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Q390高强度厚钢板焊接技术研究与应用（科学技术奖申报）.pdf简介：

对于"Q390高强度厚钢板焊接技术研究与应用（科学技术奖申报）.pdf"，这是一个关于高强度厚钢板焊接技术的研究与应用的申报材料。Q390是一种高强度钢材，常用于大型工程建设中，如桥梁、船舶、大型机械设备等，其强度高、韧性好，对焊接技术的要求也非常高。

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1. 研究背景：介绍高强度厚钢板在当前工程中的重要性，以及焊接技术对其性能和结构安全的影响。

2. 研究内容：可能包括Q390钢的焊接特性研究、焊接工艺优化、焊接接头设计、焊接质量控制等方面的技术研究。

3. 研究方法：描述了采用的实验方法、数值模拟和理论分析等手段，以解决Q390钢焊接过程中的技术难题。

4. 研究成果：可能包括新型焊接工艺、焊接参数优化、焊接接头性能提升等方面的具体成果。

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Q390高强度厚钢板焊接技术研究与应用（科学技术奖申报）.pdf部分内容预览：

焊接过程中所使用保护气体的不同，会对熔敷金属的扩散氢含量产生影响，具体 见表311，

表3.11不同保护气体下焊丝扩散含量（ml/100g）

第四节Q390钢焊接热影响区热模拟研究

1.1.2焊接热模拟试验

《有色金属冶炼工程建设项目设计文件编制标准 GB/T51023-2014》（1）焊接热模拟试样规格

图4.1试验前热模拟试样

图4.2试验后热模拟试样

4.1.3组织转变测定

如图4.4所示的膨胀曲线，当试样由温度T开始冷时，由于热胀冷缩循，试样随温 度下降呈线性收缩（图中oa段），到温度Ta后，由于发生了相变，破坏了全膨胀量与温 度间的线性关系，使膨胀曲线发生转折，到温度T时，如果没有相变的影响，膨胀曲线 应到达oa的延长线A，由于相变的影响，膨胀曲线通过C点，显然线段AC是由相变 引起试样长度的变化，到温度T时，相变结束，线段AB为相变结束时由于相变而弓引起 的长度变化。 假定相变量直接与相变的体积效应成正比，也考虑到新相与母相间的膨胀系数不 同，则在温度T时，形成新相的百分数，可按杠杆定律求得，即：

AC 18 ×Q% AB

在图中（b）的情况下，即转变发生在两个温度范围，假定高温区转变和中温区转 变的体积效应相同，则各区转变的相对量可按下式求得，即：

AB XQ% (AB+EF) EF a中 ×Q% (AB+EF)

式（2）、（3）中： AB、EF一通过转变温度范围的中点C和G作横坐标的垂线与膨胀曲线两相邻直线部分 延长线交点间的线段； 6 Q%一为两个温度范围内的总转变量。

4.1.4组织分析与硬度测定

图4.5测定平衡临界温度的膨胀曲线

根据图4.6，可以得知该钢焊接热影响区金属在连续冷却转变的条件下组织的变化 过程及得到的室温组织和硬度。故只需知道实际焊接过程中的冷却速度或者冷却时间 （从Ac3冷却到500℃的时间)，将其与临界冷却速度或者临界冷却时间（Cz²、C、Cp 。）相比较，即可得知该冷却速度下的室温组织和硬化倾向。根据图4.6分析如下： 当t8/5>300s时，在焊接热影响区熔合线附近可全部得到珠光体和铁素体组织；其显

微硬度小于249； 当60s

表4.4不同冷速下的相变区间

由表4.3和图4.7可知，当120s

图4.7t8/5与显微硬度关系图

低合金钢15MnV允许的热影响区最高硬度为400，故由表4.3可知，t8/5为15S时， 显微硬度为381；t8/5为10S时，显微硬度为428。所以当冷却时间t8/5<15S时，有冷裂 倾向，焊接时需采取焊前预热及焊后热处理等措施。

4.2.3奥氏体转变温度（Ts、Tf）研究

如图4.8a)~f)所示，随着冷却速度的增加，转变开始温度Ts逐渐下降，当冷却速 度为0.5℃/S时，转变开始温度为690℃；当冷却速度增大到20℃/S时，转变开始温度 降低到497℃；在最快冷却速度120℃/S下，奥氏体转变开始温度已经降低到了375℃。 转变结束温度也有着相同的变化趋势，随着冷却速度的增加，转变结束温度T也逐渐下 降，当冷却速度为0.5℃/S时，转变结束温度为507℃；在20℃/S的冷却速度下，转变 结束温度为314℃；在120℃/S的冷却速度下，转变结束温度为259℃/S。 上图4.8f）只发生马氏体相变这一种相变，其余均在Ts和Tr的温度区间内发生了 两到三种相变过程。如图8a)所对应的试样发生了珠光体转变和铁素体转变两种相变， 其中Ts为铁素体相变的开始时间，T为珠光体相变的结束时间，图4.8b)相变类型与图 8a)相同，图4.8c)发生了铁素体相变、珠光体相变、贝氏体相变、马氏体相变四类相变 过程，而膨胀曲线只显示了铁素体开始相变点和马氏体结束相变点，其它相变未引起膨 胀曲线的显著变化，这些膨胀点的确定只能结合金相法和杠杆法来综合评定，图4.8d) 图4.8e)均只发生了贝氏体相变、马氏体相变两种相变， 图4.9a)为转变开始温度和冷却速度的关系图，由图可知，在不同的冷却速度下，奥 氏体转变开始温度不同，而且随着冷却速度的增加JB∕T 10763-2014 土方机械用刀片技术条件，转变开始温度下降，并且下降趋势 越来越缓慢，冷却速度在[0，50]℃/S的冷却区间内，转变开始温度T。随冷却速度的增 加下降较快；而在[50，120]℃/S的冷却区间内，转变开始温度T。随冷却速度的增加变 化较小，甚至随着冷却速度的增加，转变开始温度出现上升现象。图4.9b）为转变结束 温度T与冷却速度关系图，由图可知，转变结束温度T随着冷却速度的增加与图4.9a) 有着相同的变化趋势。不同的是，在[0，20]℃/S的较低冷却速度条件下，转变结束温度 T随着冷却速度的增加，降低的更为迅速

