超低碳贝氏体钢焊接接头组织的微观力学性能与EBSD分析

论文摘要

通过组织超细化可以使钢铁材料同时获得高的强度和优良的韧性,但超细组织在焊接条件下的粗化可能降低超细组织钢的性能。本文对采用驰豫-析出-控制相变工艺TMCP（Thermomechanical Control Process）-RPC （Relaxation-Precipitation-Controlled Transformation）生产的新型超细组织钢进行了焊接接头微观组织的表征及Electron Back Scattered Diffraction （EBSD）分析和微观力学性能的研究。利用光学显微镜,扫描电子显微镜对RPC超细组织钢的焊接接头进行观察与分析。焊接接头主要分为:焊缝,熔合区,粗晶区,细晶区和不完全重结晶区。焊缝组织为针状铁素体,熔合区主要为贝氏体组织,粗晶区主要为板条贝氏体束,由相互平行的贝氏体板条构成。细晶区主要为多边形铁素体和贝氏体组织。不完全重结晶区主要为重结晶的细小铁素体晶粒与原母材的微细贝氏体板条混合组织。对焊接接头组织进行扫描电子显微镜观察和能谱分析的结果表明,焊缝区域针状铁素体以夹杂物为核心多维形核呈放射状生长。研究认为,该夹杂物主要是以Al2O3为核心形成的钛氧化物,以钛复合氧化物为核心形成铁素体。可能由于夹杂物中存在阳离子空位,使Mn通过阳离子空位扩散进入Ti2O3夹杂,或者由于溶质元素在夹杂物和铁素体中溶解度有差异,形成Mn溶质贫乏区,促进晶内铁素体形核。利用EBSD对焊接接头组织进行晶体学取向研究的结果发现,焊缝针状铁素体晶粒取向并不完全随机分布,在某些晶体学方向上存在取向择优。各针状铁素体之间呈大角度晶界。从同一夹杂物上长出的针状铁素体,观察到沿同一方向背向生长的针状铁素体具有相同取向。粗晶区原奥氏体晶粒内从晶界向晶内有多个方向生长的板条贝氏体束,沿某一方向生长的板条贝氏体束具有明显的优势。生长方向不同的贝氏体束之间呈大角度晶界。粗晶区针状铁素体能有效分割原奥氏体晶粒,从而促进晶粒细化。观察到部分贝氏体与其邻近的针状铁素体板条取向相同或相近,本文认为,这些贝氏体可能以铁素体板条为基体在铁素体板条界面形核。利用维氏硬度仪和纳米硬度测定仪对焊接接头组织进行了微观力学性能的测定。整体看来,维氏硬度值与纳米硬度随组织变化具有一致性。焊缝针状铁素体硬度最高,焊接热影响区粗晶区硬度最低。对于焊接热影响区粗晶区,由于晶粒粗化以及母材的一些强化途径在焊接热过程中受到削弱或消失,导致硬度降低。细晶区由细小的多边形铁素体组成,硬度较低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 钢铁材料的组织超细化研究概述
• 1.1.1 RPC 超细组织钢的组织超细化机制
• 1.1.2 RPC 超细组织钢的化学成分设计与组织特征
• 1.1.3 RPC 超细组织钢的强化机制与性能特征
• 1.2 超细组织钢的焊接研究进展
• 1.2.1 RPC 超细组织钢焊接热影响区奥氏体晶粒长大动力学研究
• 1.2.2 RPC 超细组织钢焊接热影响区韧性特征及其影响因素
• 1.2.3 氧化物冶金对焊接热影响区韧性的影响研究
• 1.3 EBSD 分析方法概述
• 1.3.1 EBSD 分析技术的基本原理
• 1.3.2 EBSD 分析技术在材料科学研究中的应用
• 1.4 纳米硬度测量原理与方法概述
• 1.4.1 纳米硬度测量概述
• 1.4.2 压痕测试计算原理
• 1.5 前人研究的主要成果
• 1.6 本课题的研究目的、意义和主要研究内容
• 第二章 实验材料与实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 气体保护焊实验
• 2.2.2 焊接接头组织观察与分析
• 2.2.3 焊接接头组织的EBSD 分析
• 2.2.4 维氏硬度测试实验
• 2.2.5 纳米硬度测试实验
• 第三章 RPC 超细组织钢焊接接头组织观察与分析
• 3.1 RPC 超细组织钢焊接热影响区CCT 曲线测定
• 3.2 RPC 超细组织钢焊接接头光学显微组织特征
• 3.3 RPC 超细组织钢焊接接头扫描电镜组织特征
• 3.4 RPC 超细组织钢焊缝区场发射扫描电镜组织特征与能谱分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 RPC 超细组织钢的焊接接头组织的EBSD 分析
• 4.1 焊缝组织针状铁素体的EBSD 实验结果与讨论
• 4.2 焊接热影响区粗晶区EBSD 的实验结果与讨论
• 4.3 针状铁素体晶粒取向并不完全随机分布
• 4.4 焊接接头组织的晶粒细化机制
• 4.5 本章小结
• 第五章 RPC 超细组织钢焊接接头组织微观力学性能的测定与分析
• 5.1 前言
• 5.2 显微硬度实验结果
• 5.3 纳米硬度测量实验结果
• 5.4 实验结果分析与讨论
• 5.4.1 维氏硬度值与纳米硬度随组织变化的一致性
• 5.4.2 焊接接头组织微观力学性能与组织形成的关系
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文结论
• 致谢
• 在学研究成果
• 参考文献