含钛微合金钢Q345B焊接热影响区组织及其性能研究

摘要
含钛微合金钢是近年来发展迅速、应用广泛的钢种。

钢中钛含量的增加会引起实际生产中板材冲击韧性等性能的不稳现象；钛含量的升高对含钛微合金钢焊接热影响区(HAZ) 的相变行为及性能也存在影响。

本文研究冷却速率对含钛微合金钢Q345B焊接热影响区的组织与性能的影响规律，明确焊接线能量与HAZ组织与性能之间的关系，为含钛微合金钢Q345B焊接工艺的确定提供数据依据。

本文以含钛微合金钢Q345B为研究对象，对不同线能量下含钛微合金钢Q345B中的焊接热影响区的组织以及性能进行研究。

对焊接热影响区中的晶内针状铁素体(IAF)进行研究。

利用高温共聚焦显微镜(CLSM)对HAZ的相变进行原位观察。

本文主要的研究内容和获得的结果如下。

①基于焊接热影响区的实际热循环，使用Gleeble3500模拟了不同线能量下焊接过程中焊接热影响区，通过光学显微镜、扫描电镜获得了不同线能量(冷速)下含钛微合金Q345B焊接热影响区的组织，通过硬度计测试其硬度，并测试获得了不同线能量下HAZ冲击功。

研究表明：组织的规律为：当冷速小于10℃/s时，含钛微合金钢焊接热影响区的组织以粒状贝氏体与晶界铁素体为主。

当冷速为2.5℃/s时，晶内针状铁素体大量产生。

当冷速大于15℃/s时，焊接热影响区的组织以粒状贝氏、下贝氏体、马氏体为主；硬度的规律为：在冷速小于10℃/s时，含钛微合金钢HAZ的组织的硬度变化不大，硬度值在230 HV左右。

当冷速不小于15℃/s时，随着冷速的增加，含钛微合金钢HAZ的组织的硬度线性增加，硬度值大于350 HV；冲击韧性的规律为：随着冷速的提高，冲击功整体上随之得到改善，冲击韧性在2.5℃/s与40℃/s冷速时出现波峰。

当冷速小于10℃/s时，冲击功很低，冲击功小于10 J。

在2.5℃/s冷速时，晶内针状铁素体的生成明显改善HAZ的冲击韧性。

②对含钛微合金钢Q345B中的IAF形成、IAF形核的夹杂物基体、钛含量对夹杂物析出的影响进行研究。

研究结果表明：晶内针状铁素体以微米级夹杂物为形核基体，并以感生形核的方式生成更多的晶内针状铁素体。

生成的铁素体为微米级并且相互连接，形成“互锁”。

适宜生成晶内针状铁素体的的奥氏体大小为185μm 左右；使用FactSage理论计算得出含钛微合金钢析出的简单夹杂物有Al2O3、TiN、C2S2Ti4、TiC。

含钛夹杂物的析出优先级为：TiN>C2S2Ti4>TiC。

③通过CLSM模拟含钛微合金钢Q345B焊接过程，原位观察含钛微合金钢HAZ的相变过程，原位观察相变的类型、相变温度，形态、相变位置等相变规律。

研究表明：温度为1245-1300℃之间时，奥氏体与奥氏体之间发生吞并与瓜分，奥
I
氏体长大明显。

在降温过程中，奥氏体几乎不长大，奥氏体平均尺寸为50μm。

降温过程中，侧板条铁素体的产生的相变温度区间为639℃-634℃，与晶界成一定角度平行生长；贝氏体铁素体平行分布，贝氏体铁素体相变的区间较短，形核长大的速度较快。

