高强度低合金钢埋弧焊缝成分和显微组织分布特征

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高强度低合金钢(简称HSLA钢)，主要是通过铁水预处理、转炉精炼、钢包冶金和连铸等多步冶金新技术和控轧控冷(TMCP)轧制方法得到，具有超洁净度、超均匀性和超细晶粒组织的特点。由于TMCP工艺在不添加过多合金元素而使钢材达到高强度和高韧性，基本上是通过控轧细化奥氏体晶粒和导入加工应变之后的控冷组合起来的相变组织控制和相变组织细化而实现的，因此节约了有限的合金元素资源。HSLA钢的焊接一直受到广泛的关注，其中埋弧焊接主要采用的是低碳或超低碳的中、低合金焊丝，相比较普通碳钢用的埋弧焊接材料，HSLA钢焊缝区域性能出现的差异更大。本文以X80管线钢埋弧缝为例，分析其焊缝区的成分和显微组织不均匀性特征，以期对HSLA钢埋弧焊接材料的开发研究提供理论和实验依据。

实验用X80管线钢板和埋弧焊用焊丝成分见表1，钢板厚度为10mm，焊丝规格为Φ4.0mm。埋弧焊用焊剂为碱性烧结焊剂SJ101-G。采用双面焊接，正面焊完后反面清根埋弧焊接。焊接工艺参数为：焊接电流450~480A，电弧电压30~32V，热输入2kJ/mm。
表1 X80 管线钢和匹配焊丝的化学成分(质量分数,%)

C	Si	Mn	Nb	V	Ti	B	Cu	Ni	Mo	Ce	Al
钢板	0.06	0.24	1.57	0.04	0.01	0.013	0.0006	0.045	0.14	0.29	-	-
焊丝	0.04	0.30	1.85	-	-	0.015	0.0012	0.19	1.10	0.14	0.13	0.05

高强度低合金钢埋弧焊缝区的不均匀性特征为：自熔合区(熔池边缘)至焊缝中心，焊缝金属由柱状先共析铁素体、粒状贝氏体逐渐转变为针状铁素体；Ce、Ti、Al等合金元素在焊缝中心存在较大程度的偏析，Mn、Ni元素在整个焊缝区的不均匀性程度较小。由于焊缝考虑的是整体性能，因此提高焊缝的力学性能需要改善熔合区的显微组织结构。根据试验结果得出启示，仅仅添加Ce、Ti、Al等难以提高熔合区附近的焊缝强韧性，而适量增加焊缝内成分波动较小的Mn、Ni元素含量，控制熔合区组织相变温度，以此避免出现高温铁素体而生成粒状贝氏体，这也是提高焊缝整体强韧性的一种选择。