不同焊材匹配与时效处理对异种钢焊接接头显微结构与力学性能的影响.pdf

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不同焊材匹配与时效处理对异种钢焊接接头显微结构与力学性能的影响1 不同焊材匹配与时效处理对异种钢焊接接头显微结构与力学性能的影响2 不同焊材匹配与时效处理对异种钢焊接接头显微结构与力学性能的影响3 不同焊材匹配与时效处理对异种钢焊接接头显微结构与力学性能的影响4 不同焊材匹配与时效处理对异种钢焊接接头显微结构与力学性能的影响5 不同焊材匹配与时效处理对异种钢焊接接头显微结构与力学性能的影响6 不同焊材匹配与时效处理对异种钢焊接接头显微结构与力学性能的影响7 不同焊材匹配与时效处理对异种钢焊接接头显微结构与力学性能的影响8 不同焊材匹配与时效处理对异种钢焊接接头显微结构与力学性能的影响9 不同焊材匹配与时效处理对异种钢焊接接头显微结构与力学性能的影响10
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不同焊材匹配与时效处理对异种钢焊接接头显微结构与力学性能的影响75不同焊材匹配与时效处理对异种钢焊接接头显微结构与力学性能的影响EffectofDifferentWeldingMaterialMatchingandAgingTreatmentonMicrostructureandMechanicalPropertiesofDissimilarSteelWeldedJoints黄本生,刘阁。,黄龙鹏。,刘辉。,张怀辉(1西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;2西南石油大学材料科学与工程学院,成都6105OO)——HUANGBensheng,LIUGe。,HUANGLongpeng。,—LIUHui.ZHANGHuaihui(1StateKeyLabofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu610500,China;2SchoolofMaterialsScienceandEngineering,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu610500,China)摘要:采用金相显微镜、万能试验机、冲击试验机、显微硬度计等对Q235/3161异种钢焊接接头的显微结构和力学性能进行研究。结果表明:在Q235/316I异种钢焊接中,以AO42作为堆焊焊材,A022作为填充焊材,可使异种钢焊接接头℃的组织和力学性能得到提高;经300x2h保温,空冷时效处理后的异种钢焊接接头的综合性能优于500 ̄C×2h,7000C×2h保温,空冷时效处理及不进行时效处理的异种钢焊接接头。这是由于铁素体、珠光体的存在使其屈服强度和抗拉强度得到了较大提高,同时,氢的消除及逆转变奥氏体数量的增加也使焊缝区和3l6LHAZ冲击韧性有所提高。关键词:Q235/316L;异种钢焊接;焊材匹配;时效处理—doi:10.3969/j.issn.10014381.2013.08.013中图分类号:TG44文献标识码:A——文章编号:10014381(2013)08007510Abstract:Themicrostructureandmechanica1propertiesofQ235/316LdissimilarsteelweldingJointswereresearchedbyusingmetallurgicalmicroscope,universaltestingmachine,impacttestenginery,—microhardnesstesteretc.TheresultsshowedthatmicrostructureandmechanicalpropertiesofdissimilarsteelweldedointswereimprovedintheprocessofQ235/316Ldissimilarsteelwelding,whiletheA042wasusedasasurfacingweldingmateria1andtheA022wasusedasafil1weldingmateria1.The℃performancedissimilarsteelweldedointsof300×—2hinsulationandaircooledagingtreatmentwas℃superiortothatof500×℃2h,700×—2hinsulation,aircooledagingtreatmentandnonagingtreatment.Itwascausedbyexistenceferriteandpearlite,SO,yieldstrengthandtensilestrengthweregreatlyimproved.Atthesametime,weldzoneand316LHAZimpacttoughnesswereincreased,duetOtheeliminationofhydrogenandreversechangeausteniteamountOfgrowth.Keywords:Q235/316I;dissimilarsteelwelded;weldingmaterialmatching;agingtreatment现代工业的迅速发展和科学技术的不断进步,对焊接构件特别是异种钢焊接接头的组织性能提出了更高要求。