针状铁素体相变温度较低，以夹杂物为核心形核。

关键词：含钛微合金钢，焊接热影响区，微观组织，韧性，晶内针状铁素体
II
ABSTRACT
In recent years, titanium micro-alloyed steel has been developed rapidly and widely used. The increase of titanium content in steel will cause the instability of the impact toughness of the plate in the actual production, and the increase of titanium content also affects the phase transition behavior and properties of the welding heat affected zone (HAZ) of the titanium micro-alloyed steel Q345B. In this paper, the influence of cooling rate on the microstructure and properties of the HAZ of titanium micro-alloyed steel Q345B is studied, the relationship between the welding heat input and the microstructure and properties of HAZ is clearly defined, and the data basis is provided for the determination of the welding process of the titanium micro-alloyed steel.
The titanium micro-alloyed steel Q345B was studied as the research object. The microstructure and properties of welding heat affected zone of Ti micro-alloyed steel in different heat input were studied. The intragranular acicular ferrite(IAF) in the welding heat affected zone is studied based on this. The phase transformation was observed in situ by CLSM. The main contents and conclusions of this paper are as follows:
①Based on the actual thermal cycle of the welding heat affected zone, the welding heat affected zone under different heat input was simulated by Gleeble3500, and the microstructure of titanium microalloy HAZ under different heat input (cooling rate) was determined by optical microscope and scanning electron microscope; Hardness in different heat input is obtained through hardness tester; the toughness in different heat input was tested:The results show that: when the cooling rate is less than 10℃/s, the microstructure is mainly granular bainite(GB) and grain boundary ferrite(GF). When the cooling rate is 2.5℃/s, the intragranular acicular ferrite produced. When the cooling rate is more than 15℃/s, the microstructure is mainly granular bainite(GB), lower bainite(Bl) and martensite(M); The law of hardness is as follows: the hardness of HAZ in Ti micro-alloyed steel has little change and the hardness value is about 230 HV when cooling rate is less than 10℃/s. When the cooling rate is more than 10℃/s, the hardness increases linearly with the cooling rate increasing, and the hardness is greater than 350 HV; The law of toughness is as follows: the impact energy is improved as a whole with cooling rate increasing. The peak occurs when the cooling rate is 2.5℃/s and 40℃/s. When the cooling rate is 2.5℃/s, the formation of IAF significantly improves the impact toughness of HAZ.
III
