2.1.2HAZ淬硬......




2.1.2　HAZ淬硬性
在靠近熔合線的HAZ，奧氏體晶粒易粗化和硬化。為了減少冷裂和接頭韌性的損失，通常限制HAZ的最大硬度。如造船用結構鋼和破冰船，

其硬度限制在HV 300～350之間。為避免應力腐蝕，硬度值也被限制，如在濕的H2S環境下，管線鋼的硬度限制在HV 248。HAZ的最大硬度隨著
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冷卻時間t8/5的增加而減小。
2.1.3　HAZ的韌性和微觀組織
下貝氏體和低碳馬氏體均有較好的韌性，且下貝氏體的韌性優于低碳馬氏體，隨著冷卻時間的增加，上貝氏體的含量越來越多，韌性逐漸

降低。上貝氏體和側板條鐵素體均有很低的韌性。晶界鐵素體是冷卻時在原奧氏體晶粒邊界上析出的，且上貝氏體和側板條件鐵素體從晶界鐵

素體向晶內生長。一般把粗晶熱影響區(CGHAZ)和臨界粗晶熱影響區(IRCGHAZ)稱作“局部脆性區”(LBZ)，鐵素體中固溶的碳小于奧氏體中固

溶的碳，奧氏體分解過程中碳從相變鐵素體析出且在沒有相變的奧氏體中偏聚，這將推遲奧氏體相變且導致殘余奧氏體+高碳馬氏體(碳含量大

于1 %)的混合組織(即M-A組元)形成，當鋼在臨界點之間的溫度區域加熱時，奧氏體和鐵素體共存，將造成奧氏體中碳的偏析且導致硬化能力

增加，在冷卻時轉化為M-A組元，它對HAZ的韌性極為不利，當晶粒粗大時，更為不利，HAZ的韌性強烈依賴M-A組元的體積分數。文獻［1］報

道局部脆性區(LBZ)的影響在夏氏V型沖擊試驗中不明顯，但在熱模擬HAZ試樣的CTOD試驗中卻很明顯。此外，當焊縫采用高匹配時，也將使HAZ

的韌性損失，但與組織所引起的韌性損失相比，是很小的。
HAZ的低韌性不僅是由于M-A組元所占的體積分數所決定，也由其大的斷裂晶面尺寸所決定，因此可通過以下措施改善韌性：①可探索采用

合適的焊接工藝，以減小LBZ區的整體面積；②減小形成M-A組元的合金元素，如B、N、C元素含量；③減小Si、Al、P元素含量，可促進M-A組

元的分解；④當鋼中細小彌散的析出物在接近熔點時仍很穩定，則能有效細化HAZ中的粗大奧氏體，導致上貝氏體和側板條鐵素體的細化；⑤

由于針狀鐵素體的斷裂晶面尺寸小，韌性好，所以若添加一些細小穩定的氧化物，不僅可降低HAZ粗晶區的晶粒尺寸，而且還可作為晶內針狀

鐵素體的形核場地。
2.1.4　HAZ的軟化
超細晶粒鋼主要是在形變條件下獲取細晶的，不能通過熱處理手段來恢復，所以焊后HAZ會出現軟化，尤其當高熱輸入時，就更加明顯。

