【正文】 晶粒尺寸都有所增大，同時(shí)伴隨有少量貝氏體出現(xiàn)。2）完全淬火細(xì)晶區(qū)Q890鋼完全淬火細(xì)晶區(qū)組織主要為等軸的細(xì)晶馬氏體。完全淬火細(xì)晶區(qū)相當(dāng)于不易淬火鋼的正火區(qū)，其熱循環(huán)峰值溫度比粗晶區(qū)低，處于稍高于AC3的溫度，溫度在升高過(guò)程中，組織完全奧氏體化，但是溫度并不太高，奧氏體組織沒(méi)有過(guò)熱長(zhǎng)大，冷卻時(shí)形成細(xì)小的馬氏體組織。因此該區(qū)的組織特征是組織細(xì)小、而均勻。伴隨析出的碳化物細(xì)小而彌散，以固溶形式存在于馬氏體中[35]。 （a）E=9KJ/cm 淬火細(xì)晶區(qū) （b）E= 12KJ/cm 淬火細(xì)晶區(qū)（c）E=15 KJ/cm淬火細(xì)晶區(qū) 淬火細(xì)晶區(qū)微觀形貌2）不完全淬火區(qū)調(diào)質(zhì)鋼的HAZ 不完全淬火區(qū)組織為細(xì)晶等軸狀板條馬氏體 + 鐵素體。該區(qū)域熱循環(huán)峰值溫度處于 AC1～ AC3之間，在快速加熱條件下，鐵素體很少溶入奧氏體，而珠光體、貝氏體、索氏體等轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。在隨后快冷時(shí)，過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的馬氏體。原鐵素體保持不變，并有不同程度的長(zhǎng)大，最后形成馬氏體+鐵素體的組織，稱不完全淬火區(qū)。如含碳量和合金元素含量不高或冷卻速度較小時(shí)，也可能出現(xiàn)索氏體和鐵素體。 不完全淬火區(qū)組織。 (a) E=9KJ/cm兩相區(qū) (b) E=12KJ/cm兩相區(qū) (c) E=15 KJ/cm兩相區(qū) 不完全淬火區(qū)微觀形貌從圖中我們可以看到不管采用哪一種熱輸入，該區(qū)域的組織都極不均勻，圖中的晶界處析出的黑色物質(zhì)應(yīng)該為托氏體組織，受焊接熱循環(huán)的作用當(dāng)溫度降低到600—500℃左右時(shí)，—，由于其片間距極細(xì)，所以在光學(xué)顯微鏡下無(wú)法辨別其層片狀特征而呈黑色。圖中亮色的島狀物為馬氏體與鐵素體的混合組織。(a)、(b)、(c)三圖，可知隨著線能量的增大，黑色的托氏體物質(zhì)在增加，這是由于線能量較大，冷卻速度慢，在600—500℃停留時(shí)間比較長(zhǎng)，過(guò)冷奧氏體較多轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w，同時(shí)也使馬氏體組織減少。3）回火區(qū)如果母材在焊前是調(diào)質(zhì)狀態(tài)，除了上述的完全淬火和不完全淬火區(qū)之外，在焊接熱影區(qū)內(nèi)，熱循環(huán)溫度低于AC1 以下的區(qū)域的組織，還可能發(fā)生不同程度的回火，稱為回火區(qū)。由于本次研究采用的焊接工藝合理，所以在接頭中的回火軟化區(qū)域不明顯。本此研究的中焊縫金屬的縱向拉伸性能實(shí)驗(yàn)按照GB 2282002執(zhí)行，在WE60萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。熱輸入KJ/cm試驗(yàn)溫度（℃）接頭板拉伸Rm/MPa強(qiáng)度平均值Rm/MPa母材標(biāo)準(zhǔn)值Rm/MPa92010351030≥9401025122010051005100515201010995980從表中可以看出，焊接熱輸入在 9kJ/cm 時(shí)，焊縫的拉伸強(qiáng)度在三種焊接熱輸入中最優(yōu)，焊接熱輸入為 15 kJ/cm 時(shí)焊縫強(qiáng)度最差，焊接熱輸入為12 kJ/cm 時(shí)焊縫力學(xué)性能介于兩者之間。在不同的熱輸入下焊縫的拉伸強(qiáng)度都均高于母材在室溫下強(qiáng)度值規(guī)定的最小值，說(shuō)明這在這幾種熱輸入條件下焊接都是合格的。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可以看出：由于焊條優(yōu)異的焊接性，焊縫沒(méi)有出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷。說(shuō)明選用的焊接工藝非常的適合Q890鋼的焊接。從組織方面講，熱輸入越大焊縫的冷卻速度越慢，越易生成針狀鐵素體等高韌性的組織，同時(shí)也會(huì)使強(qiáng)度下降，而焊接熱輸入越小冷卻速度越快，會(huì)形成貝氏體、馬氏體等強(qiáng)度較大的組織，但是會(huì)引起焊縫韌性的下降。(1)焊縫低溫沖擊韌性焊接接頭焊縫的低溫（20℃）沖擊試驗(yàn)按照GBT2650的規(guī)定，在JB300沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，: 熱輸入KJ/cm缺口類型試驗(yàn)溫度（℃）沖擊吸收功（Akv /J）沖擊功平均值（Akv /J）母材實(shí)測(cè)值（ Akv /J ）9V20494433424112V205456625215V2070737772 ，焊接接頭中焊縫的低溫沖擊韌性隨著熱輸入的增加而增加，并且不管采用哪種熱輸入，焊縫的沖擊韌性都高于母材，這說(shuō)明說(shuō)明實(shí)驗(yàn)所使用的焊接工藝對(duì)于Q890鋼來(lái)說(shuō)都是合格的。之所以熱輸入越小韌性越小。從組織方面講，這是由于焊接熱輸入較小的時(shí)候，冷卻速度快，形成的焊縫組織中有貝氏體與馬氏體存在，所以比較脆硬。而熱輸入較大的時(shí)候，焊縫的組織主要為針狀鐵素體，伴有少量的粒狀貝氏體組織，且隨著熱輸入的增加，焊縫中針狀鐵素體所占的比例不斷增大，貝氏體減少，馬氏體逐漸消失，由于針狀鐵素體對(duì)于韌性非常有利，從而使焊縫的韌性不斷的增大。①焊縫沖擊斷口宏觀形貌分析一般而言沖擊斷口呈杯錐狀，由纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇三個(gè)區(qū)域組成。其中斷口形貌凹凸不平，呈暗灰色為纖維區(qū)；斷口表面平整，呈現(xiàn)出金屬光澤的為放射區(qū)。表面光滑，與拉伸軸呈45176。的區(qū)域?yàn)榧羟写?。韌性斷裂一般都具有上述三個(gè)區(qū)域，根據(jù)這三個(gè)區(qū)域在整個(gè)斷口平面中所占的比例可以判斷材料沖擊韌性的好壞。一般情況下，纖維區(qū)和剪切唇面積越大表明材料的韌性就越好，如果放射區(qū)的面積越大，那么材料的沖擊韌性就越差[36]。 （a） E=9KJ/cm （b） E=12KJ/cm（c）E=15KJ/cm 不同熱輸入的焊縫沖擊斷口宏觀形貌，在不同的熱輸入條件下，熱輸入較大時(shí)的焊縫端口微觀形貌（如E=15KJ/cm），比熱輸入較小（如E=9KJ/cm）時(shí)的斷口平面具有較多的剪切唇與纖維區(qū)域，而放射區(qū)在斷口中所占的比例較小，這說(shuō)明熱輸入較小時(shí)焊縫在斷裂之前發(fā)生了一定的塑性變形，所以韌性比較高；與之相反當(dāng)熱輸入較小時(shí)，觀察其焊縫金屬的沖擊斷口形貌，可以發(fā)現(xiàn)其表面較為平整，整個(gè)斷口平面比較平整光滑，放射區(qū)所占比例較大，纖維區(qū)與剪切唇所占的比例很小，從圖（a）、（b）、（c）中可以看出，圖（a）中放射區(qū)的比例約占到斷口的35%，圖（b）中放射區(qū)的比例約占到斷口的30%，圖（c）中放射區(qū)的比例約占到斷口的20%，所以熱輸入越大的試樣，在斷裂前塑性變形越多，因此熱輸入較大的時(shí)候，焊縫的沖擊功大，低溫沖擊韌性也比越好。②焊縫沖擊斷口的微觀形貌分析 ℃試驗(yàn)溫度下沖擊斷口形貌。其中（a）、（b）為焊接熱輸入為9 kJ/cm時(shí)焊縫的沖擊斷口的裂紋擴(kuò)展前期和裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)候的沖擊斷口形貌；（c）、（d）分別為熱輸入為12 kJ/cm時(shí)焊縫的沖擊斷口區(qū)形貌；（e）、（f）分別為熱輸入為15 kJ/cm時(shí)焊縫的沖擊斷口區(qū)形貌。(a)、焊縫區(qū)裂紋擴(kuò)展前期SEM (b)、焊縫區(qū)裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展SEME=9KJ/cm (c)、焊縫區(qū)裂紋擴(kuò)展前期SEM (d)、焊縫區(qū)裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展SEM E =12 J/cm(e)、焊縫區(qū)裂紋擴(kuò)展前期SEM (f)焊縫區(qū)裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展SEME=15KJ/cm 沖擊斷口微觀形貌 ，焊縫的沖擊斷口在裂紋擴(kuò)展前期的微觀形貌基本上是以韌窩為主，如（a）、（c）、（e）所示，但是在裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展階段的斷口微觀形貌是由起伏非常大的解理刻面組成。