②The IAF, effects of inclusions and contents of different Ti on the precipitation of inclusions in Ti micro-alloyed steel Q345B were studied. It also provides relevant improvement measures for forming IAF. The results are as following: IAF takes micron scale inclusions as nucleation sites and generates more intragranular acicular ferrite in the way of induced nucleation. The ferrite produced is micron sized and interconnected to form “interlocking”. The most suitable and suitable austenite for producing IAF is about 185μm. The inclusions is Al2O3、TiN、C2S2Ti4、TiC in the Ti micro-alloyed steel calculated by FactSage. The precipitation priority of titanium inclusion: TiN>C2S2Ti4>TiC.
③The phase transition process of HAZ of titanium micro-alloy steel was observed in situ by CLSM simulation. The phase transformation type, phase transition temperature, morphology, phase transition position and so on were observed in situ. Research shows: Austenite and austenite are swallowed up and divided, and austenite grows obviously when temperature is 1245-1300℃. During cooling process, austenite hardly grows up. The average size of austenite in the field is 50μm. The phase transition temperature range of the side plate ferrite is 639-634℃, which is parallel to the grain boundary in a certain angle.BF is distributed parallel, the BF phase transition is shorter, and the speed of nucleation growth is faster. The temperature of acicular ferrite transformation is low, and the inclusion is the core of nucleation.
Keywords:Ti micro-alloyed steel,heat affected zone, microstructure, toughness, intragranular acicular ferrite
IV
目录
中文摘要 (I)
英文摘要 ............................................................................................................................. I II 1 绪论 (1)
1.1含钛微合金钢的发展 (1)
1.2HAZ组织及其性能研究 (1)
1.2.1 HAZ组织研究 (1)
1.2.2 HAZ的性能研究 (5)
1.2.3 HAZ组织与性能研究现状 (6)
1.3HAZ中的针状铁素体研究 (8)
1.3.1 晶内针状铁素体及其形核机制 (8)
1.3.2 晶内针状铁素体形核影响因素 (10)
1.4HAZ的原位观察研究 (13)
1.4.1高温共聚焦显微镜 (13)
1.4.2高温共聚焦显微镜的在相变的应用 (14)
1.5课题研究的意义及研究内容 (15)
1.5.1课题研究的意义 (15)
1.5.2课题的研究内容 (15)
2 实验研究方案 (17)
2.1HAZ的Gleeble热模拟实验方案 (17)
2.2 HAZ组织演变的高温原位观察研究方案 (19)
2.3 HAZ组织与性能的表征测试 (20)
2.3.1 显微组织观察 (20)
2.3.2 冲击韧性测试 (21)
2.3.3 硬度测试 (22)
3 冷速对含钛微合金钢Q345B焊接热影响区组织性能的影响研究.25 3.1 含钛微合金钢Q345B焊接热影响区组织研究 (25)
3.1.1 低冷速下的HAZ组织 (25)
3.1.2 中冷速下的HAZ组织 (30)
3.1.3 高冷速下的HAZ组织 (35)
3.2 含钛微合金钢Q345B焊接热影响区硬度研究 (39)
3.3 含钛微合金钢Q345B焊接热影响区冲击性能研究 (40)
V
3.3.1 冲击韧性 (41)
3.3.2 冲击断口形貌 (42)
3.4 冷速对组织性能的影响 (45)
3.5 本章小结 (46)
4 含钛微合金钢Q345B焊接热影响区中的IAF研究 (49)
4.1 含钛微合金钢Q345B焊接热影响区中的IAF (49)
4.2 含钛微合金钢Q345B焊接热影响区中的IAF的形成 (51)
4.3 含钛微合金钢中IAF形核的夹杂物分析 (53)
4.3.1 理论计算分析 (53)
4.3.2 实验分析 (57)
4.4 本章小结 (61)
5 含钛微合金钢Q345B焊接热影响区相变的原位观察 (63)
5.1 含钛微合金钢Q345B奥氏体相变过程 (63)
5.2 焊接过程中HAZ相变的原位观察 (66)
5.2.1 加热过程中的相变 (66)
5.2.2 降温过程中的相变 (69)
5.2.3 HAZ的组织研究 (73)
5.3 含钛微合金钢Q345B相变温度的研究 (74)
5.4 本章小结 (76)
6 结论及展望 (77)
6.1 结论 (77)
6.2 工作展望 (78)
致谢 (79)
参考文献 (81)
附录 (87)
A. 作者攻读硕士学位期间发表的论文目录 (87)
B. 作者攻读硕士学位期间申请的发明专利 (87)
C. 作者攻读硕士学位期间参与的科研项目 (87)
D. 作者攻读硕士学位期间参与的学术活动目录 (88)
VI
1 绪论
1.1含钛微合金钢的发展
微合金化高强度低合金钢[1,2](Micro-alloyed high strength low alloy steel)简称微合金钢(Micro-alloyed steel)，是近年来在普通碳锰钢和普通低合金高强度钢的基础上迅速发展起来的工程结构用钢。

