新型980MPa高强钢焊接接头异常断裂行为及增韧机理研究

本申请将针对新型980MPa高强深海结构用钢焊接接头异常断裂行为及增韧机理中出现的三个科学问题进行研究：(1)、在室温到-50℃，焊接接头热影响区中冲击韧性最低值出现在900℃加热的细晶区，1320℃加热的粗晶区韧性最好，而在低温下1320℃和900℃两种温度加热的试件的韧性发生逆转，重点分析这个异常现象的机理及在低温和室温下两个区韧性发生逆转的本质原因。(2)、该钢焊接接头热影响区具有很高的强韧综合性能的增韧机理，重点研究残留奥氏体的韧化作用。（3）、研究这种钢焊接接头的薄弱环节在哪个区？并研究焊接规范对其影响以及薄弱环节对整个接头性能的影响，从而建立薄弱环节与整体焊接接头性能之间的相关规律。本课题研究980MPa高强深海结构用钢焊接接头断裂的异常行为及增韧机理，具有重要的理论价值，这种钢焊接接头薄弱环节的确定和性能的改善对保证国防深海结构的安全性具有重要的实用价值。

通过拉伸、冲击试验，结合相应的组织观察、断面观察以及必要的有限元计算，对高强钢母材热影响区性能反常现象的机理、接头薄弱环节比例对接头性能的影响以及决定性能差异的内在机理进行了详细研究，解决了项目申请书中提出的三个科学问题。研究表明：(1)焊接热模拟试件细晶区冲击韧性低于粗晶区韧性的原因在于：1320℃加热后快冷的粗晶区虽然组织粗大但没有粗大的碳化物析出、杂质相及脆性相少，存在大量富残余奥氏体的M-A组元，大孔洞周围变形量小不足以生成小孔洞，因此小韧窝受抑制，断裂要等到大韧窝融合才发生。加热到900℃后快冷的细晶区中碳成分不均匀，由板条贝氏体和部分孪晶马氏体组成、塑性差，并可能由于部分碳化物未熔入致使大韧窝发育不全，即在发育到一定大小时其周围的塑变已诱发小韧窝。韧窝多数小而浅，只有少数较大的韧窝，断裂是由大韧窝间产生了大量小韧窝相互连接而造成的，这就使细晶区在断裂时吸收的能量较少，冲击功较小。(2)980MPa高强钢焊接接头中焊缝金属尤其原始焊缝金属为整个焊接接头最薄弱的区域。焊缝所占比例对焊接接头的影响：MAG焊原始焊缝性能差，断口主要是准解理，其缺口尖端韧带上焊缝比例越大韧性越低，当其比例>20％时焊接接头韧性影响较严重。TIG焊焊缝性能较好，缺口尖端韧带上焊缝比例对接头性能影响不大。(3)含8%Ni钢及其焊缝金属解理断裂的临界事件是贝氏体团尺寸的裂纹穿过团界进入相邻的贝氏体团。贝氏体团的尺寸控制着解理断裂和低温冲击韧性。在解理断裂过程中，贝氏体团中的大角度晶界可在断口表面形成撕裂脊，并对裂纹扩展产生一定的阻力，然而大角度晶界并不是解理断裂的决定性因素。

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