Mn含量對大熱輸入藥芯焊絲焊縫組織及力學(xué)性能的影響

楊立鋒，王勇，宋峰雨

（1.齊齊哈爾工程學(xué)院材料成型與控制工程教研室，黑龍江 齊齊哈爾 161005；2.東北大學(xué)材料電磁過程研究教育部重點實驗室，遼寧 沈陽 110819）

Mn含量對大熱輸入藥芯焊絲焊縫組織及力學(xué)性能的影響

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

楊立鋒1，王勇1，宋峰雨2

（1.齊齊哈爾工程學(xué)院材料成型與控制工程教研室，黑龍江 齊齊哈爾 161005；2.東北大學(xué)材料電磁過程研究教育部重點實驗室，遼寧 沈陽 110819）

制備了三種不同Mn含量的藥芯焊絲，通過實驗室大熱輸入焊接試驗，研究分析了Mn含量對大熱輸入焊縫金屬組織與力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：1.85%Mn添加的焊縫金屬A1在熱輸入85 KJ·cm的焊接條件下，焊縫金屬中形成大量含有貧Mn的復(fù)合夾雜物，在此復(fù)合夾雜物上誘導(dǎo)生成大量交叉互鎖的針狀鐵素體組織，是使A1焊縫具有較高沖擊韌性的主要原因；針狀鐵素體組織比例減少，以及M—A組元和貝氏體等硬質(zhì)相的相繼出現(xiàn)，是焊縫金屬沖擊韌性顯著降低的主要原因。

大熱輸入；焊縫金屬；針狀鐵素體

1 實驗材料及方法

試驗用藥芯焊絲采用RAL實驗室的藥芯焊絲成型機組制備，3種藥芯焊絲直徑均為1.6 mm；焊接試板選用厚20 mmQ235鋼板加工成100 mm（寬）×500 mm（長）試板后開V型坡口，坡口角度為17°，試板化學(xué)成分如表1所示。焊接方法采用單道次垂直氣電立焊，焊接保護(hù)氣采用20% CO2+80%Ar混合氣體，具體焊接工藝參數(shù)見表1。所得三種焊縫金屬的化學(xué)成分見表2。

采用金相顯微鏡（OM）對焊縫金屬組織進(jìn)行觀察，并用JSM—6490掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜儀（EDS）觀察晶內(nèi)鐵素體形貌，并對夾雜物的化學(xué)組成及分布狀態(tài)進(jìn)行觀測分析。

表1 Q235鋼板化學(xué)成分（mass%）及焊接工藝參數(shù)

表2 焊縫金屬的化學(xué)成分（mass%）

2 實驗結(jié)果

制備好的大熱輸入藥芯焊絲焊接試板3種藥芯焊絲焊接試板焊道均勻，焊縫表面熔渣少，表現(xiàn)出良好的焊接工藝性能。本研究所試制的3種藥芯焊絲在表1所示的大熱輸入焊接條件下，焊縫金屬的沖擊韌性都達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)Akv 0 ℃＞47 J的要求，其中A1試樣焊縫金屬沖擊功達(dá)到最高的122 J，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所要求的水平，而屈服強度達(dá)到475 MPa、抗拉強度達(dá)到575 MPa，說明本研究所試制的A1號藥芯焊絲完全滿足Q460 MPa以下級別相關(guān)鋼種的大熱輸入焊接。

由三種成分試件的焊縫金屬微觀組織照片可以看出，焊縫金屬A1的組織主要為微細(xì)的針狀鐵素體（AF），AF呈放射狀分布，各夾雜物間的AF彼此交叉互鎖；A2試樣的微觀組織由少量的針狀鐵素體（AF）和M—A組元混合組成；Mn含量最低的A3號焊縫金屬組織中，針狀鐵素體（AF）的數(shù)量極少，其基體組織主要由粒狀貝氏體和板條狀貝氏體構(gòu)成，這種組織抵抗裂紋傳播和擴展的能力極差，因此A3號試樣的沖擊韌性最低也是由其焊縫金屬的微觀組織所決定的。

