800MPa级高强钢焊缝金属热处理组织与性能

发布时间：

第28卷第7期2007年7月
焊　接　学　报
TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTION
Vol.28　No.7July　2007
800MPa级高强钢焊缝金属热处理组织与性能
1,2
　　　　　　　　　赵晓兵
,　何长红2,　彭　云2,　田志凌2,　郑保忠1,　赵秀柏3
　　　　　　　(1.云南大学物理科学技术学院,昆明　650091;2.钢铁研究总院结构材料研究所,
　　　　　　　　　　北京　100081;3.辽宁省开原维科容器有限责任公司,辽宁开原　112300
摘　要:在10Ni5CrMoV高强结构钢焊接中,为了获得良好的强韧性匹配,焊后需要进行热处理来改善焊缝金属的组织和性能。试验采用富氩气体保护焊焊接10Ni5CrMoV钢,分析了不同调质热处理工艺下焊缝组织、性能的变化规律。结果表明,焊缝金属焊态的组织主要是贝氏体、少量马氏体和残余奥氏体组织,调质热处理后焊缝组织主要为回火马氏体,随着回火温度的升高,焊缝中残余奥氏体减少,马氏体中碳化物析出长大并有球化趋势。调质态焊缝金属的强度随着回火温度的升高而逐渐降低,而韧性随着回火温度的升高而显著提高。
关键词:焊缝;热处理;显微组织;力学性能
中图分类号:TG457　　文献标识码:A　　文章编号:0253-360X(200707-101-04
赵晓兵
0　序　　言
10Ni5CrMoV钢既具有较高的强度,又具有良好
1　试验材料及工艺
试验用10Ni5CrMoV钢的化学成分及力学性能如表1,表2所示,其组织主要为回火索氏体,如图1
所示。焊接方法采用熔化极气体保护焊,焊接设备为YM751A日本产全自动焊机。焊接材料为自行设计冶炼的Mn-Ni-Cr-Mo-V系实心焊丝,直径<1.2mm。保护气体为95%Ar和5%CO2,气体流量22L/min。层间温度120～130℃,焊接速度28cm/min,焊接热输入18kJ/cm。
表1　10Ni5CrMoV钢的化学成分(质量分数,%
Table1　Chemicalcompositionof10Ni5CrMoVsteel
C0.10
Si0.19
Mn0.5
Ni1～5
Cr
Mo
V0.02～0.07
的塑性、韧性和耐磨性,其主要用于工程机械、高压
容器和水轮机壳体等,其焊缝及焊接区多承受拉伸载荷。实践表明,在生产中的焊接加工是影响高强度钢结构质量的关键,是生产工艺中的主要问题,而且低合金高强度钢焊接接头的韧性历来都是焊接结构使用性能的主要指标,尤其对800MPa级以上的高强度调质钢的结构,如何提高焊接接头的韧性就更显得非常重要[1]。它关系到产品构件在服役期间的稳定性和安全性。
低碳调质钢是通过调质热处理获得强化效果,但是受焊接热循环的影响,热影响区存在脆化和软化现象,强度级别越高的钢,软化现象越突出。解决的办法[2],一是焊后不再进行热处理,在焊接过程中严格限制焊接热输入对母材的作用;二是焊后重新调质热处理,以消除应力和改善显微组织,从而获得更优的性能。影响焊缝金属性能的因素是多方面的,除焊缝金属的化学成分、金相组织外,焊接工艺和焊前状态及焊后热处理也是影响因素中的关键问题。试验就是通过对800MPa级10Ni5CrMoV钢的焊缝金属进行不同调质热处理来分析焊缝组织、性能的变化规律,确定焊缝金属强度与韧性较佳的匹配点。
收稿日期:2007-01-18
0.4～0.80.3～0.7
表2　10Ni5CrMoV钢的力学性能
Table2　Mechanicalpropertiesof10Ni5CrMoVsteel屈服强度抗拉强度断后伸长率断面收缩率
ReL/MPa
Rm/MPa
A(%
Z(%
冲击吸收功
AkV(-20
/J℃
83092519.063.0104
焊接接头的调质热处理参数为加热温度
920℃,保温3h后用水淬火,回火温度分别为560,580,600和620℃,保温2h后空冷至室温。
利用光学显微镜对焊态和热处理态的焊缝组织进行观察和分析,浸蚀剂均为3%的硝酸酒精。拉
©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net

