冶金論文發(fā)表熱處理對超低碳不銹鋼焊縫熔的影

　　摘 要：超低碳馬氏體不銹鋼大型鑄鍛件最終回火熱處理溫度一般不超過600℃，因而其焊后回火熱處理溫度要低于600℃，一般為550~570℃，這樣造成其焊接區(qū)的強度，比正?；鼗?熱處理溫度下的強度、硬度偏高。在限制條件下，為了盡量降低超低碳馬氏體不銹鋼鑄件焊接接頭的焊后殘余應(yīng)力，改善焊接接頭的綜合性能，進(jìn)行了焊后回火熱處理試驗，分析了延長回火保溫時間，對超低碳馬氏體不銹鋼焊縫強度、硬度、沖擊韌性和組織的影響。

　　關(guān)鍵詞：超低碳馬氏體不銹鋼鑄件,焊縫熔敷金屬,焊后回火熱處理,強度,硬度,沖擊韌度

　　1前 言 ：低碳馬氏體不銹鋼具有良好的淬透性、優(yōu)良的室溫和低溫力學(xué)性能、腐蝕疲勞強度 和動靜態(tài)斷裂韌性，是國內(nèi)外大型水輪機鑄件(上冠、下環(huán)、葉片等)廣泛應(yīng)用的材料。作為水輪機材料，除具有一定的耐腐蝕性能，耐磨性能以外，還需具有良好的抗空蝕性能和可 焊性，因此為了提高水輪機鑄件的抗氣蝕性能和焊接性，現(xiàn)在多設(shè)計采用00Cr13Ni5Mo 類型 的超低碳馬氏體不銹鋼材料。對于超低碳馬氏體不銹鋼的焊接，現(xiàn)在發(fā)展方向是采用同材質(zhì) 焊接材料焊接00Cr13Ni5Mo 型馬氏體不銹鋼。水輪機大型、重要的不銹鋼鑄件上冠、下環(huán)、 葉片明確要求使用同材質(zhì)焊接材料補焊。因此針對此種情況，研制開發(fā)了00Cr13Ni4Mo 型馬 氏體不銹鋼焊接用本體焊條 TY-Cr13Ni4L。但超低碳馬氏體不銹鋼是可調(diào)質(zhì)類型鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)后其強韌性較好，而焊縫熔敷金屬 組織為鑄態(tài)板條馬氏體, 由于回火條件的限制，其強度、硬度偏高，沖擊韌性偏低。為消除焊后殘余應(yīng)力，提高焊縫熔敷金屬的韌性，希望焊后回火溫度盡量高些。因此，為了找到兼 顧母材和焊縫性能的最佳焊后回火工藝參數(shù)，使焊接接頭具有良好的綜合性能，對超低碳馬氏體焊縫熔敷金屬進(jìn)行了不同回火參數(shù)下的回火熱處理試驗研究。

　　2試驗材料和方法 試驗材料 焊條 TYCr13Ni4L， 是專門研制用于 ZG00Cr13Ni4Mo 超低碳馬氏體不銹鋼鑄件補焊

　　試驗材料用本體焊條，鑄件化學(xué)成分。本試驗即采用自行研制的 TY- Cr13Ni4L 超低碳馬氏體不 銹鋼焊條，焊對接焊縫試板，焊接規(guī)范，取焊縫無稀釋熔敷金屬進(jìn)行試驗研究，對焊接 試板進(jìn)行焊后熱處理試驗，焊縫熔敷金屬化學(xué)成分。

　　試驗方法 分析回火熱處理保溫時間的延長對熔敷金屬硬度影響 ，根據(jù)轉(zhuǎn)輪上冠、下環(huán)和葉片等大型鑄件焊接技術(shù)要求，焊后回火熱處理溫度一般比性能熱處理回火溫度低30~50℃，本實驗確定研究回火熱處理溫度為570℃，分別制取5 個試塊, 在該溫度下進(jìn)行了保溫4h、8h、12h、16h、20h 的回火熱處理試驗，并對五個試塊進(jìn) 行了維氏硬度分析， 檢測設(shè)備為 TuKon 2100B 全自動顯微維氏硬度計， 熱處理設(shè)備 DL07-1040 臺車式熱處理爐，回火曲線。 2.2.2 延長回火熱處理保溫時間對熔敷金屬強度、沖擊韌度的影響