3 結(jié)果分析與討論

利用電子探針對大熱輸入焊接A1號試樣焊縫金屬中形成AF的夾雜物形貌及能譜分析，在夾雜物周圍形成了多個向四周發(fā)散的AF。

為進(jìn)一步探明夾雜物元素的分布規(guī)律，對夾雜物內(nèi)部和表面進(jìn)行點掃描分析。結(jié)果顯示，所含元素一致，但元素含量不同，夾雜物內(nèi)部Mn含量為14.19%，表面Mn含量為5.11%，可以判斷Mn元素集中分布在夾雜物內(nèi)部，而在夾雜物表層分布較少，由此在該夾雜物周圍形成了貧Mn區(qū)，由于Mn元素作為奧氏體穩(wěn)定元素，在缺少Mn的夾雜物表面上Ar3溫度升高、鐵素體相變驅(qū)動力增加，促進(jìn)了AF在該夾雜物表面上的形核與長大；A2號焊縫金屬中AF數(shù)量減少，在該夾雜物周圍并沒有形成AF，對該夾雜物進(jìn)行面掃和點掃描分析后發(fā)現(xiàn)，Mn含量在兩處分布分別為7.34%和7.93%，沒有出現(xiàn)貧Mn區(qū)，相變驅(qū)動力不足，沒能誘發(fā)AF形成，而是形成了AF和M—A 組元的復(fù)相組織，M—A組元的出現(xiàn)是導(dǎo)致A2焊縫金屬沖擊韌性急劇降低的主要原因。對于Mn含量最低的焊縫金屬A3，能夠形成貧Mn區(qū)的夾雜物更少，幾乎找不到AF組織，在鐵素體相變的溫度區(qū)間內(nèi)，引起焊縫金屬A3整體相變驅(qū)動力不足，只能轉(zhuǎn)移到相變溫度更低的貝氏體區(qū)相變，因此形成大量脆化的貝氏體組織［4］，貝氏體組織的生成是導(dǎo)致A3焊縫金屬沖擊韌性進(jìn)一步降低的主要原因。

4 結(jié)論

（1）1.85%Mn添加的焊縫金屬A1，在85 KJ/cm的大熱輸入焊接條件下，焊縫金屬中形成大量含有貧Mn區(qū)的復(fù)合夾雜物，該夾雜物能夠提高鐵素體相變驅(qū)動力，并在此夾雜物上誘導(dǎo)生成大量交叉互鎖的針狀鐵素體組織是焊縫金屬A1具有較高沖擊韌性的主要原因。

（2）隨著焊縫金屬中Mn含量的降低，焊縫金屬中形成含有貧Mn區(qū)的夾雜物數(shù)量減少，針狀鐵素體組織比例減少，焊縫金屬沖擊韌性顯著降低。

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（P-01）

Lehigh技術(shù)公司開發(fā)出改進(jìn)聚合物載荷的微細(xì)化橡膠粉末

來自廢橡膠的微細(xì)化橡膠粉末（MRP ）一般以3%～5%（w）的添加量應(yīng)用于新乘用車輪胎。新近，由Lehigh技術(shù)公司利用一種用于部分脫硫和官能化的MRP，可使新輪胎容許的廢橡膠的MRP添加量最高達(dá)10%（w）。該新工藝涉及專利的化學(xué)輔助研磨工藝，部分地“打開”該橡膠的聚合物結(jié)構(gòu)，并增加了化學(xué)功能性，能夠在新輪胎制造中加到純橡膠中改善硫化交聯(lián)。相對于非官能化的MRP，來自該工藝的MRP改進(jìn)了“加工性能”，并為添加MRP的輪胎提供所要求的物理和動力學(xué)性能。除了用于塑料注射成型市場，以及作為橡膠改性瀝青的組分用于道路建設(shè)之外，Lehigh公司的MRP在輪胎市場的使用量也在逐漸增加。

（燕豐供稿）

TG457

1009-797X（2016）04-0049-02

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10.13520/j.cnki.rpte.2016.04.019

楊立鋒（1986-），男，碩士研究生，畢業(yè)于內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，教師，研究方向為稀土材料。

2015-12-26