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A517Q改進(jìn)型齒條鋼是目前海洋鉆井平臺(tái)樁腿建造中常用的鋼種,且在建造的過程中需要大量的焊接工序。由于海洋平臺(tái)惡性的工作環(huán)境,齒條鋼焊接接頭不僅要具有較高的承載能力及強(qiáng)度,更重要是要能夠在深海環(huán)境中,保證良好的低溫韌性,以確保鉆井平臺(tái)的安全運(yùn)行。本文以178mm大厚度齒條鋼A517Q改進(jìn)型齒條鋼為研究對(duì)象,由于試驗(yàn)鋼中大量合金元素的加入,使試驗(yàn)鋼具有較高的淬硬傾向,在焊接過程中極易形成淬硬的馬氏體。日前,對(duì)A517Gr.Q改進(jìn)型齒條鋼焊接熱影響區(qū)綜合的組縱分析和力學(xué)性能研究還不夠全面。因此,本研究課題主要針對(duì)不同焊接熱循環(huán)下,對(duì)A517Q焊接HAZ顯微組織與力學(xué)性能的變化及關(guān)系進(jìn)行探究。具體研究內(nèi)容如下:
(1)在 Gleeble-3500熱/力模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行物理模擬,獲得單次熱循環(huán)和二次熱循環(huán)下的焊接HAz各亞區(qū)的物理模擬試樣,并采用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和X射線衍射儀(XRD)等觀察分析不同焊接HAZ亞區(qū)的微觀組織形貌。
(2)對(duì)A517Q齒條鋼焊接熱影響區(qū)各亞區(qū)顯的硬度、示波沖擊韌性進(jìn)行測定并對(duì)其斷裂行為進(jìn)行分析,明確A517Q齒條鋼在不同焊接熱循下焊接熱影響區(qū)力學(xué)性能特點(diǎn)。
(3)為了從微觀層面解釋A517Q齒條鋼焊接熱影響區(qū)各亞區(qū)力學(xué)性能特征,對(duì)斷口側(cè)面形貌進(jìn)行觀察,結(jié)合沖擊載荷-位移曲線,從裂紋的形核與擴(kuò)展兩個(gè)方面綜合分析焊接熱影區(qū)亞區(qū)脆化和韌化行為特征。
試驗(yàn)用鋼為178 mm的690 MPa低合金高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼(ASTM A517Gr.Q)厚板。調(diào)質(zhì)工藝為~900℃ (3h)淬火+~610℃ (5 h)回火處理。于板厚1/4位置進(jìn)行取樣后,利用直讀光譜儀對(duì)母材的化學(xué)成分進(jìn)行測試,結(jié)果如表2-1所示。圖2-1為A517Q齒條鋼的顯微組織,在這些合金元素的基礎(chǔ)上,經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后,母材的基體組織以貝氏體組織為主,這種貝氏體組織是保證齒條鋼具有良好強(qiáng)韌性的基本原因。圖中原奧氏體晶界(PAGB)依稀可見,晶粒尺寸在45~50 um之間,顯微品粒度級(jí)別為6級(jí)。
圖2-2為A517Q的常溫拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理,試驗(yàn)鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、屈強(qiáng)比和延伸率如表2-2所示??梢钥闯?,試驗(yàn)鋼具有足夠的強(qiáng)韌性,屈服強(qiáng)度達(dá)到782 MPa,-40℃的沖擊吸收能力達(dá)到108 J。但是由于A517Q齒條鋼中 Nb、Ti、V等合金碳化物析出強(qiáng)化及貝氏體相變強(qiáng)化作用使基體過分強(qiáng)化,導(dǎo)致試驗(yàn)鋼在拉伸試驗(yàn)中強(qiáng)度增長較快,最終表現(xiàn)為屈強(qiáng)比增大,應(yīng)變硬化指數(shù)下降。在實(shí)際工程應(yīng)用中,這種高屈強(qiáng)比的鋼種對(duì)焊接過程的要求非常嚴(yán)格,以保證結(jié)構(gòu)的安全性。
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