　102焊　接　学　报第28卷
板条状贝氏体铁素体及板条间的残余奥氏体组成、部分下贝氏体和MA组元组成。
焊缝金属经过920℃保温3h淬火,组织主要为板条马氏体和少量残余奥氏体。图3所示的是调质后的焊缝组织,组织主要为回火马氏体。图4a,b
图1　10Ni5CrMoV钢组织
Fig11　Microstructureof10Ni5CrMoVsteel
伸试验在AG100KNE(50kN及UHF50A
(250kN拉伸试验机上按照国家标准GB/T25621989进行。冲击试验在JBZ300自动冲击试验机上按照国家标准GB/T26501989进行,额定冲击能量为300/150J。由于对母材和焊缝冲击试验温度的要求不同,母材冲击试验温度为-20℃,焊缝冲击试验温度为-50℃。
2　试验结果与分析
2.1　显微组织
图3　焊缝调质态组织
　Fig13　Microstructureofweldmetalafterdifferentheat
treatment
图2所示的是焊缝金属焊态的典型组织。焊缝金属焊态组织主要是贝氏体组织。焊缝金属的化学成分(质量分数,%为0.050C,0.20Si,1.41Mn,其余为Fe,Ni,Cr,Mo。根据相关文献[3-5],当钢中C元素含量降到0.05%及以下时,此种钢在经过高温奥氏体化后的冷却过程中,不再发生奥氏体向铁素体与渗碳体的两相分解,过冷奥氏体将直接转变成各种形态的铁素体并留下少量富碳的残余奥氏体。也就是说在超低碳条件下,由于碳含量很低,钢中所得到的贝氏体组织不同于一般的上、下贝氏体,而是一种以无碳或少碳贝氏体为主的组织。在试验中,由于焊缝金属的碳含量已接近超低碳范围,根据金相分析和透射电镜分析,焊缝组织由板条状贝氏体(由
图2　焊缝金属焊态组织
Fig12　Microstructureofweldmetal
图4　焊缝透射照片
　Fig14　Microstructureofweldmetalafterdifferentheat
treatment(TEM
©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net