然而,由于化学成分、热膨胀系数的不同以及碳的迁移等原因,异种材料的焊接比同种材料的焊接具有更大的挑战。母材的组织性能差异将导致明显的焊接缺陷,如稀释率过高、未熔合等,这将使焊接接头力学性“能降低卜。近年来,为了克服技术问题并充分利用不同金属的优越性能,在异种金属焊接中获得高质量的焊接接头,国内外许多学者从焊接工艺等方面对异种钢焊接做了大量研究_6,然而,对Q235/316I异种钢焊接的研究比较少。本工作在分析Q235/316I性能的基础上,研究了不同的焊材匹配和时效处理对Q235/316L异种钢焊接接头的组织和力学性能的影响,以期为未来的异种钢焊接研究及实际生产应用提供参考。76材料工程/2013年8期1实验材料与方法1.1实验材料焊接实验所用母材为Q235钢板和316L不锈钢钢板,尺寸规格均为200ram×100ram×14mm,其化学成分如表1所示。所用焊条均为不锈钢焊条,牌号分别为A132,Ao42和AO22,其化学成分如表2所示。表1Q235和316L不锈钢的化学成分(质量分数/%)Table1ChemicalcompositionsofQ235and316L(massfraction/)1.2实验方法基于文献调研和现场实践,采用手工焊条电弧焊(ShieldedMetalArcWelding,SMAW)进行以下3组焊接实验。第1组,用E347~16(A132)+E316L一16(A022)作为堆焊材料,先在Q235坡口上堆焊A132约2~3mm,然后再堆焊AO22约2~3mm,最后用—A022填充焊接;第2组,先用E34716(A132)作为堆焊材料(约3~5ram),然后用AO22填充焊接;第3组,先用E309MoL一16(AO42)作为堆焊材料(约3~5ram),然后用AO22填充焊接。焊接工艺参数如表3所示。焊接示意图如1所示。焊接后,选用最优质的焊接接头进行时效处理,把表3不同焊材匹配下的焊接工艺参数Table3Weldingparametersofdifferentweldingmaterialmatching图1异种钢焊接示意图Fig.1Schematicsofthedissimilarsteelwelding℃试样分为3组,分别做300×℃2h,500×2h,℃700×2h保温后,空冷时效处理。根据实验相关规—范,采用金相显微镜(VMDP3008)、万能试验机(WDW一10oo)、冲击试验机(JB-30B)、显微硬度计—(HVlOOO)等设备对上述实验试样分别进行组织结构观察及力学性能测试。2结果与分析2.1焊材匹配对焊接接头性能的影响2.1.1显微组织不种焊接工艺下异种钢焊接接头Q235熔合线与堆焊层的金相组织如图2所示。由图2可知,熔合区“”主要为针状组织和不易腐蚀的白亮带。堆焊层与Q235之间有非常清晰的熔合线,此熔合线是由合金的浓度梯度造成的,熔合线越明显表示Q235和堆焊金属结合的越不好。比较可知AO42组结合的较好,而且AO42组堆焊层及熔合区的组织相近且最为细密(图2(c),(f))。0.235热影响区(HeatAffectedZone,HAZ)的金相组织如图3所示。Q235HAZ和母材晶粒都出现明显的变大,三者相比较下,A042组的晶粒要细一不同焊材匹配与时效处理对异种钢焊接接头显微结构与力学性能的影响83℃℃长率和300时效后的相比却略有减少。700时效处℃理后,焊接接头的屈服强度,抗拉强度值均小于500时℃℃效后的大于未时效处理和300时效处理的。300时效处理后,虽然焊接后相当于淬火的焊接应力得到了消除,使伸长率增加,但也导致了屈服强度的降低,再加上过饱和碳的析出,从而阻碍了位错的运动。此外,氢在奥氏体中的溶解度远大于在铁素体中的溶解度,因此℃300时效后能充分改善接头的抗裂性,从而增加抗拉℃强度。500时效处理后,残余奥氏体的数量不断减少,其分解的产物渗碳体尺寸细小,弥散,阻碍了位错的运动,从而导致了屈服强度的提高。碳化物以粒状和球状析出,使屈服强度降低。而残余奥氏体数量的不断减℃少,会使伸长率降低。700时效处理后,Q235HAZ形成了网状的碳化物,导致了强度和韧性的急剧下降。图12不同时效后异种钢焊接接头的拉伸性能Fig.12Tensilepropertiesofdissimilarsteelweldedjointsafterdifferentagingtreatments2.2.3冲击韧性不同时效处理后异种钢焊接接头的冲击韧性如图13所示。可知,随着时效处理温度的升高,Q235HAZ的冲击值略有减少,这是因为焊后焊缝组织不平衡,固溶组织处于过饱和状态,特别是马氏体组织。随着时效处理温度的提高及保温时问的延长,碳原子不断析出、内应力不断消除、碳化物不断沉淀会使冲击韧性提高,但是残余奥氏体的减少又会使冲击韧性减小。—焊缝中的AM晶界与316LHAZ是氢的富集区,氢的消除让焊缝区和316LHAg冲击韧性有所提高。