　　在完成試驗后，根據(jù)試驗結(jié)果，取兩塊試板，在570℃的回火熱處理保溫溫度， 分別進(jìn)行保溫4h、16h 焊后回火熱處理試驗，并分別對兩塊試板的焊縫無稀釋熔敷金屬進(jìn)行 沖擊(0℃)、常溫拉伸和金相分析;檢測設(shè)備為 CBD-500電子式擺錘沖擊試驗機、CSS44300 電子拉伸試驗機，200MAT 金相顯微鏡圖像分析儀，熱處理設(shè)備 DL07-1040臺車式熱處理爐。

　　3 試驗結(jié)果與討論 不同回火熱處理保溫時間對熔敷金屬硬度的影響

　　超低碳馬氏體不銹鋼是可調(diào)質(zhì)類型鋼，其本體焊條熔敷金屬力學(xué)性能受焊后熱處理影響[3]，對不同的試塊同在570℃時進(jìn)行不同保溫時間的焊后回火熱處理，其對應(yīng)硬度值。從中可以看出，隨著回火保溫時間的延長焊縫無稀釋熔敷金屬維氏硬度逐漸降低，在 達(dá)到16h 時得到了熔敷金屬硬度最低值，繼續(xù)保溫其硬度值出現(xiàn)上升;本次試驗用同種焊條進(jìn)行了兩次重復(fù)試驗得到相同規(guī)律，分析認(rèn)為，在回火保溫過程中發(fā)生了鉻的碳化物聚集成 微觀粒子，隨著碳化物從基底組織中析出越來越多，硬度迅速降低;保溫到一定時間，在該溫度，鉻的碳化物聚集到最大值硬度會降到一個最低值，繼續(xù)保溫硬度值不會再降低。 不同回火熱處理保溫時間對熔敷金屬強度、沖擊等力學(xué)性能的影響 根據(jù)試驗結(jié)果，確定采用 TY-Cr13Ni4L 超低碳馬氏體不銹鋼焊條，焊對接試板， 進(jìn)行在570℃時，分別保溫4h、16h 焊后回火熱處理對比試驗, 熱處理規(guī)范同，對熱處理試板焊縫無稀釋熔敷金屬進(jìn)行了力學(xué)性能和組織分析，力學(xué)性能。 通過力學(xué)性能可以看出，在同一溫度, 即由于鍛件本體最終性能回火熱處理溫度限制，焊后回火溫度不能太高時, 通過延長焊后回火熱處理保溫時間，焊縫熔敷金屬的抗拉強度有所下降， (0℃)沖擊值提高，即隨著保溫時間的延長，熔敷金屬的韌性得到改善, 綜合力學(xué)性能趨向更好。 分析可以看出，在回火熱處理時，只保溫4h 時，組織為板條馬氏體和晶界 碳化物，但板條馬氏體較粗大，回火的跡象不明顯，對比分析，為回火保溫16h 的馬氏體 組織, 回火作用明顯，板條馬氏體組織較細(xì)小，并且與組織比較，其組織晶界明顯，即鉻的碳化物聚集多;是因為在延長回火保溫時間時，鉻的碳化物由過飽和組織內(nèi)析出[4]逐漸 的在晶界處發(fā)生聚集，延長保溫時間，鉻的碳化物析出聚集增多;對應(yīng)分析相應(yīng)試板性能，可見延長回火保溫時間，組織細(xì)化和過飽和組織內(nèi)碳化物的析出, 使熔敷金屬的抗拉強度略 有下降，而韌性和綜合力學(xué)性能得到改善。