即主要在钢中添加微量的铌、钒、钛等合金元素进行微合金化并结合热机械控制轧制技术(TMCP: Thermo-Mechanical controlled processing)生产具有高性能新型低合金高强度钢。

钢的微合金化技术已被用于多个钢种[3,4]，如中碳非调质钢、钢筋钢、耐热工具钢、不锈钢等。

微合金钢目前可用的强度范围是屈服强度500Mpa以下，广泛应用于桥梁、建筑、船舶、车辆、压力容器、采油平台、输油管道等各种工程结构。

微合金钢较普通的碳锰结构钢在化学成分、生产工艺和力学性能等方面具有很多特点。

Ti 是强碳化物、氮化物形成元素之一，也是微合金钢重要的微合金化元素。

钢铁材料标准中均有许多含钛钢种[5]，如我国的15MnTi、13MnTi、14MnVTi、20Ti、10Ti钢种等。

Ti元素化学性质活拨，易与N、O、C、S等元素形成化合物，与铁原子半径相差很小，且氮化物、碳化物的面心立方结构和钢的面心立方、体心立方基体有共格性，在一定条件下既可溶入又可析出。

Ti微合金化的作用在于：(1) 合金元素Ti易与碳、氮结合，在高温形成碳化钛或者是氮化钛。

这两者在高温时在析出，可以细化晶粒，提升钢铁性能[6,7]。

(2) 氮与Ti的结合，将降低游离N的危害，使得含N夹杂物在杂物在晶界形成减少，提高其热塑性[8]。

(3) TiN 熔点很高，高熔点的的TiN在焊接热影响区能钉扎晶界，加少量的Ti即可防止粗晶脆化。

TiC及复合物的析出也能起到相同的作用[9,10]。

(4) 细小的TiN 和钛的氧化物被认为是有效的针状铁素体的形核核心。

可以有效的改善大线能量下的焊接热影响区(HAZ)的性能。

因此，含钛微合金钢作为结构工程钢应用广泛，适量的合金元素(Ti)的添加使得含钛微合金钢的性能大大改善。

而对于含钛微合金的焊接热影响区而言，适量Ti 的增加可以有效的改善含钛微合金钢焊接热影响区的韧性。

1.2HAZ组织及其性能研究
1.2.1 HAZ组织研究
焊接热影响区[11](HAZ)是焊缝周围处于固态的母材金属由于受焊接热循环作用发生明显组织、性能变化的区域。

焊接热影响区在焊接过程中与焊缝的远近不同。

不同区域由于受到的热循环不同，降温过程中的冷速也就不同。

冷速决定组织，组
1
织决定性能。

由于焊接过程中，焊接热影响区的温度梯度很大，其组织也错综复杂。

母材的焊接热影响区由于离焊接点的距离不同，其受到的焊接热循环不同。

其焊接过程中发生不同的组织变化，最终得到不一样的性能。

按照不同部位在焊接加热过程中受热最高温度和组织特征的不同，可将焊接热影响区从焊缝处到母材未受影响区分为4个区[12](如图1.1所示)。

峰值温度为1300-1500℃的熔合区，峰值温度为1100-1300℃的过热区(也称为粗晶区)，峰值温度为900-1100℃的正火区，峰值温度900℃以下的部分相变区。

对于这四个区的组织，粗晶区也称过热区，紧邻熔合区，其受热温度范围在晶粒开始急剧长大的温度(一般指1100℃)一直到固相线。

因为这一区域受热温度很高，金属处于过热状态，尤其是在固相线附近，一些难溶的碳化物和氮化物颗粒也溶于奥氏体中，奥氏体晶粒将会急剧长大，造成冷却后的组织也是粗大的过热组织，甚至可能会有魏氏组织生成。

该区的组织特点决定了该区域脆性大，韧性差，容易产生裂纹，是焊接接头的薄弱环节。

因此，本文对焊接热影响区组织的研究针对粗晶区。

下文中，如果没有特殊说明，HAZ即指焊接热影响区的粗晶区。

图1.1 焊接热影响区的分类[12]
Fig.1.1 Classification of heat affected zone in weldin g[12]
总体说来，出现在含钛微合金钢HAZ粗晶区中的显微组织主要有针状铁素体、晶界铁素体、侧板条铁素体、晶内针状铁素体、上贝氏体、粒状贝氏体、下贝氏体、马氏体以及M-A组元，这些组织的形成主要取决于母材的化学成分和焊接热输入[13-15]。