℃500时效处理后,残余奥氏体开始不断分解形成球状的渗碳体和铁素体,使冲击韧性提高,焊缝的冲击值保持大致相同。而316LHAZ母材的冲击值却急剧减少,这是由于残余奥氏体的分解速率增加(残余奥氏体在钢中的作用是增加其韧性),其数量不断减少,同时在晶界处析出的第二相使晶界破坏,加剧了冲击韧性℃的降低。700时效处理后,Q235HAZ的冲击韧性急剧减少,焊缝的冲击值略有提高,316LHAZ的冲击值明显提高。这是因为随着温度的提高和时间的延长,Fe。C尺寸不断增大,晶界和晶内大颗粒第二相不断长大,形成的网状碳化物破坏了晶界,因此导致了冲℃击韧性的急剧下降,而在700表现的最为明显;316L和焊缝是由于温度提高,Fe。C不断地溶入a基体,碳化物以MX和M。C的形式析出并长大,与奥氏体晶粒脱离了共格关系,从而使冲击值提高。g呈兰昌}图13不同时效后异种钢焊接接头的冲击韧性Fig.13Impacttoughnessofdissimilarsteelweldedjointsafterdifferentagingtreatments2.2.4硬度测试不同时效后异种钢焊接接头显微硬度测试结果如图14所示。未经热处理的试样接头在焊缝的两侧存在两个高硬度区,对应两个熔合区,而Q235HAZ和316LHAZ硬度比母材有所升高,结合金相组织分析可知,Q235HAz是由于焊缝合金元素的扩散,使该区合金元素含量升高,而后在快速冷却中该区域形成了类马氏体等淬硬组织,使该区域硬度升高;不锈钢熔合区也有合金元素扩散,并且也是由于异种材料的差异及很大的温度梯度,形成了不同的Ms点,造成了马氏体组织的不同。另一原因是,靠近Q235HAZ形成℃的脱碳层造成了焊缝区间有很大的硬度差异。300时效处理后,试样的Q235母材、HAZ、堆焊层、焊缝硬度都有升高,特别是在HAZ到堆焊层一段硬度增加明显。结合金相组织分析可知,Q235HAZ硬度升高的原因是,Q235晶粒粗大,显微硬度测试的压痕较小。Q235熔合区和热影响区硬度很高则是由于焊缝合金元素扩散使这两个区域合金元素含量升高,晶粒固溶强化效果明显,同时长时间保温后合金元素以碳化物形式析出,产生了弥散强化。焊缝和316L熔合区则℃由于晶粒粗化、增碳层的出现使硬度稍有升高。500℃时效处理后,其硬度变化趋势大致同300的相同,但是平均较300。C时效后的试样小。特别是在Q235HAZ,由于形成了等轴的铁素体晶粒,冷却后形成铁素体和少量粒状渗碳体,因此马氏体结构减少或消失,加":284材料工程/2013年8期℃使硬度逐渐下降。700时效处理后,其硬度变化趋势与其他时效处理后的大致相同,在堆焊层硬度达到最大值,这是由于经高温时效处理后,碳的扩散使熔合区附近变成富碳区,硬度升高,邻近熔合区的母材变为贫碳区,硬度下降;同时碳的扩散也导致了316L增碳层的出现,使硬度升高。由金相分析与力学性能分析综℃合可知,经300时效处理的焊接接头的综合性能较好,能够达到规范要求。图14不同时效后异种钢焊接接头的显微硬度Fig.14Microhardnessofdissimilarsteelweldedjointsafterdifferentagingtreatments3结论(1)在Q235/3161异种钢的焊接中,采用A042(高Cr,Ni含量)焊条堆焊时,可以得到性能优良的异种钢焊接接头,此接头的焊缝组织主要为奥氏体基体上分布有一定数量的蠕虫状的a铁素体。℃(2)相对于500,700时效处理以及不进行时效℃处理的异种钢焊接接头,经300×2h保温,空冷时效处理的异种钢焊接接头由于铁素体、珠光体的存在使其屈服强度和抗拉强度得到了较大提高,同时由于氢的消除及逆转变奥氏体数量的增加也使焊缝区和316LHAZ冲击韧性有所提高。(3)在Q235/316L异种钢的焊接中,采用A042焊条作为堆焊材料,A022为填充材料,焊接电流为110~130A,电压为23~26V,焊接速率为50mm/min℃焊接后,再经300×2h保温,空冷时效处理,可得到综合性能优越的Q235/316L异种钢焊接接头。[1][2]参考文献——WANGShaogang,MAQihui,LIYan.Characterizationofmicrostructure,mechanicalpropertiesandcorrosionresistanceofdissimilarweldedjointbetween2205duplexstainlesssteeland—16MnR[J].MaterialsandDesign,2011,32(2):831837.CHENTP.ProcessparametersstudyonFSWjointofdissimilarmetalsforaluminumsteel[J].JournalofMaterialsScience,2009,44(10):25732580.[3]JONESWKC.Heattreatmenteffecton2CrMojointsweldedwith——anickelbasedelectrode[J].WeldJ,1974,53(3):225231.