X100 鋼級(jí)埋弧焊管焊縫局部拉伸強(qiáng)度和延性研究

0 前 言

熱影響區(qū)（HAZ） 的熱循環(huán)會(huì)降低鋼管的性能。 因?yàn)闊嵊绊憛^(qū)可能會(huì)發(fā)生脆化或軟化， 所以通常被認(rèn)為是焊接接頭的關(guān)鍵區(qū)域。 單道焊縫的熱影響區(qū)可分為粗晶熱影響區(qū) （CGHAZ）、 細(xì)晶熱影響區(qū) （FGHAZ）、 臨界熱影響區(qū) （ICHAZ）和亞臨界熱影響區(qū) （SCHAZ）。 單道焊不能滿足大壁厚鋼管的焊接， 需要采用多道焊。 多道焊會(huì)導(dǎo)致焊道HAZ 的再加熱， 從而通過(guò)二次熱循環(huán)改變前次焊道HAZ 的組織。

基于應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)的管線鋼管， 通過(guò)大變形能力來(lái)防止管道破裂。 研究表明， 有效利用馬氏體-奧氏體 （M-A） 可以被認(rèn)為是開(kāi)發(fā)高性能材料的有效方法。 較高比例的M-A 會(huì)提高抗拉強(qiáng)度。 但是， M-A 會(huì)惡化X80 鋼管的熔化極氣體保護(hù)焊 （GMAW） 接頭熱影響區(qū)的延性。 另外， 焊接接頭試樣潛在的回火循環(huán)通過(guò)將有害的M-A 分解， 使拉伸斷裂位置從熱影響區(qū)移至母材， 從而導(dǎo)致強(qiáng)度和延性大幅提高。 延性的初期降低歸因于M-A /鐵素體界面處的孔洞形成。 較高比例的M-A 會(huì)提高應(yīng)變硬化能力與焊縫強(qiáng)度。

上述研究主要考慮了拉伸試驗(yàn)期間的整體延性。 但是， 在拉伸變形過(guò)程中， 局部出現(xiàn)變形， 并且在斷裂位置發(fā)生了明顯的局部應(yīng)變。局部應(yīng)變分布與整體應(yīng)變有很大的不同。 為了研究X100 鋼級(jí)的管道在焊接過(guò)程中第2 焊道與前兩道焊道重疊區(qū)試樣的局部和整體延性的差異。 通過(guò)對(duì)比橫向焊縫試樣， 分析了其斷裂行為及M-A 對(duì)局部拉伸性能的影響。 M-A 對(duì)強(qiáng)度、 延性和加工硬化的影響是研究的關(guān)鍵，并且結(jié)合了顯微組織表征、 硬度試驗(yàn)、 拉伸試驗(yàn)中的應(yīng)變分布圖， 分析焊后及再加熱后熱影響區(qū)的性能。

1 試驗(yàn)材料和過(guò)程

本研究采用X100 鋼級(jí)Φ914 mm×19 mm 雙面埋弧焊焊管。 埋弧焊的典型熱量輸入為1.8～2.8 kJ/mm。 使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法分析了X100 鋼管的母材化學(xué)成分， 結(jié)果見(jiàn)表1。試樣經(jīng)拋光后使用2%的硝酸酒精溶液浸蝕以觀察母材和HAZ 的顯微組織， 經(jīng)LePera 浸蝕劑浸蝕后觀察M-A 組織。 使用Olympus BX51 顯微鏡觀察顯微組織， 使用Zeiss LEO 掃描電子顯微鏡 （SEM） 表征M-A 內(nèi)部組織的細(xì)節(jié)， 并使用Photoshop 6 對(duì)M-A 面積分?jǐn)?shù)進(jìn)行定量分析。 試樣顯微組織和晶粒尺寸的測(cè)量方法如圖1 所示。圖1 （b） 中產(chǎn)生的圖像用于計(jì)算M-A 的面積分?jǐn)?shù)和平均尺寸 （如圖1 （c） 所示測(cè)量長(zhǎng)度和寬度平均值）。 采用截線法計(jì)算M-A 的間距。 對(duì)母材、 焊道2 熱影響區(qū)和焊道重疊區(qū)熱影響區(qū)進(jìn)行XRD 分析， 以研究每個(gè)位置的相分?jǐn)?shù)。 通過(guò)使用精密切割機(jī)切成小段來(lái)隔開(kāi)這兩個(gè)區(qū)域， 并使用面積分?jǐn)?shù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)。 使用JEOL 9500F 系統(tǒng)進(jìn)行包括俄歇電子能譜 （AES） 在內(nèi)的SEM 分析， 以繪制M-A 中的碳分布和斷裂表面上的顆粒分布圖。 采用波長(zhǎng)色散光譜法（WDS） 測(cè)量M-A 的碳含量。 維氏顯微硬度測(cè)試載荷為300 g， 停留時(shí)間為15 s， 以得到整個(gè)焊縫區(qū)域的硬度分布圖， 得出5 次試驗(yàn)的平均硬度值。 對(duì)單個(gè)M-A 區(qū)域進(jìn)行2 000 μN(yùn) 載荷的納米壓痕硬度試驗(yàn)， 隨后拍攝每個(gè)壓痕的SEM 圖像，以確認(rèn)和識(shí)別每個(gè)特定位置的M-A。