本小节对含钛微合金钢HAZ中可能出现的组织及其特点进行相关介绍。

2
①先共析铁素体
先共析铁素体也称为晶界铁素体(GF)。

钢在发生共析反应时生成，其形成温度范围为900-700℃，晶界铁素体沿晶界产生，晶界铁素体的形核点为晶界，晶界铁素体与原奥氏体无共格关系。

晶界铁素体的特点是铁素体内位错密度低。

并且位错在晶内分布较均匀，几乎不发生扭曲。

晶界铁素体的生成一般在低冷速下发生，此时热力学与动力学的条件较好。

晶界铁素体的生成量与氧含量有关，晶体中氧含量，晶体中氧含量越高，其生成量越大。

②侧板条铁素体
侧板条铁素体(SPF)为钢在奥氏体向铁素体发生反应时，生成的铁素体从晶界处开始形核，以一定角度向内平行生长的板条或锯齿状铁素体。

侧板条铁素体形成温度较低其形成温度范围为700-500℃。

侧板条铁素体长宽比约为20∶1。

平行并列的铁素体板条在受到冲击时容易发生断裂。

因此侧板条铁素体一般认为是韧性极差的组织，在焊接热影响区也是研究者想极力避免的组成相。

与先共析铁素体不同的是，侧板条铁素体虽与先共析铁素体同从晶界处产生，但其与原奥氏体保持符K-S关系位向的共格关系。

侧板条铁素体的位错比先共析铁素体要高。

③晶内针状铁素体
晶内针状铁素体(IAF)是中温转变产物。

其本质也被认为是贝氏体(B)中的铁素体。

针状铁素体形成温度范围为600℃-贝氏体点(Bs),晶内针状铁素体的形核点并不在晶界，而是一般以夹杂物为形核中心。

针状铁素体的长宽比约为4∶1。

,其与原奥氏体保持K-S[16]关系。

不同位向的针状铁素体相互交叉，从而可以变相的细化晶粒。

并且晶内针状铁素体是位错密度最高的铁素体，其位错密度可达1014/cm2。

同时，晶内针状铁素体的形成对于大线能量下的焊接热影响区的性能的改善具有重要意义。

晶内针状铁素体可以有效的提高其在焊接热影响区的的冲击韧性。

同时，值得注意的是，一定量的氧可促进晶内针状铁素体的形成。

④珠光体
珠光体是一般普通钢在常温下的常见组织之一，也是钢在低冷速时发生珠光体转变时产生的组织，珠光体相变的一般相变温度很高，其中的元素可以很好的进行扩散。

珠光体相变属于扩散相变。

而构成珠光体的铁素体与渗碳体层状堆叠，在实际过程中，可以通过片层之间的间距来确定珠光体的性能。

但对于焊接热影响区而言，焊接热影响区组织经历的冷却速度一般较快，即使在大线能焊接下，珠光体出现的几率也相对较低[17]。

⑤粒状贝氏体
粒状贝氏体(GB)[18-20]焊接热影响区较常见的组织。

低碳钢与微合金钢中的在较大的冷速的范围内皆可产生。

粒状贝氏体的形成温度大于贝氏体形成温度。

光学
3
显微镜下,粒状贝氏体的形态表现为岛状物呈有边界的白亮组织,也有的是灰黑色岛状。

在电子显微镜下,粒状贝氏体是由块状铁素体和富碳奥氏体组成。

富碳奥氏体常以小岛或小河状分布在块状的铁素体基体上。

奥氏体在冷却过程中根据冷速的不同可能转化为M-A。

粒状贝氏体在焊接热影响区的性能的贡献各有不同。

对于超低碳钢，粒状贝氏体是其理想组织，粒状贝氏体为无碳铁素体，此种组织对性能无害。

超低碳中粒状贝氏体均匀分布可使其性能优良。

而对于碳含量高的钢，粒状贝氏体中的富碳铁素体对组织的性能危害极大。

特别是对于大面积分布的不均匀的粒状贝氏体，对组织中的性能特别是冲击韧性是毁灭性的。

所以说，粒状贝氏体对性能的影响还需进一步研究。

⑥贝氏体
奥氏体在较低于珠光体转变温度时发生贝氏体转变时产生贝氏体。

