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A517Q改進(jìn)型齒條鋼是目前海洋鉆井平臺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不同焊接熱循環(huán)下，對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，顯微品粒度級別為6級。

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。可以看出，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)比的鋼種對焊接過程的要求非常嚴(yán)格，以保證結(jié)構(gòu)的安全性。