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更新時間：2022-08-13
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A517Q改進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境，齒條鋼焊接接頭不僅要具有較高的承載能力及強度，更重要是要能夠在深海環境中，保證良好的低溫韌性，以確保鉆井平臺的安全運行。本文以178mm大厚度齒條鋼A517Q改進型齒條鋼為研究對象，由于試驗鋼中大量合金元素的加入，使試驗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改進型齒條鋼焊接熱影響區綜合的組縱分析和力學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下，對A517Q焊接HAZ顯微組織與力學性能的變化及關系進行探究。具體研究內容如下:
(1)在 Gleeble-3500熱/力模擬試驗機上進行物理模擬，獲得單次熱循環和二次熱循環下的焊接HAz各亞區的物理模擬試樣,并采用光學顯微鏡(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亞區的微觀組織形貌。
(2）對A517Q齒條鋼焊接熱影響區各亞區顯的硬度、示波沖擊韌性進行測定并對其斷裂行為進行分析,明確A517Q齒條鋼在不同焊接熱循下焊接熱影響區力學性能特點。
(3）為了從微觀層面解釋A517Q齒條鋼焊接熱影響區各亞區力學性能特征，對斷口側面形貌進行觀察，結合沖擊載荷-位移曲線，從裂紋的形核與擴展兩個方面綜合分析焊接熱影區亞區脆化和韌化行為特征。
試驗用鋼為178 mm的690 MPa低合金高強度調質鋼(ASTM A517Gr.Q)厚板。調質工藝為~900℃ (3h）淬火+~610℃ (5 h)回火處理。于板厚1/4位置進行取樣后，利用直讀光譜儀對母材的化學成分進行測試，結果如表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上，經過調質處理后，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的常溫拉伸應力應變曲線，經過數據處理，試驗鋼的屈服強度、抗拉強度、屈強比和延伸率如表2-2所示。可以看出，試驗鋼具有足夠的強韌性，屈服強度達到782 MPa，-40℃的沖擊吸收能力達到108 J。但是由于A517Q齒條鋼中 Nb、Ti、V等合金碳化物析出強化及貝氏體相變強化作用使基體過分強化，導致試驗鋼在拉伸試驗中強度增長較快，最終表現為屈強比增大，應變硬化指數下降。在實際工程應用中，這種高屈強比的鋼種對焊接過程的要求非常嚴格，以保證結構的安全性。
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特種鋼