從焊道2 以及埋弧焊縫壁厚中部附近的焊道重疊區(qū)域取樣， 共加工6 個(gè)橫向焊縫拉伸試樣（每組3 個(gè)）。 焊道2 代表單熱循環(huán)HAZ 區(qū)域， 而重疊區(qū)試樣包含了焊道1 和焊道2 的再加熱區(qū)域以及單熱循環(huán)HAZ 區(qū)域。 拉伸試樣為小尺寸板狀試樣， 取自鋼管周向， 試樣總長(zhǎng)度87 mm、 標(biāo)距長(zhǎng)度25 mm、 標(biāo)距寬度6 mm、厚度1 mm。 X100 鋼級(jí)埋弧焊管焊縫宏觀形貌如圖2 所示。 焊縫的宏觀照片如圖2 （a） 所示， 圖2 （b） 中給出了單熱循環(huán)和重疊熱循環(huán)的HAZ 區(qū)域的示意圖及拉伸試樣在焊縫中的位置。 在室溫下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)， 使用DIC 系統(tǒng)監(jiān)控應(yīng)變。 為了研究拉伸試樣的斷裂面和未斷裂面的應(yīng)變行為， 在焊道2 和重疊區(qū)試樣上進(jìn)行中斷拉伸試驗(yàn)。 在試樣上仔細(xì)標(biāo)記HAZ區(qū)域， 并監(jiān)控每個(gè)區(qū)域的應(yīng)變。 進(jìn)行X 射線斷層掃描以確定孔洞位置并觀察孔洞聚合， 最小分辨率為2.3 μm。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 顯微組織

3.3.1 孔洞成核

在這一大背景下，國(guó)家及時(shí)出臺(tái)了一系列治水興水政策。從2011年中央發(fā)布1號(hào)文件到黨的十八大會(huì)議將生態(tài)文明建設(shè)放到突出位置以來(lái)，一系列文件明確提出要將水生態(tài)保護(hù)擺在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展全局中更加重要的地位。作為生態(tài)文明建設(shè)的重要一環(huán)，加快、加強(qiáng)水生態(tài)文明建設(shè)的重要性不言而喻。

2.2 硬度分布

整個(gè)壁厚測(cè)得的的母材硬度平均為247HV

±12.5HV

。 焊道1、 焊道2 和焊道重疊的熱影響區(qū)和焊縫區(qū)域的硬度分布如圖3 所示。焊道2 的焊縫硬度低于焊道1 或重疊的熱影響區(qū)。圖4 所示為焊道2 和焊道重疊的熱影響區(qū)距熔合線不同距離的顯微組織。 從圖4 可以看出， 焊道重疊的熱影響區(qū)的顯微組織比焊道2 更細(xì)小。