刻面上有復(fù)雜的河流花樣、小的解理臺(tái)階，并存在很大的撕裂棱如（b）、（d）、（f）所示。通過(guò)對(duì)比還可以發(fā)現(xiàn)，在裂紋擴(kuò)展前期，隨著熱輸入的增大，斷口中韌窩的數(shù)量越來(lái)越多，且變得越來(lái)越密集，如圖（a）、（c）、（e）所示。從圖我們還能發(fā)現(xiàn)當(dāng)E=9KJ/cm時(shí)，圖（b）所示，斷口放射區(qū)的微觀形貌主要為河流花樣的解理面，但是隨著熱輸入的增加，當(dāng)E=12 KJ/cm時(shí)，在撕裂棱上已經(jīng)開(kāi)始有韌窩的出現(xiàn)，當(dāng)E增大的15KJ/cm時(shí)，如圖（f）所示，撕裂棱變得越來(lái)越少，但是在撕裂棱上的韌窩數(shù)量變得越來(lái)越多，且越來(lái)越密集。說(shuō)明隨著熱輸入的增加焊縫的低溫沖擊韌性也在不斷的增大。（2）熱影響區(qū)低溫沖擊韌性焊接接頭熱影響區(qū)的低溫（20℃）的沖擊試驗(yàn)按照GBT2650的規(guī)定，在JB300沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，： 熱影響區(qū)沖擊吸收功熱輸入KJ/cm缺口類型試驗(yàn)溫度（℃）沖擊吸收功（Akv /J）沖擊功平均值（Akv /J）母材實(shí)測(cè)值（ Akv /J ）9V20655733545212V206777857915V2083919694，隨著熱輸入從9kJ/cm增加到15 kJ/cm，焊縫熱影響區(qū)的韌性在不斷的增加，且都大于母材。說(shuō)明這幾種焊接方法都是合格的。韌性隨著熱輸入增大而增大，從組織方面解釋，由于熱輸入較小的時(shí)候，冷卻速度快，形成的組織為馬氏體，但是隨著熱輸入的增加，熱影響區(qū)組織會(huì)出現(xiàn)貝氏體組織，并且還會(huì)不斷的增多，所以隨著熱輸入的增加，韌性會(huì)不斷的增大。①熱影響區(qū)沖擊斷口宏觀形貌分析。（a）E=9KJ/cm （b） E=12KJ/cm（c）E=15KJ/cm，在不同的熱輸入條件下，熱輸入較大所對(duì)應(yīng)的熱影響區(qū)，相比與較小的熱輸入，斷口平面中剪切唇與纖維區(qū)較多，而放射區(qū)在斷口中所占的比例相對(duì)較小，這說(shuō)明熱輸入較大時(shí)的熱影響區(qū)和焊縫在斷裂之前發(fā)生了一定的塑性變形，所以韌性比較高；與之相反當(dāng)熱輸入較小時(shí)，觀察其熱影響區(qū)的沖擊斷口形貌，可以發(fā)現(xiàn)其表面較為平整，整個(gè)斷口平面比較平整光滑，放射區(qū)所占比例較大，纖維區(qū)與剪切唇所占的比例很小，從圖（a）、（b）、（c）中可以看出，圖（a）中放射區(qū)的比例約占到斷口的30%，圖（b）中放射區(qū)的比例約占到斷口的20%，圖（c）中放射區(qū)的比例約占到斷口的10%，所以熱輸入越大的試樣，在斷裂前塑性變形越多，因此熱輸入較大的時(shí)候，接頭熱影響區(qū)的沖擊功大，低溫沖擊韌性也比越好。②熱影響區(qū)沖擊斷口的微觀形貌分析℃試驗(yàn)溫度下沖擊斷口形貌。其中（a）、（b）為焊接熱輸入為9 kJ/cm時(shí)熱影響區(qū)的沖擊斷口的裂紋擴(kuò)展前期和裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)候的沖擊斷口形貌；（c）、（d）分別為熱輸入為12 kJ/cm時(shí)熱影響區(qū)的沖擊斷口區(qū)形貌；（e）、（f）分別為熱輸入為15 kJ/cm時(shí)熱影響區(qū)的沖擊斷口區(qū)形貌。 (a) 熱影響區(qū)裂紋擴(kuò)展前期SEM (b) 熱影響區(qū)裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展SEME=9KJ/cm(c) 熱影響區(qū)裂紋擴(kuò)展前期SEM (d) 熱影響區(qū)裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展SEM E =12 J/cm (e) 熱影響區(qū)裂紋擴(kuò)展前期SEM (f) 熱影響區(qū)裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展SEME=15KJ/cm 不同熱輸入熱影響區(qū)沖擊斷口形貌，從圖中我們可以看出，熱影響區(qū)的沖擊斷口微觀形貌由拉長(zhǎng)的韌窩和滑移帶組成，以韌窩為主，可知試樣斷裂前都有較大的塑性變形，即使是在裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展階段仍然是以韌窩為主，但在熱輸入較小的時(shí)候有河流花樣。相對(duì)于熱輸入為9kJ/cm（（a）所示），熱輸入為12 kJ/cm時(shí)（（c）所示），斷口中的韌窩不僅直徑要大的多，而且深度非常大，說(shuō)明在起裂時(shí)熱輸入為12 kJ/cm的試樣要經(jīng)歷更大的塑形變形，低溫沖擊韌性要更好，熱輸入為15KJ/cm時(shí)的斷口中，雖然韌窩沒(méi)有熱輸入為12時(shí)的大，但是在（e)中，韌窩分布更密集，韌窩分布沒(méi)有方向性，且在韌窩內(nèi)壁比較粗糙，所以熱輸入為15KJ/cm時(shí)熱影響區(qū)的韌性要大于熱輸入為12時(shí)的韌性。 對(duì)比裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展區(qū)域的沖擊斷口微觀形貌，由圖（b）（d）（f）可知，斷口微觀形貌中，熱輸入為12 kJ/cm時(shí)，（（d）圖所示），韌窩要比熱輸入為9kJ/cm（（a）所示）時(shí)的大，但熱輸入增加到15kJ/cm（（f）所示）時(shí)，韌窩的數(shù)量在大量的增加。所以說(shuō)，隨著熱輸入的增加，熱影響區(qū)的低溫沖擊韌性在不斷的增大。由接頭焊縫與熱影響區(qū)的沖擊分析可知，在不同的焊接工藝下焊接接頭的韌性都比較好，斷裂都是以韌性斷裂為主，但是隨著熱輸入的增加，斷口中的韌窩區(qū)域明顯增加，接頭的韌性在不斷的提高，這與沖擊值的變化是對(duì)應(yīng)的；此外，在同一熱輸入下，熱影響區(qū)的韌性要高于焊縫。 Q890鋼的焊接接頭經(jīng)過(guò)焊接后，對(duì)其接頭進(jìn)行顯微硬度測(cè)試，、繪圖。表層中部根部(a) 不同熱輸入焊縫縱向硬度分布曲線母材焊縫HAZ(b) 三種熱輸入焊縫表層硬度分布曲線焊縫母材HAZ (c) E=9KJ/cm焊縫中部硬度分布曲線HAZ焊縫母材(d) E=9KJ/cm焊縫根部硬度分布曲線 接頭的硬度分布曲線(a)圖為線能量為9KJ/cm和15KJ/cm時(shí)的焊縫縱向硬度分布圖，對(duì)于同種線能量，硬度在不同位置呈波浪變化，這是因?yàn)楸敬窝芯坎捎枚鄬佣嗟篮附?，前一道焊?duì)后一道焊起到預(yù)熱的作用，而后道一焊對(duì)前道焊道會(huì)產(chǎn)生熱處理的作用。從而導(dǎo)致在焊縫的縱向不同位置有不同的峰值溫度，引起不同冷卻速度，導(dǎo)致組織的晶粒大小、形態(tài)有所變化，從而導(dǎo)致了硬度的變化，所以在焊縫的縱向出現(xiàn)硬度曲線硬度值呈高低交錯(cuò)分布；此外焊縫縱向硬度由表層到根部呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這是因?yàn)?，采用多層多道焊，前一道焊?duì)后一道焊起到預(yù)熱的作用，而后道一焊對(duì)前道焊道會(huì)產(chǎn)生熱處理的作用，使焊縫在快冷形成的較脆硬的組織發(fā)生部分組織轉(zhuǎn)變，從而使硬度下降，而最后一道焊層沒(méi)有受到熱處理作用，所以硬度最大。對(duì)于不同的線能量，從圖（a）可知E=15KJ/cm的硬度曲線都分布在E=9KJ/cm的上方，這就說(shuō)明在焊縫同一位置，線能量越大變大，硬度也越大。這是由于焊接過(guò)程中峰值溫度的高低會(huì)對(duì)奧氏體化和高溫下第二相粒子的溶解有著非常大的影響，并由此影響顯微組織及硬度[37]。熱輸入越大，焊接峰值溫度也較大，強(qiáng)化相會(huì)較多的融入焊縫組織，從而使硬度增大。在再者，由宏觀照片還可以看出熱輸入越大，焊接的道次與層次變小，所以在較大的熱輸入條件下，焊縫整體來(lái)說(shuō)受到的熱處理作用會(huì)減少，從而使焊縫中形成的硬度較