作為新型超低溫用鋼,65錳鋼板高錳奧氏體鋼因的力學性能和經濟的造價而具有廣范的應用前景。對高錳奧氏體鋼的工程使用而言,保證焊縫金屬的力學性能同樣重要,因此,配套焊接材料的研發是關鍵。

  本研究從合金元素對熔敷金屬組織類型、機械穩定性和凝固裂紋敏感性的影響等方面考慮,設計了一種全奧氏體組織類型的高錳鋼熔敷金屬,其成分體系為C:0.2～0.5%、Mn:20.0～24.0%、Ni+Cr:4.0～8.0%,在此成分體系下熔敷金屬具有良好的機械穩定性和低凝固裂紋敏感性。根據成分體系研制了高錳鋼用實芯焊絲、金屬粉型藥芯焊絲和電焊條以及埋弧焊劑,并分別采用鎢極氬弧焊、65mn錳冷軋鋼板埋弧焊和手工電弧焊制備了高錳鋼熔敷金屬,采用常溫拉伸、-196°C沖擊和OM、EBSD、XRD等試驗方法對熔敷金屬的力學性能和觀組織進行了詳細的分析。力學性能分析結果顯示,熔敷金屬的屈服強度為323～495MPa,抗拉強度為600～732MPa,斷后伸長率為36.0%～39.0%,-196°C平均沖擊值為41～68J。熔敷金屬觀組織分析結果顯示,組織類型為全奧氏體,呈胞狀樹枝晶結構,C、Mn、S等元素存在一定程度的顯偏析,組織中存在大量Al2O3、SiO2、MnS類型的夾雜物。

 熔敷金屬良好的超低溫沖擊韌性主要緣于其全奧氏體組織類型,熔敷金屬在沖擊變形過程中發生馬氏體轉變（γ→ε-M→α’-M）,65錳冷軋鋼板也在一定程度上提高了低溫沖擊功,熔敷金屬中直徑>0.5μm的夾雜物密度較低,是保持低溫韌性的另一個關鍵因素,而C元素在一次奧氏體相的偏析則會致使組織發生低溫脆斷。采用金屬粉型藥芯焊絲和電焊條制備了高錳低溫鋼焊接接頭,接頭中焊縫金屬的屈服強度為468～489MPa,抗拉強度為700～736MPa,斷后伸長率分別為37.0%～37.5%,-196°C平均沖擊值為68～83J,焊縫金屬具有良好的力學性能,焊接材料與高錳低溫鋼匹配性較好。

隨著預應變量的增加,退火鐵素體中的位錯密度明顯65錳鋼板增加,部分穩定性差的大尺寸RA首先發生相變而使得RA量逐漸降低,穩定性逐漸提高;抗拉強度與屈服強度逐漸提高,而斷后伸長率則逐漸降低。熱軋退火實驗鋼具有高的氫脆敏感性,隨著預應變量的增大,氫脆敏感性逐漸增大,以相對伸長率損失表征的氫脆敏感性指數由未變形樣的75.9%提高到15%預應變樣的83.2%。充氫樣SSRT宏觀斷口邊部存在脆性平臺,其斷裂機制主要為準解理斷裂,且有較多二次裂紋。

65mn冷軋鋼板退火實驗鋼具有超細晶等軸狀的退火鐵素體+RA復相組織,在預應變過程中發生了TWIP效應和TRIP效應并出現不穩定的中間相ε-馬氏體。與熱軋退火實驗鋼類似,預應變能夠顯著地改變冷軋退火實驗鋼的力學性能。冷軋退火中錳鋼在拉伸過程中出現呂德斯帶以及PLC現象。當預應變量等于呂德斯帶對應的應變時,即預應變量約為3%時,可以使呂德斯帶消失,但預應變對PLC效應則幾乎沒有影響。這主要與隨著預應變量增加,實驗鋼中位錯密度增加、RA穩定性提高、形變誘導馬氏體含量增加及形變孿晶的產生等因素有關。對于冷軋退火中錳鋼實驗料,隨著預應變量的增加,充氫試樣中的可擴散氫含量顯著增加而氫擴散系數降低。與熱軋退火實驗鋼類似,冷軋退火實驗鋼同樣表現出顯著的氫脆敏感性,并且隨著預應變量的增加,氫脆敏感性逐漸增大。

65錳鋼板不同預應變量未充氫樣的SSRT斷口呈現典型的韌窩韌性斷裂特征,而充氫預應變樣斷口由近表面的脆性沿晶+準解理的混合斷裂向心部的韌窩韌性斷裂模式逐漸轉變。