1前言

近年来，代替传统的高强度钢，添加C、Si和Mn等比较廉价的合金元素的高强度钢开发受到关注。到目前为止，已经开发出了高强度、高延展性的FSW（摩擦搅拌焊接）专用钢，以在0.2%C-2%Si钢（wt.%）中添加0-4%Mn的钢为对象，采用FSW制作接头，调查了Mn对母材及搅拌部位的显微组织以及拉伸性能的影响。其结果显示，添加了3%Mn、4%Mn试样的母材和搅拌部位都呈现良好的强度和延展性平衡。但是，有报道指出，在FSW接头的焊接热影响区（HAZ），由于马氏体的回火产生了软化。另一方面，由于Mo和V的添加，微细合金碳化物的析出导致回火二次硬化。因此，本研究希望抑制HAZ软化，将Mo或V分别添加到Si-Mn碳钢，制作了FSW接头，研究了添加合金元素对组织和力学性能的影响。

2试验方法

C量固定为0.2%，Si量为2%，Mn量为3%，分别准备Mo量为0、1.0%、3.0%和5.0%或V量为0、0.2%、0.5%和1.0%的试样。将高频熔炼设备熔炼的钢锭在1000℃下进行热轧，加工到厚度3mm。Mo试样在1000℃和1120℃下，V试样在1000℃和1125℃下进行10min的热处理，然后水冷。得到的钢板在转速400r/min、焊接速度150mm/min下进行了A₃点以上的高温FSW。为了探讨添加Mo和V对HAZ软化改善的效果，采用维氏硬度试验测量了FSW接头的硬度分布。并用透射电子显微镜（TEM）和原子探针层析成像（APT）技术进行了组织分析。

3试验结果及考察

Mo添加量对FSW接头维氏硬度分布的影响见图1。在3%Mn试样中，HAZ软化到350HV。在3%Mn-1.0%Mo（1000℃热处理）和3%Mn-3.0%Mo（1000℃热处理）试样中，母材和搅拌部位硬度均高于3%Mn试样，而且接头中HAZ的最低硬度略有增加。而在3%Mn-3.0%Mo（1120℃热处理）试样中，HAZ软化得到明显改善，最低硬度从350HV增加到约450HV。观察3%Mn试样FSW接头HAZ的TEM照片发现，马氏体在FSW中被回火，在马氏体板条边界中析出球状渗碳体，硬度下降。此外，在3%Mn-3.0%Mo（1120℃热处理）试样HAZ的TEM照片中观察到大量超微细棒状Mo碳化物，通过APT证实为Mo₂C。认为这种微细合金碳化物析出导致回火二次硬化，抑制了HAZ马氏体的软化。此外，本研究还对V添加钢的分析结果和HAZ软化抑制机制进行了定量研究。（全荣）