0 序 言
国家海洋工程向大型化的方向发展，设计和建造所需要的钢板厚度和规格越来越大，焊接结构的尺寸也随之增大.为了提高生产效率，高热输入焊接技术应运而生[1-2]，常用的焊接方法如埋弧焊、气电立焊和电渣焊，已成为现代焊接结构制造领域中应用最为广泛的高效焊接技术.
在高热输入焊接条件下，焊接热影响区的峰值温度较一般的焊接工艺高，高温停留时间和冷却时间较一般的焊接工艺长，组织和性能的变化更为复杂，其焊接热影响区晶粒粗大及脆化问题尤为突出，进而导致韧性急剧恶化[3-4]. 李静等人[5]对高热输入焊接用TiNbV微合金钢进行了研究，发现模拟焊接热影响区组织由粒状贝氏体、铁素体和珠光体组成，M-A组元的尺寸和形态对冲击韧性有较大影响；宋峰雨等人[6]对低碳钢热影响区组织进行了研究，发现在高热输入焊接条件下，奥氏体晶粒粗大，冷却过程中奥氏体晶界处形成粗大的魏氏组织，严重恶化接头性能；徐学利等人[7]研究了热循环参数对TiNbV微合金钢组织的影响，结果表明，当焊接热循环参数较小时，焊接热影响区的组织中贝氏体类型主要为下贝氏体，当焊接热循环参数较大时，贝氏体类型主要为粒状贝氏体. 其它不同钢材的焊接热影响区演变规律的结果也表明了铁素体、贝氏体和珠光体的不同形态对冲击韧性等宏观力学性能的影响[8-10].
目前关于高热输入焊接条件下TiNb微合金钢热影响区粗晶区组织和冲击韧性的对应关系规律，已有研究结果尚不能给出指导，因此，文中对不同热循环参数(峰值温度、高温停留时间和t8/5冷却时间)对焊接热影响区粗晶区组织和性能的影响进行研究，从而指导高热输入焊接用钢的焊接工艺设计.
1 试验方法
试验用钢为实验室冶炼轧制的低碳微合金钢，其化学成分及力学性能分别见表1和表2.
芬顿氧化技术的影响因素主要为pH值、Fe2+、H2O2投加量及投加方式。普通的芬顿氧化技术中双氧水加药方式为单点投加，而这种加药方式在双氧水投加初期系统会产生大量羟基自由基，过多的羟基自由基不能完全与废水中有机污染物发生反应，导致芬顿试剂产生的部分羟基自由基被无效消耗，最终导致双氧水利用率下降以及降低预处理效果。本文主要研究多点投加芬顿氧化技术最佳反应条件和多点投加方式的优化(包括投加位点及投加量)。
将试验用钢加工为 105 mm × 10 mm × 10 mm的热模拟试样，在Gleeble-1500热模拟试验机上进行模拟焊接热影响区试验，热模拟试验用不同热循环参数如表3所示. ①不同峰值温度(Tmax)试验：加热速度为500 ℃/s，峰值温度分别为1 250，1 300，1 350和 1 400 ℃，高温停留时间为 0.2 s，t8/5为200 s. ②不同高温停留时间(th)试验：加热速度为500 ℃/s，峰值温度为1 300 ℃，高温停留时间分别为 0.2，1，10，20 s，t8/5为 200 s. ③不同冷却时间(t8/5)试验，加热速度为500 ℃/s，峰值温度为1 300 ℃，高温停留时间为 1 s，t8/5分别为 120，200，300和 400 s.
