低合金结构钢焊缝组织分析

图2.2-3为低合金结构钢焊缝的组织形态及其分类。

2.2.2.1 铁素体（Ferrite）

低合金钢焊缝中铁素体组织主要分为4类。

1.先共析铁素体（Proeutectoid Ferrite，记作F_P）

表2.2-1 低碳钢焊缝冷却速度对组织和性能的影响

该类铁素体组织主要是在高温区（转变温度为770～680℃）沿着奥氏体晶界首先析出的铁素体，也称为晶界或粒界铁素体（F_GB）。其晶界析出的形态呈现长条形沿晶扩展（F_GB），或呈现多边形块状（F_P），互相连接并沿晶分布。

2.侧板条铁素体（Side Plate Ferrire，记作F_SP）

该类铁素体形成的温度比先共析铁素体稍低，转变温度范围较宽，约为700～550℃。侧板条铁素体一般从晶界铁素体的侧面以板条状向晶内生长，呈现镐牙状，被认为可能是魏氏组织或无碳贝氏体组织。

3.针状铁素体（Acicular Ferrite，记作F_A）

该类铁素体组织形成温度比侧板条铁素体更低一些，约在500℃附近，它在原奥氏体晶内以针状分布，其宽度为2μm，其长宽比大约为3∶1～5∶1，通常以某些弥散非金属夹杂物（例如氧化物或氮化夹杂物）为质点放射性生长。

4.细晶铁素体（Fine Grain Ferrite，记作F_GF）(www.xing528.com)

该类铁素体组织一般是在具有细化晶粒的元素（如Ti、B等）存在的条件下，在奥氏体晶粒内部形成的，此外在细晶铁素体之间有珠光体和碳化物的析出。细晶铁素体是介于铁素体和贝氏体之间的转变产物，也被称为贝氏铁素体。其转变温度一般在500℃以下，如果在更低的温度区间转变（约450℃），可以转变为上贝氏体（B_U）。

图2.2-3 低合金结构钢焊缝的组织形态及其分类

2.2.2.2 珠光体（Pearite）

低合金钢焊缝的组织固态相变很少能得到珠光体，而在缓慢的冷却条件下，如预热、缓冷及后热等才能得到一定的珠光体组织。而当焊缝中含有B、Ti等细化晶粒元素时，珠光体转变将被完全抑制。

低合金钢焊缝中常见的珠光体组织一般发生在Ar₁～550℃之间，根据得到珠光体组织的细密程度的不同，又可分为层状珠光体、粒状珠光体（托氏体，Troostite）及细珠光体（索氏体，Sorbite）。珠光体的存在能够有效增加焊缝金属的强度，但其韧性将会降低。

2.2.2.3 贝氏体（Bainite）

贝氏体转变属于中温转变，其转变温度约为550℃～Ms。按贝氏体形成温度区间及其特性可分为上贝氏体（B_U）和下贝氏体（B_L）。上贝氏体呈现羽毛状，一般沿奥氏体晶界析出，下贝氏体组织形态与回火片状马氏体组织相似，呈现针状铁素体和针状渗碳体的机械混合。

此外，当奥氏体以中等速度进行连续冷却时，在稍高于上贝氏体形成温度下还可能出现粒状贝氏体（B_G），主要是块状铁素体形成后，存在的M-A组元在其上以颗粒状分布而形成的。当M-A组元以条状分布于块状铁素体上，即为板条状贝氏体，形成温度较低。

2.2.2.4 马氏体（Martensite）

当焊缝金属的碳含量偏高或合金元素较多时，在快速冷却条件下，奥氏体过冷到Ms以下将发生马氏体转变，根据碳含量不同可形成不同的形态：①板条马氏体，是在奥氏体晶粒内部平行生长的大量的细条状马氏体板条，也被称为位错型马氏体和低碳马氏体，具有较高的强度，同时具有良好的韧性；②片状马氏体，当焊缝中碳含量较高[w（C）≥0.4%]时，将会出现片状马氏体组织，也被称为孪晶马氏体和高碳马氏体。