共產(chǎn)黨人最講認(rèn)真，重要一方面就在于認(rèn)真謀劃全局和總結(jié)提高，這是支部書記職責(zé)的重要組成部分。知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)際工作相結(jié)合，學(xué)以致用、相互促進(jìn)，有助于不斷提高全局謀劃的科學(xué)化水平。在實(shí)際工作中，做事“公平公正”，做到“明察秋毫”，實(shí)現(xiàn)管理“用賢勿力”，力避“用力勞傷”，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，汲取教訓(xùn)，增強(qiáng)把握全局的能力，提高工作效率和工作水平。

王婆什么觀察力也失去了！不自覺(jué)地退縮在趙三的背后，就連那永久帶著笑臉，常來(lái)王婆家搜查的日本官長(zhǎng)，她也不認(rèn)識(shí)了。臨走時(shí)那人向王婆說(shuō)“再見(jiàn)”，她直直遲疑著而不回答一聲。

對(duì)于局部應(yīng)變， 母材、 焊道2 試樣及重疊區(qū)試樣在斷裂位置的局部應(yīng)變分別為45%、 35%及33%。 盡管重疊區(qū)HAZ 整體應(yīng)變較高， 但其FGHAZ 在斷裂位置的實(shí)際應(yīng)變小于焊道2 的FGHAZ。 但是， 重疊區(qū)FGHAZ 中整體應(yīng)變較高的原因與焊縫另一側(cè) （未斷裂） 的應(yīng)變?cè)黾佑嘘P(guān)， 重疊區(qū)未斷裂側(cè)FGHAZ 的應(yīng)變值始終比焊道2 的FGHAZ 高1.7%， 最大為4.0%。

2.3 M-A 的納米壓痕

母材中M-A 的硬度值為4.90 GPa±1.04 GPa。與熔合線相距1.30 mm 時(shí)， 重疊區(qū)FGHAZ 的M-A的硬度為5.83 GPa±1.16 GPa， 而焊道2 的HAZ 的FGHAZ 的M-A 的硬度為7.17 GPa±1.07 GPa。 在距熔合線1.30 mm 處， 焊道2 的FGHAZ 中M-A比重疊區(qū)FGHAZ 中的M-A 硬度高， 表明后者的含碳量較低。 使用WDS 確定距離熔合線1.30 mm處M-A 中碳含量， 結(jié)果表明， 焊道2 的FGHAZ中M-A 的w（C）=0.099%～0.181%， 重疊區(qū)FGHAZ 中M-A 的w（C）=0.073%～0.083%。 焊道2 的FGHAZ 中的鐵素體w（C）=0.07%， 重疊區(qū)FGHAZ 鐵素體的含碳量相同。

2.4 拉伸試驗(yàn)

母材的屈服強(qiáng)度為776 MPa±2.5 MPa， 焊道2 的HAZ 試樣抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為665 MPa±6.5 MPa 和653 MPa±4 MPa， 焊道重疊區(qū)HAZ 試樣的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為712 MPa±5 MPa 和683 MPa±8.5 MPa。 母材的平均延伸率為10.0%±1.1%； 焊道2 HAZ 和焊道重疊區(qū)HAZ 試樣的延伸率分別為4.8%±0.5%和5.7%±0.2%。

各主要變量的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，被調(diào)查農(nóng)戶參保意愿的均值為3.33，農(nóng)戶對(duì)種植業(yè)保險(xiǎn)保費(fèi)補(bǔ)貼政策認(rèn)知度的均值為2.21，鄰里是否參保的均值為0.44，農(nóng)戶對(duì)種植業(yè)保險(xiǎn)重要性評(píng)價(jià)的均值為3.07。由此可見(jiàn)，被調(diào)查農(nóng)戶的參保意愿低下，對(duì)保費(fèi)補(bǔ)貼政策的認(rèn)知度不足，鄰里參保較少，并且種植業(yè)保險(xiǎn)的重要性沒(méi)有得到農(nóng)戶的高度認(rèn)可。