　　4 20CrNi2Mo鋼是一種新型的滲碳齒輪鋼，合金元素含量較高，經(jīng)過熱處理后因具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能以及耐磨性，而被廣泛應(yīng)用在重載齒輪、滲碳軸承以及農(nóng)用機械磨損件等要求耐磨損、耐沖擊的零件上。當(dāng)其用于制造重載齒輪時，由于重載齒輪傳遞動力大，承受較大載荷，因此在實際應(yīng)用時存在眾多的問題和缺陷。在重載齒輪熱處理時，工藝復(fù)雜，不便控制且成本也較高，易產(chǎn)生變形。因此針對熱處理后變形問題提出了新的熱處理工藝，研究了新的熱處理工藝以及原始工藝尺寸對20CrNi2Mo鋼性能的影響，旨在探索新的熱處理工藝提高20CrNi2Mo鋼的性能，減少熱處理變形量。

　　實驗所用的20CrNiMo鋼已經(jīng)過軋制退火處理，研究兩種熱處理工藝方案對其拉伸性能、沖擊性能、硬度、畸變量以及顯微組織的影響。原始熱處理工藝方案是：920℃×8h滲碳+650℃×3h回火、820℃×6h淬火+180℃×2h回火。改進(jìn)后的熱處理工藝方案是：930℃×4h正火+930℃×10h滲碳、830℃×3h淬火+180℃×8h回火。對經(jīng)兩種工藝熱處理的試樣，分別進(jìn)行性能測試和顯微組織觀察。拉伸性能測試在INSTRON-5569萬能電子材料試驗機上進(jìn)行。硬度測試采用兩種硬度測量方法(洛氏硬度和顯微硬度)，用HR-150手動型洛氏硬度計測量金相試樣表面的硬度;顯微硬度的測量采用HV-1000型顯微硬度計進(jìn)行測量。采用夏比U形缺口試樣測試沖擊韌度。分別對經(jīng)過不同熱處理工藝加工的試樣進(jìn)行磨光、拋光、腐蝕，制成相應(yīng)的金相試樣，然后用OlympusBH2-UMA型光學(xué)金相顯微鏡對顯微組織進(jìn)行觀察，結(jié)果表明：采用改進(jìn)后的熱處理的熱處理工藝，試樣的伸長率、斷面收縮率、沖擊韌度與原始工藝相比變化不大，抗拉強度、表面硬度、熱處理畸變量均比用原始熱處理工藝處理的性能要好(見表1)，因此重載齒輪用20CrNi2Mo鋼熱處理時應(yīng)采用改進(jìn)后的熱處理工藝代替原始工藝，為擴大20CrNi2Mo鋼應(yīng)用領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。

　　5 結(jié)束語

　　在本實驗研究中得出，在一定回火熱處理保溫溫度下，對 TYCr13Ni4L 超低碳馬氏 體焊條熔敷金屬進(jìn)行焊后回火熱處理： 5.1 隨著保溫時間的延長，焊條熔敷金屬的硬度逐漸降低，延長到一定時間，硬度降到最低值。 5.2 延長焊后回火熱處理的保溫時間, 板條馬氏體組織內(nèi)過飽和碳化物在晶界聚集析出，組 織得到細(xì)化，使熔敷金屬的強度略有下降而沖擊韌性有所提高，綜合力學(xué)性能得到一定改善。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 徐玉君. 00Cr13Ni5Mo 馬氏體不銹鋼焊接材料及焊接工藝方法的研究[J]. 機械科學(xué)研究院哈爾濱焊接研究所碩士研究論文.

　　[2] Erich Folkhard 著, 栗卓新,朱學(xué)軍譯. 不銹鋼焊接冶金[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社.2004.

　　[3] 馬迅. 熱處理對0Cr13Ni4Mo 馬氏體不銹鋼組織和性能的影響[J]. 特殊鋼, 1995(5): 19~22.

　　[4] 伊延國,朱元吉. 馬氏體不銹鋼的熱處理和性能[J]. 國外金屬熱處理, 1996(6): 38~40.

　　[5]《金屬材料與熱處理》， 劉玉茹主編

　　[6]《金屬材料與熱處理》，羅會昌主編

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