Ts、Tf与冷却速度关系

4.2.4焊接热模拟奥氏体转变量研究

根据各试样对应的膨胀曲线， 用不 法测定冷过程中不同温度的奥氏体转 ，绘制成奥氏体转变量一温度曲线，如图4.10a)、图4.10b)所示。

由图4.10a)、图4.10b)可知，不同冷却速度对应的奥氏体转变量一温度曲线均呈反 “S"形，这意味着在相变开始阶段和相变临近结束阶段，奥氏体转变相对缓慢，而在相 变发生的中间区域（奥氏体转变量大约为30%~70%阶段），奥氏体转变速度增加且较稳 定。各试样的转变开始温度和转变结束温度都随着冷却速度的增加而减小，这与前面的 论述是相一致的。 图4.11a)、b)、c)奥氏体转变量一时间曲线均呈“S"形，由此可知在奥氏体相变开 始阶段和相变临近结束阶段，相变耗费时间较长，相变速度较小，而在相变中间区域， 耗费时间相对较短，相变进行平稳。由图可知随着冷却速度的增加，奥氏体转变时间依 次为：195S（1℃/S）、65S（2.5℃/S）、32S（5℃/S）、23S（8℃/S）、20S（12℃/S），11S （20℃/S）、6.5S（30℃/S），因此随着冷却速度的增加，相变速度越快，相变所需时间 越少。图11d)由于冷却速度较大，奥氏体转变成马氏体的速度很快，转变在几秒内完成， 故奥氏体转变量与时间接近线性关系，转变速度稳定

无论是图4.10a)、图4.10b)的反“S”形曲线，还是图4.11a)、图4.11b)、图4.11c) 所示“S”形曲线，均有在转变开始阶段和转变结束阶段的转变速率低，转变时间长； 而在转变中间区域的转变速率高，转变时间短的特点。从这些图中，可以看出相变共分 为三个阶段，相变开始阶段为第一阶段，此阶段新相的晶核形成较少，生长较缓慢，故 相变速率低；随着时间的延长，温度在此过程中不断降低，进入第二阶段，此阶段已形 该新相不断长大，并且新的晶核不断形成，相变速度可以达到最大值；第三阶段已形成 的新相在生长过程中不断碰撞，生长速度随之缓慢下降，直至停止。

4.2.5模拟焊接热影响区组织分析

图4.12不同冷速下钢的金相显微组织

a)0.2℃/S;b)TC/S;c)5C7S;d)12℃/S;e)20℃/S;f) 50C7S; g) T20C/S; 在0.2℃/S的冷却速度条件下，由于冷却速度较小，奥氏体发生分解的过冷度很小， 过冷奥氏体有充足的时间进行扩散分解，得到铁素体+珠光体的平衡组织。其具体分解 过程是GB∕T 17299-1998 土方机械 最小入口尺寸，在该冷却条件下，过冷奥氏体首先转变为先共析铁素体，随着剩余奥氏体中含 碳量不断增加，当达到共析点含碳量时，则发生珠光体转变。该过程结束后，得到组织 为等轴晶粒和少量变形晶粒组成铁素体+珠光体交替带，具体见图4.12a)。由图可知， 珠光体带依然较清晰，但对比该钢母材组织(研究内容一图1)的带状碳化物可知，碳发 生了一定程度上的扩散。通过图4.12b)对比，可发现先共析铁素体的析出数量随着冷却 速度的增加而较少，该图对应的冷却速度(1℃/S)时的组织为晶界铁素体、珠光体及针状 铁素体。晶界铁素体萌生于原奥氏体晶粒边界，珠光体存在于晶界铁素体的边界之间， 少量针状铁素体在晶内分布。针状铁素体通常是在低合金钢冷却过程中形成的一种组 织，又被称为超低碳贝氏体，其二维特征呈现针状，并具有片状截面的特征。与图4.12a 在图4.12b)的冷速下得到的珠光体的尺寸较小，数量也较少，这是由于1℃/S的冷却速 度虽然也较小，但仍然不能满足形成大块状珠光体时所需要的扩散条件。 与图4.12a)、图4.12b)不同的是，图4.12c)铁素体和珠光体含量下降，并且出现了 贝氏体组织，这是由于当冷却速度增加时，碳原子尚可进行扩散，但阻碍了一部分铁 原子的扩散，奥氏体便转变成了贝氏体这种中间相组织。由于贝氏体形成温度范围宽， 钢的化学成分对组织形态的影响复杂，使得贝氏体的组织形态多样化。由图可知5℃/S 的冷却速度对应的组织为上贝氏体和下贝氏体的混合组织，其中上贝氏体含量较大。 图4.12d)对应的组织类型为贝氏体和铁素体。其中贝氏体同样为上贝氏体和下贝氏 体的混合组织，但下贝氏体含量较图4.12c)有所增加，如图所示下贝氏体呈黑色针状