焊道重疊區(qū)及焊道2 的HAZ 的拉伸試驗(yàn)結(jié)果如圖7 所示。 由圖7 （a） 可以發(fā)現(xiàn)， 母材的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度最高， 而焊道2 和重疊區(qū)試樣的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度則較低。 此外， 重疊區(qū)試樣的強(qiáng)度和延伸率高于焊道2 試樣。 重疊區(qū)試樣具有更均勻的應(yīng)變硬化行為， 而焊道2 可忽略不計(jì)。 拉伸試驗(yàn)的應(yīng)變-時(shí)間圖表明， 重疊區(qū)試樣比單個(gè)熱循環(huán) （焊道2） 試樣的應(yīng)變要晚， 如圖7 （b） 所示。 應(yīng)注意的是， 整體應(yīng)變還將取決于軟化的HAZ 區(qū)域的性能和寬度與拉伸試樣的標(biāo)距之間的關(guān)系， 但是與更長(zhǎng)標(biāo)距的試樣相比， 圖7 中的兩個(gè)試樣的HAZ 寬度接近。 所有的斷裂都發(fā)生在熱影響區(qū)位置， 且均為剪切斷裂。

FGHAZ 的顯微組織如圖6 所示。 經(jīng)LePera浸蝕劑浸蝕后， 距熔合線1.30 mm 處FGHAZ 的SEM 圖像如圖6 （a） 和圖6 （b） 所示。 在焊道2的FGHAZ 此距離處觀察到大量白色未回火M-A組織。 而重疊區(qū)域FGHAZ 中相同距離處的白色組織的數(shù)量則較少。 重疊區(qū)HAZ 的FGHAZ 的SEM 結(jié)果表明， 某些M-A 分布均勻且是微米級(jí)的， 如圖6 （c） 所示， 有些M-A 稍大一些， 并且組織中包含碳化物， 表明這些M-A 區(qū)域是自回火的， 如圖6 （d） 所示。 截線法測(cè)量結(jié)果顯示， 焊道2 的FGHAZ 區(qū)域中的M-A 之間的間距為5.11 μm±0.7 μm， 高于重疊區(qū)HAZ 的FGHAZ中的間距， 為4.27 μm±0.57 μm。 此外， 與重疊區(qū)HAZ 的FGHAZ 中的間距 （3.27 μm±0.46 μm）相比， 焊道2 的FGHAZ 中M-A 的最大尺寸（3.97 μm±0.56 μm） 更大。 焊道2 的FGHAZ 中M-A 的平均尺寸也大于重疊區(qū)中的FGHAZ。

對(duì)大型植物的監(jiān)測(cè)，在植被繁茂季節(jié)對(duì)溝道每1km布設(shè)1個(gè)調(diào)查點(diǎn)，如遇到生態(tài)條件突變則加測(cè)一點(diǎn)，共布設(shè)調(diào)查點(diǎn)9個(gè)。每個(gè)點(diǎn)根據(jù)實(shí)地特點(diǎn)設(shè)置 1～2個(gè) 5 m×5 m的喬灌樣方，2～3 個(gè) 1 m×1 m 草本樣方，0～2個(gè)1 m×1 m水生植物樣方。調(diào)查植物種類與數(shù)量。

焊道2 的HAZ 硬度低于重疊區(qū)HAZ （圖3）， 這可以通過(guò)晶粒尺寸、 M-A 分?jǐn)?shù)和分布的差異來(lái)解釋。 由圖5 可見(jiàn)， 焊道2 的HAZ鐵素體晶粒明顯比重疊區(qū)中的鐵素體晶粒粗大， 這導(dǎo)致前者硬度較低。 另外， 焊道2 的FGHAZ 中的M-A 分?jǐn)?shù)較低， 且M-A 的間距大于重疊區(qū)FGHAZ。 而納米壓痕結(jié)果表明， 焊道2 的FGHAZ 的M-A 硬度高于重疊區(qū)FGHAZ 的M-A 硬度。 以上分析表明， 晶粒尺寸和M-A 的離散分布對(duì)重疊區(qū)的FGHAZ 的硬度有更大的影響。