第7期赵晓兵,等:800MPa级高强钢焊缝金属热处理组织与性能　103
为不同回火温度时透射电子显微镜形貌照片,由于回火温度较高,保温时间较长,位错密度也大幅度降
低;随着回火温度的升高,焊缝中马氏体中的碳化物析出长大并有球化趋势(图4c,d。但仍有少量残余奥氏体未分解(图4e。图5所示的是光学显微镜
的焊缝组织下,焊态和调质态(回火温度为560℃
(试样抛光后,采用Lepera试剂,4%苦味酸酒精与1%Na2S2O41∶1的比例混合,浸蚀约15～20s。从图5中可以看出,焊态焊缝组织中的MA组元较多,而经过调质热处理后,焊缝中部分的MA组元已经发生分解,但仍有一定数量的MA组元断续存在于焊缝中。随着回火温度的提高,焊缝M组元数量减少,碳化物数量增加。
A
图6　焊缝的强度及硬度
Fig16　Strengthandhardnessofweldmetal
收功提高,-50℃冲击吸收功最大为102J,最小为
29J。图8所示是的调质态焊缝冲击断口形貌。当回火温度为560℃时,断口为解理,对应着最低的韧性;当回火温度为580℃时,断口为解理和少量韧窝,对应着较低的韧性;当回火温度为600℃时,断口为韧窝和少量解理,对应着较高的韧性;当回火温度为620℃时,断口为韧窝状,对应着最高的韧性。因此,调质态焊缝的冲击断口形貌也可反映出焊缝冲击吸收功随回火温度的变化趋势。对于韧性来说,尽管奥氏体的分解降低了焊缝的韧性,但是回火马氏体中碳化物充分析出和长大以及MA组元的
图5　焊缝中的MA组元
Fig15　MicrostructureofweldmetalwithMAconstituent
2.2　力学性能
调质态焊缝的强度和韧性随回火温度变化的趋
势主要是由调质态焊缝的组织决定的。图6a所示的是焊态和调质态焊缝的屈服强度和抗拉强度。焊态焊缝的屈服强度为810MPa,抗拉强度为1100MPa。调质态焊缝的屈服强度均高于焊态,而抗拉强度均低于焊态。与调质态焊缝相比,随着回火温度的升高,其屈服强度和抗拉强度均有不同程度降低,屈服强度最大为945MPa,最小为840MPa,抗拉强度最大为1010MPa,最小为895MPa。图6b所示的是焊态和调质热处理态焊缝的硬度变化趋势。焊态焊缝的硬度为340HV1。560℃回火时,焊缝硬度为335HV1,随着调质热处理的回火温度的升高,硬度逐渐降低,620℃回火温度,其焊缝硬度为290HV1。随着回火温度的升高,焊缝金属的硬度逐渐降低。当回火温度升高时,焊缝组织中马氏体中的碳化物析出并长大,板条中的位错密度降低。焊缝组织中碳化物(图4c,d的球化和MA组元的分解,这些因素都使得焊缝金属强度和硬度降低。
图7所示的是焊态和调质态焊缝的低温冲击试验结果。-50℃条件下,焊态焊缝的冲击吸收功为40J。随回火温度的升高,调质态焊缝的低温冲击吸
图7　焊缝的冲击吸收功(-50℃Fig17　Impactabsorbingenergyofweldmetal
©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net

　104焊　接　学　报第28卷
进一步分解都将提高焊缝的低温韧性[6-8]。因此调质处理态焊缝的韧性随回火温度的升高而提高。
低,韧性随回火温度的升高而提高,这是由于组织中的板条位错密度的降低、MA组元的分解造成的;调
质态焊缝的硬度随回火温度的升高而降低,这是由于组织中碳化物的析出和位错密度降低的影响结果。参考文献:
[1]　李亚江,王　娟,刘　鹏.低合金钢焊接及工程应用[M].北
京:化学工业出版社,2003.
[2]　李亚江.焊接组织性能与质量控制[M].北京:化学工业出版
社,2004.
[3]　翁宇庆,田志凌,彭　云,等.超细晶粒钢———钢的组织细化
理论与控制技术[M].北京:冶金工业出版社,2003.
[4]　武会宾,尚成嘉,杨善武,等.超细化低碳贝氏体钢的回火组
织及力学性能[J].金属学报,2004,40(11:1143-1150.
[5]　WangXM,HeXL,YangSW,etal.Refiningofintermediate
transformationmicrostructurebyrelaxationprocessing[J].Internation2al,2002,42(12:1553-1559.
[6]　ChenJH,KikutaY,ArakiT,etal.Micro2fracturebehaviorinduced
byM-Aconstituent(islandmartensiteinsimulatedweldingheataf2fectedzoneofHT80highstrengthlowalloyedsteel[J].ActaMetail,1984,32(10:1779-1788.
[7]　MatsudaF,IkeuchiK,LiaoJ.WeldHAZtoughnessanditsimprove2
mentoflowalloysteelSQV-2Aforpressurevessels(Report1[J].TransactionsofJoiningandWeldingResearchInstitute,1993,22(2:271-279.
[8]　MatsudaF,FukadaY,OkadaH,etal.Reviewofmechanicaland
metallurgicalinvestigationsofmartensite2austeniteconstituentinweldedjointsinJapan[J].WeldingintheWorld/LeSoudageDansLeMonde,1996,37(3:134-154.
图8　调质态焊缝冲击断口形貌
　Fig18　Fracturesurfaceofweldmetalafterdifferentheat
treatment
3　结　　论
(110Ni5CrMoV钢焊缝金属焊态组织为板条状
贝氏体(由板条状贝氏体铁素体及板条间的残余奥
氏体组成、下贝氏体和少量粒状贝氏体的混合组织。调质后的焊缝组织为高温回火马氏体。随着回火温度的升高,焊缝金属中碳化物析出并长大,残余奥氏体和MA组元含量均减少。
(2调质态焊缝的强度随回火温度的升高而降
作者简介:赵晓兵,男,1977年出生,硕士研究生。主要从事焊接
技术及焊接材料的研究工作。发表论文3篇。
Email:zxb0810@163.com
©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net