不過這種局部軟化對接頭整體強度的影響是受其他因素控制的，如局部軟化區的寬度、板厚和焊縫強度匹配等因素。對于低強度級別的400

MPa鋼而言，在高強匹配下，更高強度的焊縫和沒有受熱影響的母材對軟化區有強的拘束作用，所以采用高匹配是防止或減小HAZ軟化的有效措

施之一。
2.2　焊縫金屬的性能
通常焊縫金屬的強度應與母材等強匹配或稍高于母材。大多數焊接結構是在焊后狀態下使用的，焊縫金屬的強化依然要靠合金元素來實現

，因此，焊縫金屬的碳當量將全面高于母材，且當熔敷金屬的強度提高時，其強度和韌性將對熱輸入很敏感，此時應考慮合適的焊接工藝。所

以當母材強度提高時，獲得合適的焊縫強度就變得較困難。
400 MPa細晶鋼的焊縫金屬性能與HAZ性能相比，不是主要矛盾。對于400 MPa級細晶鋼而言，焊縫金屬要獲得優良的強度和韌性，焊縫金
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屬的理想組織應為針狀鐵素體，這就要嚴格控制焊接材料的化學成分，如Ti-B系列的焊條、焊劑和Ni-Cr-Mo-V系列的焊絲。
當焊接大于800 MPa或更高強度級別的細晶鋼時，需全面考慮接頭性能。焊縫和HAZ都有可能出現問題，HAZ的粗化問題可借鑒400 MPa級細

晶鋼的有效防止措施，如合適的焊接方法、焊接工藝及其他焊接條件，但隨鋼強度級別的提高，800 MPa細晶鋼焊縫中易出現冷裂傾向，因此

，對于800 MPa級的細晶鋼而言，主要問題便是解決焊縫金屬的性能，即必須研制、開發與母材性能相匹配的焊接材料，焊縫金屬要獲得優良

的強度和韌性，其焊縫金屬的理想組織應為超低碳貝氏體，這方面的工作目前還沒有較成熟經驗，因而需全面開發以這種微觀組織為主的焊接

材料。
2.3　焊縫和HAZ的裂紋傾向
2.3.1　熱裂紋
熔敷金屬的化學成分主要是針對避免熱裂紋而設計的，因此凝固裂紋主要是由母材稀釋而引起的，即主要出現在具有最大熔合比的焊道上

(如根部焊縫)，或出現在凝固方式不恰當時(如過大的熔合比和焊速過高所引起的過于拉長的焊接熔池)，此時熱裂紋可通過改變焊接工藝參數

避免。熱裂紋的產生也強烈依賴夾雜物的數量和種類，細晶鋼的合金含量很低、夾雜物(如S、P)含量低以及偏析少，所以熱裂紋不易發生。
2.3.2　冷裂紋
因不同鋼種對冷裂敏感的微觀組織不盡相同，建議嚴格控制HAZ硬度。細晶鋼低的碳當量減小了冷裂傾向，明顯改善了其冷裂敏感性。因

母材細晶鋼的碳當量低，而熔敷金屬碳當量高，于是氫就被固在熔化的金屬中，在焊縫中出現冷裂，可減少擴散氫含量來降低焊縫的冷裂傾向

。
2.3.3　層狀撕裂
為減少層狀撕裂，有兩種有效方法，第一種方法是減小硫含量到很低的水平(小于0.008 %)，第二種是為獲得理想硫化物形態添加合金元

素，如Ca化處理。由于細晶鋼本身高的潔凈度，因而發生層狀撕裂的可能性不大。
2.4　焊后熱處理
焊后熱處理有可能惡化焊縫性能，對超細晶粒鋼，其唯一目的是松弛殘余應力，而不象傳統C-Mn鋼是為了改善性能。當碳含量低(小于

0.15 %)且碳當量很低時(小于0.4 %)，鋼幾乎沒有硬而脆的HAZ，并且幾乎沒有應變時效傾向。因此很少要求焊后熱處理。必要時，消除應力

的熱處理溫度必須小于600 ℃或考慮機械消除應力的措施。
3　結論
(1) 超細晶粒鋼通過形變細化、相變細化和第二相析出提高鋼的強度，由此降低結構自重，從而減少其結構用量和運輸費用，同時它還具

有優良的強韌性，合金含量低、雜質含量低、便于回收、可重復使用等優點，因而可有效地用于生產中，符合社會可持續發展戰略。
(2) 焊接熱循環明顯影響400 MPa和800 MPa超細晶粒鋼焊接熱影響區的晶粒長大，應研究其HAZ晶粒長大規律和動力學，尋找HAZ晶粒長大