Page 19 - 理化检验-物理分册2024年第七期

王 月，等：焊接热输入对1 000 MPa级马氏体钢焊接接头组织和性能的影响

将一部分焊接接头打磨掉余高，并将其加工成 不同焊接热输入下的硬度测试结果。由图 1 可知：
拉伸试样，对试样进行拉伸试验，每个试样做3组试 MS1000钢焊接接头由焊缝区、粗晶区、细晶区、临
验，并计算平均值。采用截线法结合nano measure软 界区及亚临界区组成，母材的平均硬度为362 HV；
件测量断口韧窝尺寸。将另一部分焊接接头打磨掉 与母材相比，不同位置热影响区均发生了一定的软
余高，并分别在焊缝区、粗晶区、细晶区、临界区及 化现象；不同焊接热输入下，焊缝及热影响区硬度变
亚临界区开V形缺口，并制成尺寸（长度×宽度× 化趋势一致；粗晶区硬度最高，为332~364 HV；亚
厚度）为 55 mm×10 mm×1.8 mm的冲击试样，对 临界区硬度略低于粗晶区，为311~352 HV，由高温
试样进行冲击试验，每个试样做3组试验，并计算平 至低温区硬度逐渐升高；临界区硬度继续降低，为
均值。 285~300 HV；细晶区硬度最低，为 271~281 HV，
软化现象最严重；焊缝区硬度略高于细晶区，为
2 试验结果 276~284 HV。随着焊接热输入的增大，焊缝区、临
2.1 焊接接头宏观形貌及硬度分布 界区及亚临界区硬度略有降低，粗晶区和细晶区的
图1为典型MS1000钢焊接接头的宏观形貌及 硬度略有升高。

图 1 典型 MS1000 钢焊接接头的宏观形貌及不同焊接热输入下的硬度测试结果
2.2 焊接接头的微观形貌 细晶区峰值温度大于A c3 ，组织变成单一的奥氏体
MS1000钢焊接接头的SEM形貌如图2所示。由 相，高温停留时间较短，原奥氏体晶粒尺寸较小，因
图2可知： 与传统马氏体钢不同，MS1000钢组织中除马 此高温时小尺寸奥氏体晶粒倾向于转变成铁素体。
氏体外，含有质量分数约为15.6%的铁素体，分布于马 MS1000钢厚度较薄，焊后冷却速率较大，在铁素体
氏体之间，马氏体的平均尺寸约为10 μm，铁素体的平 转变温度区间停留时间较短，加之MS1000钢中锰
均尺寸约为3 μm；不同焊接热输入的焊缝及热影响区 元素含量较高，淬透性大，使得未转变完成的原奥氏
组织具有一致性，亚临界区组织为马氏体+铁素体+ 体大部分转变成马氏体，少量来不及转变的组织保
贝氏体；临界区组织为马氏体+铁素体+贝氏体+ 留至室温，形成马奥岛。与细晶区类似，粗晶区峰值
马奥岛；细晶区组织为马氏体+铁素体+马奥岛；粗 温度高于A c3 ，组织变成单一的奥氏体相，但其高温
晶区组织主要为马氏体，伴随极少量贝氏体；焊缝 停留时间延长，晶粒明显长大。粗化的奥氏体晶粒
区组织为针状铁素体+贝氏体+铁素体，晶粒尺寸 倾向于向低温组织转变，使得粗晶区中组织以马氏
细小。 体为主，导致粗晶区硬度高。在焊接过程中，焊丝熔
亚临界区与MS1000钢相比，马氏体含量减少， 化形成熔池，MS1000钢和焊缝区合金元素相互扩
这是亚临界区硬度降低的主要原因。临界区与亚临 散。在冷却过程中，少量奥氏体转变成铁素体和贝
界区相比，铁素体含量增加及马氏体含量降低，这 氏体，大部分奥氏转变为针状铁素体，原因是焊缝中
是临界区硬度进一步降低的主要原因，临界区峰值 形成了含有铝、钛、锰等元素的氧、硫复合非金属夹
温度介于A c1 和A c3 之间，MS1000 钢中部分马氏体 杂物，与铁素体错配度小，诱导晶内铁素体形核。非
转变为奥氏体，冷却过程中形成铁素体、贝氏体和 金属夹杂物诱导生成的晶内铁素体晶界上可生长出
马氏体，未来得及转变的组织以马奥岛的形式存在。 新的晶内铁素体，使焊缝组织更加细化。
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