3 分析與討論

3.1 顯微組織和硬度的差異

焊道2 的FGHAZ 承受了18.5%的應(yīng)變， 在該應(yīng)變下可能會(huì)發(fā)生斷裂， 而整體應(yīng)變?yōu)?.2%。但是， 未斷裂側(cè)的FGHAZ 僅承受2.5%的應(yīng)變。相反， 重疊區(qū)FGHAZ 斷裂位置在承受4.6%的整體應(yīng)變時(shí)仍承受16.7%的局部應(yīng)變， 而其他重疊區(qū)FGHAZ 則承受8.5%的局部應(yīng)變。

3.2 強(qiáng)度和加工硬化

當(dāng)前我國(guó)研究生培養(yǎng)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的階段,研究生教育是“人才強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略的重要組成部分,為“科教興國(guó)”提供人才支撐,關(guān)系著強(qiáng)國(guó)興邦;研究生科研能力和學(xué)術(shù)水平的提升,直接關(guān)系到以創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力為中心的科技實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)[1]。對(duì)影響研究生培養(yǎng)質(zhì)量的因素進(jìn)行分析,闡明各因素的作用機(jī)理,對(duì)于科學(xué)地進(jìn)行研究生培養(yǎng)管理有著重要意義。

從重疊區(qū)HAZ 獲得的試樣比焊道2 獲得的試樣具有更高的整體屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。 除了硬度以外， 增加的位錯(cuò)相互作用可能有助于提高強(qiáng)度。 由圖5 可見(jiàn)， 與重疊區(qū)FGHAZ 相比， 焊道2 FGHAZ 中的M-A 數(shù)量更少。 有研究表明， 高密度塑性應(yīng)變發(fā)生在拉長(zhǎng)的塊狀M-A 周圍的軟相中，這可能是由于位錯(cuò)密度較高所致。 也有研究表明，M-A 可能成為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙。 重疊區(qū)FGHAZ 中M-A 的分布更均勻， 可能會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)， 從而提高了該區(qū)域的強(qiáng)度。 由于焊道2 的FGHAZ 中M-A 的間距較大， 因此位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)更容易。

除硬度外， 應(yīng)變硬化的增加可能有助于提高重疊區(qū)HAZ 的強(qiáng)度。 根據(jù)圖6 （d） 可知， 重疊區(qū)的FGHAZ 中的M-A 已回火， 并且含有碳化物。 重疊區(qū)FGHAZ 中的碳化物可能與位錯(cuò)相互作用并增強(qiáng)應(yīng)變硬化， 從而提高強(qiáng)度。 電子背散射衍射 （EBSD） 分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)X80 鋼級(jí)焊管焊縫的熱影響區(qū)M-A 組織的含量較高， 且具有更多的回火M-A 組織， 其應(yīng)變硬化能力更強(qiáng)， 從而導(dǎo)致更高的抗拉強(qiáng)度。 在當(dāng)前的研究中， 可以觀察到重疊的試樣表現(xiàn)出應(yīng)變硬化， 而焊道2 試樣沒(méi)有表現(xiàn)出這樣的行為。 這可能是由于重疊區(qū)試樣的FGHAZ 中的M-A 和回火M-A 含量較高所致。

由于孔洞的萌生， M-A 的尺寸也會(huì)影響強(qiáng)度。 據(jù)報(bào)道， 粗顆粒先于小顆粒萌生孔洞， 并且公認(rèn)孔洞的過(guò)早形成會(huì)顯著影響拉伸強(qiáng)度。 可以發(fā)現(xiàn)， 焊道2 FGHAZ 中M-A 的平均尺寸大于重疊區(qū)的FGHAZ 中M-A 的平均尺寸。 另外， 在焊道2 FGHAZ 中， 斷裂位置處M-A 的最大尺寸大于重疊區(qū)的FGHAZ。 這意味著在焊道2 的FGHAZ 中更容易形成孔洞， 應(yīng)變硬化能力較弱，從而導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

西安地鐵2號(hào)線南稍門站已于2011年9月開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，該車站為標(biāo)準(zhǔn)的地下二層、站臺(tái)寬10 m的島式車站，未預(yù)留換乘接口。根據(jù)《西安市城市快速軌道交通建設(shè)規(guī)劃》(2012—2018)，已將2號(hào)線與5號(hào)線的換乘節(jié)點(diǎn)調(diào)整至南稍門站。