　　　Ⅵ　　　　　　　　　　　　　MAINTOPICS,ABSTRACTS&KEYWORDS　　　　　　2007,Vol.28,No.7
jointswereexaminedbymeansofOlympusopticalmicroscopeandscanningelectronmicroscope.AndtheVickersmicrohardnesspro2filesweremeasuredbyVickersmicrohardnesstester.Thecrackre2sistanceinY2grooveweldedjointswasalsocompared.Theexperi2mentresultsshowedthatthecrackresistanceoftheweldedjointus2ingH10MnSiwirewasbetterthanthatoftheweldmentusingH08Mn2Siwire,whichismainlyduetothefinecrystalgrainintheweldmetalandthemorecontentofacicularferrite.
Keywords:　armouredsteel;CO2shieldedarcwelding;mi2crostructure;crackresistance
DevelopmentofgasmetalarcweldingwireforX80pipelinesteel　　LIRan1,2,WEIJinshan1,PENGYun1,TIANZhiling1,SHIZhe(1.StateKeyLaboratoryofAdvancedSteelProcessesandProducts,CentralIron&SteelResearchInstitute,Beijing100081,China;2.FacultyofMaterialsandMetallurgicalEngineeringKun2mingUniversityofScience&Technology,Kunming650093,Chi2na.p97-100
Abstract:　Thedevelopedwiresareusedforgasmetalarcwelding.Thechemicalcomposition,microstructure,impacttough2ness,strength,hardnessandtensilestrengthofweldedjointareinves2tigated.Themicrostructureiscomposedofacicularferriteandalittleproeutectoidferriteandalittlegranularbainite.Thefracturedsur2facesofimpactspecimenareanalyzedbyscanningelectronmicro2scope,andthemicrostructuresofweldmetalareanalyzedbytrans2missionelectronmicroscope.ExperimentresultsindicatedthatitwaseffectivetoresistproeutectoidferriteandmakefinehomogeneousacicularformationbyaddingmicrocontentTi-Belementsinthewire.Ithadbeenfoundthatalloyelementinweldmetalcouldbethenucleating2centersofacicularferriteaslongastheyformedfinedis2perseinclusion.Itiseffectivetopreventcrackpropagationandim2proveimpacttoughnessbecausetherearelotsofdislocationagglom2eratinginacicularferrite.
Keywords:　X80pipelinesteel;gasmetalarcwelding;low2temperaturetoughness;acicularferrite;inclusion
MicrostructureandpropertyofPWHTweldmetalof800MPagradelowalloysteel　　ZHAOXiaobing
2
2
1,2
2
austeniteintheweldmetaldecreasesandthesizeofcarbideinthemartensiteincreaseswithtemperedtemperatureincreasing.Thestrengthoftheweldmetaldecreasesastemperedtemperaturein2creases,andthetoughnessisimprovedwhentemperedtemperatureisincreased.
Keywords:　weldmetal;heattreatment;microstructure;mechanicalproperties
Studyoninnerexpulsioninresistancespotweldingofmagne2siumalloy　　WANGYarong1,ZHANGZhongdian2,FENGJicai2(1.InstituteofMechanicalManufacturingTechnology,ChinaA2cademyofEngineeringPhysics,Mianyang621900,Sichuan,China;2.StateKeyLaboratoryofAdvancedWeldingProductionTechnolo2gy,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China.p105-108