贝氏体属于半扩散型相变，贝氏体在在转变温度不同时形成性能差异巨大的上贝氏体与下贝氏体[21,22]。

上贝氏体形成温度较高，上贝氏体从晶界处向内生长，在光学显微镜下呈现羽毛状。

焊接热影响区中形成的上贝氏体一般被认为是冲击韧性很差的组织，由于在晶界处的平行的羽毛状铁素体在受到冲击时，吸收能量抵御裂纹扩展的能力很差。

而下贝氏体却截然不同，下贝氏体又被称为板条贝氏体，其在较低温度形成。

下贝氏体中的铁素体细小，下贝氏体的晶内位错密度较高，铁素体之间的角度较大，在受到冲击时可以有效的吸收能量，冲击性能良好。

⑦马氏体
钢在很大的冷速下冷却，其扩散受到抑制，在较低的温度下(低于Ms点)发生的反应变叫做马氏体转变[23-25]。

马氏体的典型特征是硬度大。

马氏体有两种基本形态：一种是板条状马氏体；另一种是片状马氏体。

马氏体的性能与马氏体内的微结构息息相关，板条马氏体[26]一般分为几个板条束、板条束细分为几个板条块，板条块又由板条组成。

板条马氏体的性能主要是由哪一细微结构决定。

对于这点，还没形成定论。

板条马氏体一般上来说是冲击韧性较好的组织。

⑧马氏体-残余奥氏体
马氏体-残余奥氏体(M-A)[27]组元是在连续冷却过程中分布在块状铁素体基体上的富碳奥氏体区继续转变的产物(高碳马氏体+残余奥氏体),马氏体-残余奥氏体是粒状贝氏体的组成相之一。

马氏体-残余奥氏体在组织中对性能的影响因钢种而异[28-31]。

对于低碳和超低碳钢，细小均匀分布的马氏体-残余奥氏体可以很好的提高此类钢的冲击韧性。

而对于碳含量较高的钢种，焊接热影响区中的存在的马氏体-残余体将影响其性能。

大面积分布、尺寸较大、晶界处的马氏体与残余奥氏体极易成为裂纹源，受到冲击时，裂纹发生扩展。

焊接热影响区的组织随着线能量的大小不同，其经历的热循环也不同，一般来
4
讲，线能量越大，其降温过程的冷却速度越小。

冷却速度的不同，焊接热影响区的组织也随之改变。

出现性能各异的先共析铁素体、侧板条铁素体、针状铁素体、上贝氏体、粒状贝氏体、下贝氏体以及板条板条马氏体等组织。

这些组织的形成使得焊接热影响区的性能也各异。

因此研究不同线能量下含钛微合金钢HAZ 的组织，并明确冷速与组织的对应关系。

可以为含钛微合金钢在焊接中的应用提供基础数据，并指导其焊接工艺的制定。

1.2.2 HAZ 的性能研究
(1) 硬度
硬度[32]是材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。

固体对外界物体入侵的局部抵抗能力，是比较各种材料软硬的指标。

而对于焊接热影响区的硬度，可以反映焊接热影响区的组织情况并且硬度对于其他性能的判定也有一定的参考作用。

焊接热影响区的硬度是反映材料焊接性的重要指标之一。

一般来说，焊接热影响区的硬度熔合区附近最高，离熔合区的距离越远，硬度越低。

焊接过程中焊接热影响区的硬度的增加即所谓的焊接热影响区的硬化[33]。

硬度由被焊材料的化学成分与冷却条件决定。

被焊材料的化学成分对硬度影响可以通过“碳当量”[34]来统一量化。

碳当量定义为“把钢中合金元素(包括碳)的含量按其作用换算成碳的相当含量”，它可作为评定钢材淬硬、冷裂纹、脆化等焊接性的一种参考指标。

对于碳当量而言，国际焊接协会推荐的公式如1.1所示。

(%)6515
eq Mn Cr Mo V Ni Cu C C +++=+++ (1.1) 从公式1.1可知，碳当量的高低不仅与材料中的含量息息相关，其他合金元素的添加也至关重要。