今年，全球最薄的三问腕表震撼问世。Octo Finissimo三问碳纤维腕表以黑色为主色调，重新演绎经典魅力，彰显动人力量、尖端科技以及神秘魅惑。
北极地区自然资源丰富，据HIS Energy 公司公布的调查数据，现已发现的北极油气储量约占世界已探明原油储量的25%。[7]随着全球气温升高，北极地区将转变为全球最具价值的自然资源开采区，油气开发迎来一个井喷期。
表1 试验用钢化学成分(质量分数，%)
Table 1 Chemical composition of the steel plate
C Si Mn P S Ni Nb Als Ti N 0.079 0.2 1.45 0.003 6 0.001 5 0.16 0.021 0.018 0.016 0.005 6
表2 试验用钢力学性能
Table 2 Mechanical properties of the steel plate
上屈服强度ReH/MPa抗拉强度Rm/MPa断后伸长率A(%)-40 ℃冲击吸收能量AKV2/J 435 522 28 310
表3 焊接热模拟用热循环参数
Table 3 Parameters of thermal circles in the simulated welding
编号 峰值温度Tmax/℃ 高温停留时间t/s t8/5/s 1 1 250 0.2 200 2 1 300 0.2 200 3 1 350 0.2 200 4 1 400 0.2 200 5 1 300 1 200 6 1 300 10 200 7 1 300 20 200 8 1 300 1 120 9 1 300 1 300 10 1 300 1 400
将试验后的热模拟试样加工成15 mm ×10 mm × 10 mm的金相试样，试样经 180，200及500号金相砂纸打磨后进行抛光，用4%硝酸酒精溶液腐蚀10 s，使用型号为VHX-1000E金相显微镜观察其微观组织形貌，图1为母材的原始组织，大部分为铁素体组织，有轧制痕迹.将试验后的热模拟试样加工成55 mm × 10 mm × 10 mm的冲击试样，使用型号为JBDW-300D的冲击试验机，按GB/T 229-标准对热模拟后的冲击试样进行-40 ℃的冲击性能检验，每组参数重复三次，并在扫描电子显微镜下观察其断口形貌.
图1 母材金相组织形貌
Fig. 1 Microstructure of the base metal
2 试验结果与分析
2.1 焊接热循环参数对模拟焊接热影响区组织的影响
2.1.1 峰值温度对模拟焊接热影响区组织的影响
图2是经不同峰值温度热循环后焊接热影响粗晶区的组织形貌.从图2a可以看出，当峰值温度为1 250 ℃时，冷却转变后的组织为铁素体和珠光体.当峰值温度为1 300 ℃时，组织主要为多边形铁素体和珠光体(图2b)，与峰值温度为1 250 ℃时相比，珠光体的含量有所减少，开始出现少量的贝氏体和一定量的针状铁素体，且组织不均匀.当峰值温度为1 350 ℃时，贝氏体含量明显增加，铁素体含量增多，只有少量的珠光体，组织更加粗大
(图2c).当峰值温度为1 400 ℃时，模拟焊接热影响区组织粗大，冷却转变后的组织为粗大的先共析铁素体和贝氏体板条(图2d)，且组织分布不均匀.因此可以看出，当峰值温度大于1 350 ℃时，组织明显粗大，且分布不均匀，峰值温度低于1 300 ℃时，组织相对细小且均匀.
2.1.2 高温停留时间对模拟焊接热影响区组织的影响
图3是不同高温停留时间热循环后焊接热影响粗晶区的组织形貌.从图3a中可以看出，高温停留时间为0.2 s时，冷却转变后的组织主要为多边形铁素体，有少量贝氏体和珠光体，组织相对细小但并不均匀.高温停留时间为1 s时，组织与高温停留时间为0.2 s并无太大差别，贝氏体含量有所增加，出现针状铁素体，且组织不均匀(图3b).高温停留时间为10 s时，冷却转变后的组织以多边形铁素体为主，贝氏体含量明显降低，铁素体晶粒明显长大，组织较为均匀(图3c).当高温停留时间增加到20 s时，冷却转变后的组织为多边形铁素体，且组织较为粗大但很均匀(图3d). 因此随着高温停留时间的延长，贝氏体和珠光体含量有所降低，组织会发生粗化.
10月24日，博若莱葡萄酒行业协会（Inter Beaujolais）于东莞万达文华酒店举办大师班，特邀产区宣传大使齐绍仁从葡萄种植、酿酒工艺等方面带领葡萄酒行业专业人士深入了解博若莱产区。借此机会，产区行业协会还进一步推介了以消费场景为导向的新型发展战略 ——“博若莱的新时代”（Beaujolais Nouvelle Génération）。近百名葡萄酒进口商、经销商及当地主流媒体参加了活动。
图2 不同峰值温度模拟焊接热影响区的组织形貌
Fig. 2 Microstructures of simulated welding HAZ with different peak temperatures
图3 不同高温停留时间模拟焊接热影响区的组织形貌
Fig. 3 Microstructures of simulated welding HAZ with different high temperature holding time
2.1.3 冷却速度对模拟焊接热影响区组织的影响
图4是不同冷却时间t8/5(从800 ～ 500 ℃的冷却时间)条件下焊接热影响粗晶区组织形貌. 由图4a ～ 4d可以看出，随着t8/5时间的延长，即冷却速度变慢，模拟焊接热影响区的组织由贝氏体向铁素体和珠光体演变. t8/5时间为120 s时，模拟焊接热影响区的组织主要为贝氏体，还有少量的多边形铁素体(图4a).大量贝氏体板条的存在会有利于裂纹的扩展，进而降低焊接热影响区的韧性.与t8/5时间为120 s相比，t8/5时间为200 s时，贝氏体含量有所减少，并出现大量的针状铁素体(图4b).针状铁素体的出现，能有效的阻止裂纹的扩展，可提高焊接热影响区的韧性.当t8/5时间为300 s时，模拟焊接热影响区的组织为多边形铁素体，且晶粒尺寸较大(图4c).当t8/5时间进一步增加到400 s时，模拟焊接热影响区的组织主要为多边形铁素体，还存在少量的珠光体，且晶粒尺寸较大(图4d).由此可见随着t8/5时间的增加，冷却速度减慢会造成粗晶区晶粒长大，组织也由贝氏体为主逐渐转变为以铁素体和珠光体为主.
