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06Cr18Ni12Mo2Cu2奥氏体不锈钢焊接接头组织与力学性

2019-03-21 09:35 admin
通过拉伸、弯曲、维氏硬度等试验以及金相分析,对06Cr18Ni12Mo2Cu2奥氏体不锈钢焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究。结果表明:焊条电弧焊焊接接头有良好的抗拉性能和弯曲性能,焊缝区硬度略高于母材,而热影响区硬度略低于母材。焊缝组织为奥氏体+5%铁素体组织。焊接热影响区过热区奥氏体晶粒粗大,导致材料强度和硬度下降。
 
06Cr18Ni12Mo2Cu2钢是超低碳奥氏体不锈耐酸钢,具有较好的耐晶间腐蚀性,主要用于制造耐酸等腐蚀的设备,也可用于制造化工焊接结构件、容器和管道等,但其焊接接头容易产生热裂纹、气孔、晶间腐蚀等问题。本文通过工艺试验、拉伸、冲击、硬度等力学试验和显微分析等手段研究了其焊接接头的组织和力学性能,为材料的实际生产应用提供理论依据。
 
1试验材料与方法
 
母材为06Cr18Ni12Mo2Cu2奥氏体不锈钢板,供货状态为固溶处理态,焊接试板尺寸为200mm×100mm×8mm。焊条选用E317MoCuL(A032),直径为3.2mm。
 
焊前,焊接试板机械加工60°V形坡口,清理焊缝及附近污染物,然后用丙酮擦洗,再用清水冲净;用不锈钢丝或刮刀等工具清理氧化膜。采用焊条电弧焊进行焊接,焊接参数见表1,试件不预热。层间清理用不锈钢丝打磨,层间温度不大于120℃。
 
焊后,对焊接试件进行宏观检查和超声波探伤,并按照GB2649-89《焊接接头机械性能试样取样方法》制备焊接接头的拉伸和弯曲试样,按GB2651《焊接接头拉伸试验方法》、GB2653《焊接接头弯曲及压扁试验方法》、GB2654《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头分别进行拉伸、弯曲和硬度性能试验。拉伸和弯曲试验在德国Zwick2.5万能材料试验机上进行。用德国LeicaDMR金相显微镜和日立S-3400N型扫描电镜分别对焊接接头的组织形态、拉伸断口形貌进行观察。
 
2试验结果及分析
 
宏观检查,焊缝成型良好,无咬边、表面气孔、裂纹、烧穿、焊瘤、弧坑等缺陷;采用超声波探伤仪进行检测,焊缝质量符合JB4730-94规定的I级合格。
 
拉伸试验结果见表2。可见,选用E317MoCuL(A032)焊条焊接06Cr18Ni12Mo2Cu2不锈钢,焊接接头具有良好的拉伸性能。
 
拉伸断口的微观形貌如图1所示。可看出,拉伸断口呈现明显的韧性断裂特征,有较大较深的韧窝和撕裂棱。韧窝大而深说明断口处材料塑性良好,可以确定拉伸断裂属于韧窝断裂。弯曲试验结果见表3。弯曲试样正弯和背弯180°,未产生裂纹或缺陷,表明焊接接头全厚度方向具有良好的抗弯曲塑性变形能力。焊接接头的显微硬度分布如图2所示。可见,焊缝区硬度略高于母材,热影响区硬度略低于母材。
 
焊接接头的显微组织如图3所示。母材区组织为奥氏体。热影响区组织亦为奥氏体,但由于过热和再结晶等原因其晶粒较粗大。焊缝区的组织为奥氏体+5%少量铁素体。焊缝金属中少量的δ铁素体,既能提高焊缝的抗热裂性,又能保持较好的耐腐蚀性能。焊缝金属结晶以奥氏体开始,由于铬等铁素体形成元素的偏析,在奥氏体晶粒边界生成共晶铁素体,冷却到室温得到的是晶粒中心为奥氏体,而晶粒边界为分散的球状或棒状的共晶铁素体。
 
3结论
 
(1)采用上述焊接工艺、选用E317MoCuL焊条对06Cr18Ni12Mo2Cu2不锈钢焊接得到的焊缝未发现裂纹、气孔等缺陷,焊接性能良好;焊接接头的强度较高,焊缝硬度略大于母材,拉伸试验断裂部位在热影响区;弯曲试验合格,塑性较好;焊缝硬度值>母材硬度值>HAZ硬度值。焊接接头力学性能良好,符合相关规范要求。
 
(2)焊缝区的显微组织为奥氏体+5%铁素体。热影响区的显微组织仍为奥氏体,但由于过热和再结晶等原因其晶粒较粗大,使得热影响区的硬度和强度降低,塑性及韧性变差。
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