合金元素锰、铬、钼、钒、镍、铜的含量的添加将使碳当量升高。

一般而言，在冷却条件一定的情况下，碳当量越高，焊接热影响区的硬度越高。

其出现淬硬的可能性也越大。

同时碳当量越高，其脆化、冷裂纹出现的可能性也越大。

(2) 韧性
韧性[35]，表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。

韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。

韧性可在材料科学及冶金学上，韧性是指材料受到使其发生形变的力时对折断的抵抗能力，其定义为材料在破裂前所能吸收的能量与体积的比值。

对于韧性而言，对于普通材料，其影响因素[36-38]有：化学成分、奥氏体晶粒尺寸、加热温度、显微组织、冷却速率、第二相粒子析出。

影响的因素很多。

而对于焊接过程中，焊接热影响区中的韧性是强度与韧性的综合表现。

焊接热影区的韧性不足将导致HAZ 的脆化。

脆化的类型有很多种。

种类有粗
晶脆化、析出脆化、组织脆化、热应变失效脆化、氢脆化和石墨脆化[39,40]。

焊接热影响区的热循环的特点是受热峰值温度高。

峰值温度高带来的直接后果是粗晶区奥氏体晶粒发生严重的晶粒粗化。

晶粒粗化主要发生在升温与保温过程。

因此，对于大线能量而言（组织停留高温区域时间长），晶粒长大的更为严重。

晶粒粗大的奥氏体降温过程中形成粗大的组织，使焊接热影响区的脆性增加。

另一方面，在焊接过程中，形成的晶粒粗化是在组织的化学成分、组织不均匀中形成的，其对韧性的影响更大。

析出脆化是指在热循环过程中析出的元素或夹杂在晶界聚集，造成晶界的脆化，在受力的情况下，使得韧性大大降低，造成脆化。

组织脆化主要是在焊接热循环中形成了韧性差的组织，如晶界铁素体、上贝氏体。

这些组织在受到冲击时，吸收能量的能力极差。

从而使得材料在受冲击时，产生脆化。

热应变失效脆化、氢脆化分布是元素N与H的影响。

N与H的析出造成脆化。

对于焊接过程，材料经历的过程相当复杂，如高温、不均匀加热和冷却，产生残余应力和拘束。

复杂的经历带来的是复杂的脆化影响，各种脆化交织在一起。

最普遍的如粗化脆化与组织脆化一起作用将使韧性大大降低，恶劣影响远远大于1+1。

焊接热影响区的韧性的影响因素有很多、众多原因造成组织的脆性。

提高焊接热影区的韧性是研究工作者迫切解决的问题。

特别是大线能量下的，不同钢种焊接热影响区组织的性能长时间内受到关注。

综上所述，焊接热影响区的性能是材料在焊接过程中非常注重的一个环节。

硬度与韧性是焊接过程中一个指标。

对于这两个性能，不仅能一定程度上反应焊接热影响区的组织情况，更能对焊接工艺的优劣进行评价。

1.2.3 HAZ组织与性能的研究现状
焊接热影响区的组织与性能皆为焊接过程中所关注的重要一环。

组织与性能相互相关，研究不同冷速下的焊接热影响区组织性能的关系，对实际焊接进行指导。

特别是对于大线能下HAZ性能的改善具有重要的价值。

在本小节中将对不同线能量下的的HAZ的组织与性能的相关研究进行总结。

Horn等[41]研究发现焊接热影响区中的粗晶区形成的晶界铁素体对其性能特别是韧性影响很大。

当线能量很大时，晶界铁素体(GF)将从原始奥氏体晶界形核，呈长条状或多边形接连生长，布满整个原奥氏体晶界。

并且同时，侧板条铁素体(SPF) 从晶界向内生长，侧板条铁素体平行生长。

当线能量继续增大时，粗晶区将会形成晶界铁素体和上贝氏体，晶界铁素体与上贝氏都是韧性很差的组织所以，此时粗晶区组织的韧性严重恶化。

HAZ中也经常出现M-A组元。

对于高强钢，M-A组元通常出现在单道焊的粗晶区，对于碳含量不低的的高强钢而言，M-A的形态和分布是影响其韧性的主要因素。

Komig、Fukuhisa Matsuda以及田川等[42,43]分别对HSLA钢中的M-A组元对。