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通过组织超细化可以使钢铁材料同时获得高的强度和优良的韧性,但超细组织在焊接条件下的粗化可能阻碍超细组织钢的应用。本文对采用驰豫-析出-控制相变工艺(RPC)生产的新型超细组织钢进行了焊接物理冶金现象与规律的系统研究。首先采用相变动力学方法对RPC 超细组织钢的焊接热影响区组织变化规律进行了深入研究,测定了焊接SH-CCT 曲线,为研究RPC 超细组织钢焊接物理冶金规律、制订适宜的焊接工艺奠定了基础。研究发现,在t8/5≤7s 时,RPC 超细组织钢焊接热影响区主要为低碳马氏体组织,t8/5 在7~500 秒范围内,焊接热影响区主要发生中温转变,组织类型为贝氏体。当t8/5大于500 秒后,晶界开始有少量先共析铁素体产生。首次研究了RPC 工艺对焊接加热过程中奥氏体转变的影响,RPC 工艺在钢中形成的细小析出相和中温超细化组织使奥氏体具有更多的形核点与界面,使升温过程中奥氏体相变时间缩短。Mo、B 元素显著地降低了过热区在冷却过程中的相变温度,其中B元素作用更加突出。采用热模拟方法全面研究了RPC 超细组织钢不同焊接热输入条件下热影响区奥氏体组织长大倾向。由于钢中Ti、N、Nb 等微量元素形成了大量的析出相,过热区奥氏体晶粒直径长大倾向并不明显,由t8/5=5s 时的19μm 变化至t8/5=200s 时的45μm,即使t8/5为2500 秒,奥氏体平均直径也仅为65μm。与一般低合金高强度钢相比,RPC超细组织钢过热区奥氏体晶粒粗化倾向并不显著。研究表明,RPC 超细组织钢在较大焊接规范条件下(t8/5>15 秒),焊接热影响区存在两个明显软化区域,一是位于重结晶区和部分重结晶区,另一个位于温度较高的过热区。其中细晶区硬度下降较为显著,与母材相比,维氏硬度值HV 下降约50 个单位。细晶区的软化是由于该区域形成的细小铁素体组织,焊接过热区的软化是在高温度区域,无碳贝氏体板条变宽,一些析出相Nb(C、N)和ε-Cu 析出相等随温度的升高相继溶解,从而导致强度又有所下降。较小的热输入可以使焊接过热区的软化得到避免,但细晶区的软化不能消除,即使在高能密度的激光焊和真空电子束焊情况下仍