图4 不同冷却时间模拟焊接热影响区的组织形貌
Fig. 4 Microstructures of simulated welding HAZ with different cooling time
2.2 焊接热循环参数对焊接热影响粗晶区韧性的影响
图5所示为不同焊接热循环参数下模拟焊接热影响区冲击性能的测试结果.分析图5及金相组织可以得出，影响焊接热影响区韧性的组织因素有两个：组织类型以及晶粒尺寸. 随着峰值温度的升高，冷却转变后的组织从以铁素体为主变为以贝氏体为主，晶粒尺寸也随着峰值温度的升高而急剧增大. 当峰值温度为1 250 ℃时，晶粒较为细小，冲击韧性较好.当峰值温度为1 300 ℃时，与1 250 ℃时相比，晶粒尺寸变化不大，组织上开始出现少量的针状铁素体，冲击韧性达到最优. 当峰值温度达到1 350 ℃以上时，组织以贝氏体板条为主，且组织明显粗大，冲击韧性较差.高温停留时间为0.2 s和1 s时，组织以多边形铁素体为主，且晶粒较为细小，冲击韧性较好. 当高温停留时间延长到10 s以上时，虽然组织中贝氏体板条的含量有所降低，但晶粒尺寸明显增大，组织明显粗化，冲击韧性急剧降低.当t8/5时间为120 s时，模拟焊接热影响区的组织主要为贝氏体板条，不利于提高焊接热影响区的冲击韧性.
“哦，原来是这样！”老头搓了搓冻得通红的下巴，客气地说，“我姓张，是蜡像馆的管理员。蜡像馆只在每周五开门，你们不知道吗？”
图5 不同焊接热循环参数下的冲击性能
Fig. 5 Impact properties with different welding thermal circle parameters
当t8/5时间为200 s时，冷却转变后的组织出现大量的针状铁素体且晶粒较为细小，冲击韧性最优.当t8/5时间为300 s时，铁素体含量进一步增加，贝氏体几乎完全消失，但是由于热输入较大，晶粒尺寸较为粗大，冲击韧性较低.随着t8/5时间的进一步延长，由于铁素体组织形态变化不大，冲击韧性基本不变.
图6 不同焊接热循环参数下冲击试件的断口形貌
Fig. 6 Impact fracture morphology with different welding thermal circle parameters
图6是-40 ℃下冲击试样断口形貌. 峰值温度为1 300 ℃时，其宏观断口的启裂区较大，而且断口处发生了明显的颈缩，而峰值温度为1 400 ℃时，启裂区非常小，而且断口处几乎没有发生颈缩.从微观断口的角度分析，峰值温度为1 300 ℃时(图6b)，断口有很多韧窝组成，这说明经历峰值温度为1 300 ℃的热循环后，试验用钢依然保持良好的韧性.而当峰值温度为1 400 ℃时(图6d)，断口形貌为少量韧窝和具有河流花样的解理面，表明韧性相对较差，发生脆性断裂.
对比高温停留时间为1 s条件下和10 s条件下的宏观断口形貌(图6e，6g)，高温停留时间为1 s时，其宏观断口的启裂区较大，大约占整个断面的一半左右，而且断口处发生了明显的颈缩，而高温停留时间为10 s时，整个断面几乎同时扩展，而且断口处几乎没有发生颈缩.从微观断口的角度分析，高温停留时间为1 s (图6f)，断口有很多细小的韧窝组成，因此韧性良好.而当高温停留时间为10 s时(图6h)，断口形貌为少量韧窝和具有河流花样的解理面，表明韧性相对较差.