3.3 拉伸試驗(yàn)中的斷裂機(jī)理

母材的顯微組織包含鐵素體相和二次M-A相。 母材中M-A 的占比為7.6%， 其余基體為鐵素體。 從高放大倍數(shù)SEM 圖像可觀察到母材中M-A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。 焊道1 的最大HAZ 寬度為3.83～4.00 mm， 而焊道2 的HAZ 寬度為3.02～4.03 mm， 這表明兩個(gè)焊道的熱輸入相差不大。 而對(duì)于重疊的再加熱區(qū)域， HAZ 寬度為3.60 mm。同時(shí)， 焊縫的顯微組織由針狀鐵素體組成。

放療中心病人黑壓壓的一片，卻安靜得鴉雀無(wú)聲，大家都安靜地等待著。英和丈夫緊挨著坐在等候區(qū)，兩個(gè)老人并沒(méi)有過(guò)多的話。大概等了四五個(gè)小時(shí)，快到晌午了，終于輪到了英。丈夫陪英一起走進(jìn)放療室，呈現(xiàn)在他們眼前的是一個(gè)白色橢圓形龐然大物，室內(nèi)封閉而安靜。在醫(yī)生的吩咐下，丈夫攙扶著英緩慢地登了兩個(gè)臺(tái)階，踏上龐然大物，好不容易才躺臥下來(lái)。丈夫給英解開(kāi)褲子的紐扣，慢慢地給她褪去褲子。英的下半身赤裸裸地暴露在丈夫的眼前，她感覺(jué)很羞愧。

圖5 所示為距熔合線1.25 mm、 1.50 mm 和1.75 mm 的SEM 圖像。 在這些位置， 焊道2 的FGHAZ 和重疊HAZ 的FGHAZ 的顯微組織由鐵素體和M-A 的組合組成。 焊道2 的FGHAZ 所有三個(gè)位置的M-A 平均面積分?jǐn)?shù)為4.93%±0.73%， 而重疊的熱影響區(qū)距熔合線1.25～1.75 mm處的M-A 面積分?jǐn)?shù)為5.57%±0.41%。

由光學(xué)顯微鏡觀察到， 在母材、 焊道2 和重疊試樣中靠近拉伸斷裂表面的地方有大量孔洞。SEM 分析也證實(shí)拉伸試驗(yàn)后在斷裂表面附近存在孔洞。 基于三個(gè)SEM 圖像計(jì)算出孔洞的面積分?jǐn)?shù)， 其中母材、 焊道2 FGHAZ 和重疊區(qū)FGHAZ靠近斷裂位置孔洞的面積分?jǐn)?shù)分別為0.3%±0.3%、1.7%±0.2%和2.1%±1.0%， 其孔洞密度分別為0.001/μm

、 0.004/μm

和0.005/μm

。 母材、 焊道2 FGHAZ 和重疊區(qū)FGHAZ 中靠近斷裂表面的孔洞面積分?jǐn)?shù)與孔洞尺寸分布的關(guān)系如圖8 所示。 從圖8 可以觀察到， 焊道2 的母材FGHAZ 和重疊的FGHAZ 都包含明顯的?。ǎ? μm）、 中 （1～3 μm）及大 （＞3 μm） 孔洞。 所有尺寸的孔洞的占比均是母材最低。 與重疊的FGHAZ 相比， 焊道2 的FGHAZ 中的中等孔洞和較大孔洞占比更低。91%的孔洞源于M-A /鐵素體界面。

斷口掃描顯示， 所有試樣均有韌窩， 為延性斷裂。 但是， 焊道2 的FGHAZ 和重疊區(qū)FGHAZ斷裂面包含大量的大尺寸孔洞， 如圖9 所示。 還觀察到一些孔洞包含顆粒， 可能是夾雜物。 AES分析表明， 母材中顆粒表面富含碳、 硫和錳。 在斷裂表面上觀察到的顆粒上的碳含量遠(yuǎn)高于WDS 測(cè)得的M-A 區(qū)域的碳含量。

