中的碳化物，同时降低了错位密度。

参考文献：

[1]张天理，武雯，于航，林三宝，栗卓新.合金元素对高强钢焊缝金属贝氏体形成及力学性能影响的研究进展[J].中国机械工程，2021，32（14）： 1743-1756.

[2]蔡正洪，殷学成，方芳.乌东德水电站蜗壳800 MPa级高强钢焊缝的无损检测[J].西北水电，2021（02）：64-67.

[3]官春平.Ni对600 MPa级高强钢焊缝组织和性能的影响[J].电焊机，2017，47（11）：120-124.