3 结 论
(1) 焊接热循环峰值温度低于1 300 ℃时，粗晶区组织以铁素体和珠光体为主，组织较为细化.峰值温度继续提高，组织中珠光体和铁素体的含量明显减少，贝氏体的含量增多且板条出现粗大化，这是导致冲击韧性较低的主要原因.
(2) 焊接热循环高温停留时间延长，粗晶区中贝氏体和珠光体含量降低.高温停留时间大于10 s时，粗晶区组织出现大量多边形铁素体，对韧性不利.峰值温度为1 300 ℃，高温停留时间为1 s时，组织中存在大量针状铁素体，韧性较佳.
(3) 焊接热循环t8/5时间延长，粗晶区中贝氏体含量降低，铁素体和珠光体含量增加，且组织出现粗化趋势.当t8/5为200 s时，组织中出现大量针状铁素体，对韧性有利.
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参考文献：
[1]廖建国. 大线能量焊接用厚钢板的发展[J]. 宽厚板, 2002, 8(2):44 - 48.Liao Jianguo. Development in structural steel plates for high-heat input welding[J]. Lenient Plate, 2002, 8(2): 44 - 48.
[2]习小军, 赖朝彬, 吴春红, 等. 大线能量焊接船板钢的研究现状与发展[J]. 有色金属科学与工程, , 7(5): 56 - 59.Xi Xiaojun, Lai Chaobin, Wu Chunhong, et al. Research situation and development of ship plate steel by high heat input welding[J].Nonferrous Metals Science and Engineering, , 7(5): 56 - 59.
[3]Bonnevie E, Ferrière G, Ikhlef A, et al. Morphological aspects of martensite-austenite constituents in intercritical and coarse grain heat affected zones of structural steels[J]. Material Science Engineering: A, , 385(1-2): 352 - 358.
[4]Zhang L, Kannengiesser T. Austenite grain growth and microstructure control in simulated heat affected zones of microalloyed HSLA steel[J]. Materials Science & Engineering A, , 613:326 - 335.
[5]李 静, 王 华, 曲圣昱, 等. 焊接热循环参数对大线能量焊接用钢EH40热影响区组织和性能的影响[J]. 北京科技大学学报, , 34(7): 788 - 792.Li Jing, Wang Hua, Qu Shengyu, et al. Effect of welding thermal cycle parameters on the microstructure and propertise in the heat affected zone of steel EH40 for high heat input welding[J]. Journal of University of Science and Technology Beijing, , 34(7):788 - 792.
[6]宋峰雨, 李艳梅, 王 平, 等. 大热输入焊接接头组织性能研究[J]. 内蒙古工业大学学报, , 36(1): 6 - 9.Song Fengyu, Li Yanmei, Wang Ping, et al. Study on micostructure properties of welded joints with high heat input welding[J].Journal of Inner Monuolia University of Technology, , 36(1):6 - 9.
[7]徐学利, 辛希贤, 石 凯, 等. 焊接热循环对X80管线钢粗晶区韧性和组织的影响[J]. 焊接学报, , 26(8): 69 - 72.Xu Xueli, Xin Xixian, Shi Kai. Influence of welding thermal cycle on toughness and microstructure in grain-coarsening region of X80 pipeline steel[J]. Transaction of the China Welding Institute,, 26(8): 69 - 72.
[8]胡传顺, 顾玉熹. 热循环峰值温度对HQ100钢热影响区组织和性能的影响[J]. 金属热处理, 1999, 11: 11 - 13.Hu Chuanshun, Gu Yuxi. Effect of thermal cycle peak temperature on microstructure and properties of heat affected zone of HQ100 Steel[J]. Metal Heat Treatment, 1999, 11: 11 - 13.
[9]Zhang L P, Davis C L, Strang W M. Effect of TiN particles and microstructures on fracture toughness in simulated heat-affectedzones of a structural steel[J]. Metallurgical and Material Transactions, 1999, 30A(8): 2089 - 2096.
[10]赵 琳, 张旭东, 陈武柱. 800MPa级低合金钢焊接热影响区韧性的研究[J]. 金属学报, , 41(4): 392 - 393.Zhao Lin, Zhang Xudong, Chen Wuzhu. Toughness of heat-affected zone of 800 MPa grade low alloy steel[J]. Acta Metallurgica Sinica, , 41(4): 392 - 393.
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