3.3.2 孔洞形成和孔洞聚合

為了研究X100 鋼級(jí)焊管母材的孔洞形成和聚合的作用， 使用DIC 應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)對(duì)拉伸試驗(yàn)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。 對(duì)整體應(yīng)變?yōu)?%、 5%、 3%和1%的母材進(jìn)行了中斷拉伸試驗(yàn)， 對(duì)應(yīng)變?yōu)?%和5%試樣斷裂位置區(qū)域進(jìn)行X 射線斷層掃描。 發(fā)現(xiàn)潛在的斷裂位置存在孔洞的聚集， 并且孔洞在聚集區(qū)聚合， 盡管還有一些分散的孔洞遠(yuǎn)離局部聚集區(qū)。 通過(guò)X 射線斷層掃描， 共識(shí)別出535 個(gè)孔洞， 孔洞的總體積分?jǐn)?shù)為0.015%， 單個(gè)體積為11.93～52 189.3 μm

。

3.4 與孔洞形成有關(guān)的整體延性和局部延性的關(guān)系

從圖7 可以看出， 重疊區(qū)試樣具有比焊道2 試樣更高的整體延性， 并且都斷裂在FGHAZ。 重疊區(qū)FGHAZ 的M-A 的硬度低于焊道2 的FGHAZ。 WDS 分析表明， 重疊區(qū)的FGHAZ中的M-A 和鐵素體的碳含量差異不大。 但是，在焊道2 的FGHAZ 中， M-A 和鐵素體的碳含量差異較大， 這在納米壓痕結(jié)果中也很明顯。焊道2 的FGHAZ 中未回火M-A 與鐵素體之間的硬度差大于重疊區(qū)的FGHAZ。 WDS 和納米壓痕結(jié)果表明， 重疊區(qū)FGHAZ 的性能與母材更加相似。

相反， 焊道2 HAZ 的應(yīng)變更局部化。 重疊區(qū)的FGHAZ 中的M-A 性能接近其周圍的基體，這可能會(huì)導(dǎo)致在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中在整個(gè)顯微組織上均勻地變形。 但是， 焊道2 的FGHAZ 中的M-A 和鐵素體基體差異較大， 更軟的鐵素體基體比較硬的M-A 更容易變形， 從而使焊道2 熱影響區(qū)的應(yīng)變?nèi)菀拙植炕?/p>

可以發(fā)現(xiàn)， 重疊區(qū)FGHAZ 比焊道2 的FGHAZ 包含更多的孔洞。 在本研究中， 觀察到重疊區(qū)試樣的FGHAZ 包含更多的M-A， 從而產(chǎn)生更多的孔洞。 另外， 重疊區(qū)FGHAZ 中的孔洞尺寸要比焊道2 的FGHAZ 中的孔洞大。 這表明，重疊區(qū)試樣的FGHAZ 中的孔洞形成和孔洞聚合更容易。 盡管重疊區(qū)試樣的整體延伸率高于焊道2 試樣， 但在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中， M-A 區(qū)域越多形成的孔洞越多， 這將導(dǎo)致重疊區(qū)試樣的局部延性降低。

4 結(jié) 論

（1） 相比埋弧焊第2 道焊道， 焊道重疊區(qū)的熱影響區(qū)表現(xiàn)出更高的屈服強(qiáng)度、 抗拉強(qiáng)度、 硬度、 應(yīng)變硬化和整體延性。

（2） 焊道2 和焊道重疊區(qū)熱影響區(qū)的斷裂均發(fā)生在FGHAZ 處。 重疊區(qū)FGHAZ 中較高的M-A分?jǐn)?shù)和較小顆粒間距促進(jìn)了彌散強(qiáng)化， 從而使該區(qū)域的強(qiáng)度更高。

（3） 盡管焊道重疊區(qū)試樣的FGHAZ 表現(xiàn)出比焊道2 FGHAZ 高的整體應(yīng)變， 但焊道重疊區(qū)試樣的FGHAZ 表現(xiàn)出比焊道2 FGHAZ 更低的局部應(yīng)變。 前者更高的M-A 分?jǐn)?shù)導(dǎo)致更大且更密的孔洞形成， 從而導(dǎo)致局部延性降低。