Abstract:　Expulsionishighlyundesirableduringtheresis2tancespotweldingforitdecreasestheweldquality.Anaxisymmetricfiniteelementmodelwascreatestostudythedistributionoftempera2tureandtheplasticdeformationtoinvestigatesinteriorexpulsionhap2peningduringtheresistancespotweldingofAZ31magnesiumalloy,employingacontactresistancemodelbasedonthemicro2contactthe2ory.Becauseofhighthermalconductivity,lowmeltingpoint,smallspecificheatandlargelinearthermalexpansioncoefficientofAZ31magnesiumalloy,expulsionismostencounteredproblemduetotheapplicationofhighcurrentinshortweldingtime,comparedwithAlalloyandmildsteel.Anditisconnectedwiththeincreasedpressureinthenuggetduetomeltingsothatthesurroundingsolidmaterialcannotholdtheliquidphaseandthemoltenmetalbreakthroughtheconstrictionofperipheralboundary,whichleadstoexpulsion.
Keywords:　expulsion;magnesiumalloy;resistancespotwelding;finitelementmethod
Finitenumericalsimulationoftemperaturefieldinmulti2passlasercladding　　MALin,YUANJinping,ZHANGPing,ZHAOJunjun(NationalKeyLaboratoryforRemanufacturing,AcademyofArmoredForceEngineering,Beijing100072,China.p109-112
Abstract:　Themaineffectivefactoroftemperaturefieldwasanalyzedandthecalculationmodeloftemperaturefieldinmulti2passlasercladdingwasbuilt.Inthemodelthemainconsiderationwasgiventothethermalboundaryconditionsandheatsource.Andthetemperaturefieldofthreepassescladdingprocessonplatewerecal2culated.Thetemperaturevariationsofthethreepointsatthecenterofeachpasswereobtained.Theanalysisresultsshowthatthetem2peraturevariationcurvesofthethreecenterpointswereserrateandtheirpeakvaluesweredifferent.Moreover,underthemulti2passconditionthelowesttemperaturesofthethreepointsbeforetheirtem2peratureascendingwentupgraduallyduringthecladdingprocessandthetrendwassimilartotheparabola.Theresultsarereasonable,andcouldmakepreparationsforstudyingthestressandstrainvaria2tion.
Keywords:　lasercladding;temperaturefield;multi2passlasercladding
,HEChanghong,
1
3
2
PENGYun,TIANZhiling,ZHENGBaozhong,ZHAOXiubai
(1.SchoolofPhysicScienceandTechnology,YunnanUniversity,Kunming650091,China;2.InstituteforStructuralMaterials,Cen2tralIron&SteelResearchInstitute,Beijing100081,China;3.KaiyuanWeikePressureVesselCo.,Ltd,Kaiyuan112300,Liaon2ing,China.p101-104
Abstract:　Inordertoachievegoodtoughnessandstrengthinwelding10Ni5CrMoVsteel,heattreatmentisusuallycarriedouttoimprovethemechanicalpropertiesoftheweldmetal.10Ni5CrMoVsteelwasweldedwithrichArshieldinggas,andthemicrostructureandmechanicalpropertiesoftheweldmetalwereinvestigatedafterdifferentheattreatment.Theresultsindicatethatthemicrostructuresoftheweldmetalarebainite,martensiteandasmallamountofre2tainedaustenite.Afterquenchingandtempering,themicrostructureoftheweldmetalistemperedmartensite.Theamountofretained
©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net

800MPa级高强钢焊缝金属热处理组织与性能

推荐内容

相关推荐