—[4]SCHMIDTGC,CAIIGIURIRD,EISELSTEINLE.Lowtempera—turesensitizationoftype304stainlesssteelpipeweldheataffectedzone[J].MetallurgicalTransactionsA,1987,18(8):14831493.—[5]CAOJian,YIGong.MicrostructureandmechanicalpropertiesofdissimilarmaterialsjointsbetweenT92martensiticand¥304Haustenitic—steels[J].MaterialsandDesign,2011,32(5):27632770.[6]吾之英,胡建群,李强,等.核级管道异种钢焊接缺陷的性质成因—及解决对策[J].动力工程学报,2010,30(1):7982.—WUZhiying,HUJianqun,LIQiang,eta1.Identificationandcauseanalysisofweldingdefectsindissimilarsteeljointsnuclearpipelineandthecountermeasures[J].JournalofChineseSocietyofPowerEngineering,2010,30(1):7982.[7]刘中青.异种金属的焊接[].北京:机械工业出版社,1997.2425.[8]李亚江,王娟.异种难焊材料的焊接与应用[M].北京:化学工业出版社,2004.210212.r9]MUTHUPANDIV,SRINIVASANBALAP,SESHADRISK,—eta1.Effectofweldmetalchemistryandheatinputonthestructureandpropertiesofduplexstainlesssteelwelds[J].MaterSci——Eng:A,2003,358(12):916.r10]CAMG,ERIMS,YENNIC,eta1.Determinationofmechanicalandfracturepropertiesoflaserbeamweldedsteeljoints[J].—WeldJ,1999,78(6):193201.[11]TABANE,GOULDJE,LIPPOLDJC.Dissimilarfrictionweldingof6061一T6aluminumandAISI1018steel:propertiesandmicrostructuralcharacterization[J].Materials8LDesign,2O10,31(5):23052311.—[12]SONGJI,LINSB,YANGCL,eta1.Analysisofintermetal—lielayerindissimilarTIGweldingbrazingbuttjointofalumin—iumalloytostainlesssteel[J].ScienceandTechnologyofWeld—ing&Joining,2010,15(3):213218.[13]ROULINM,LUSTERJW,KARADENIZG,eta1.Strength—andstructureoffurnacebrazedjointsbetweenaluminumand—stainlesssteel[J].WeldJ,1999,78(2):151155.[14]SIREESHAM.Microstructuralfeaturesofdissimilarweldsbetween316Lausteniticstainlesssteelandalloy800[J].Materials—ScienceandEngineering:A,2000,292(4):7482.[15]LIPPOLDJC,SAVAGEWF.Solidificationofausteniticstainlesssteelweldments:part2-theeffectofalloycompositionon—ferritemophol。gy口].WeldingJournal,1980,59(2):4858.r16]SCHMIDTGC,CALIGIURIRD,EISELSTEINIE.Iowtemperaturesensitizationoftype304stainlesssteelpipeweld—heataffectedzone[J].MetallurgicalTransactionsA,1987,18(8):1483~1493.“”基金项目:油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学)开放基金资助(PIN0905);中国博士后科学基金资助(20090461347)——收稿日期:20120515;修订日期:2O121116作者简介:黄本生(1969),男,博士,副教授,主要从事资源综合利用、材料表面工程方面研究工作,联系地址:四川I省成都市西南石油大学材—料科学与工程学院(610500),Email:hbslxlc}@163.tom∞∞—一>}I一0ll口JBI10B、I
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