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          行業資訊

          1.4003不銹鋼和0Cr18Ni9不銹鋼焊接接頭的組織和力學性能


          目前,經濟型鐵素體不銹鋼以其優良的性能和經濟的價格作為閥體材料受到越來越多的關注。 1.4003不銹鋼(歐洲標準EN10088)是1995年在德國以3Cr12為基礎開發的超低碳、低鉻經濟型鐵素體不銹鋼。鋼材具有中等抗腐蝕性、中等強度、良好的耐磨性和較低的維護成本,已廣泛應用于交通運輸、框架結構、制糖、石油化工和采礦等各個行業。

          本文通過焊接工藝試驗、拉伸、彎曲、沖擊等力學性能試驗和顯微分析,研究了1.4003鐵素體不銹鋼與0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接接頭的組織和力學性能。鋼鐵生產應用提供了理論基礎。

          1 試驗材料和方法

          1.1 材料準備與焊接

          試驗材料為歐標EN10088——-1.4003鐵素體不銹鋼和GB/T1220-1992——-0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼,兩種鋼的化學成分見表1,力學性能見表2。 MIG/GMA焊接,焊接材料為ER308-L(AWS標準)奧氏體不銹鋼絲,保護氣體為Ar+(O2) 3%。對接焊試板開60V型坡口,1.4003鐵素體不銹鋼試板尺寸為200mm100mm8mm,0Cr18Ni9試板尺寸為200mm100mm6mm。

          1.2 測試方法

          1.2.1 機械性能測試

          焊縫接頭試驗材料沿垂直于焊縫的《焊接接頭拉伸試驗方法》方向取樣,拉伸試驗按GB/T2651-1989進行,彎曲試驗按GB/T2653-1989進行,彎曲試驗進行按GB/T2653-1989執行。維氏硬度試驗于1999年按GB/T4340進行,沖擊試驗采用55mm10mm5mm的V型缺口試樣,缺口開在距焊縫、熱影響區和母材1.5mm處,分別。測試溫度為室溫、-20 和-40 C。 1.2.2 顯微組織和斷口形貌分析采用BX51M金屬顯微鏡和JSM-6460LV掃描電鏡觀察和分析焊接接頭的顯微組織和沖擊試驗斷口。

          2 測試結果、分析與討論

          2.1 拉伸試驗結果與分析

          表4為1.4003鐵素體不銹鋼和0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接接頭拉伸試驗結果。從表4可以看出,焊接接頭的抗拉強度與母材相當,延伸率也接近于1.4003鐵素體不銹鋼母材。

          2.2 彎曲試驗結果及解釋

          1.4003鐵素體不銹鋼與0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接接頭彎曲試驗結果見表5。從表中可以看出,焊接接頭前彎和后彎的彎曲角度均為180,焊接接頭的彎曲性能良好。

          2.3 沖擊試驗結果及分析

          1.4003鐵素體不銹鋼和0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接接頭在室溫、-20和-40下的沖擊試驗結果見表6。試驗結果表明,焊縫、1.4003不銹鋼側熱影響區、0Cr18Ni9不銹鋼側熱影響區、0Cr18Ni9不銹鋼母材在室溫、-20和-40下的吸震能量均保持在較高水平.在相同溫度下,焊縫的平均減震能量略低于雙面母材,0Cr18Ni9不銹鋼面的HAZ減震能量與1.4003鐵素體不銹鋼相同?;A材料。 1.4003鐵素體不銹鋼側的HAZ沖擊吸收能量低,是整個焊縫的弱環,隨著溫度的降低,沖擊吸收能量顯著下降。

          圖1 顯示了1.4003 鐵素體不銹鋼和0Cr18Ni9 奧氏體不銹鋼之間的焊接接頭在-40 C 沖擊試驗中的斷裂模式。從圖中可以看出,焊縫的沖擊斷裂形式,0Cr18Ni9側HAZ,1.4003母材和0Cr18Ni9母材基本都是凹坑,所以吸震能量較高,韌性好。 1.4003不銹鋼側面HAZ的沖擊斷裂形式為粗解理,粗晶是沖擊吸收能下降的主要原因。

          2.4 硬度測試結果與分析

          圖2為1.4003鐵素體不銹鋼與0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接接頭硬度分布曲線??梢钥闯?,1.4003鐵素體不銹鋼的平均硬度為HV189,0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼的平均硬度為HV180。 1.4003鐵素體不銹鋼熔合線附近的硬度值波動較大,最小值HV167,最大值HV215,焊縫平均硬度HV198,高于兩種母材。

          2.5 金相分析

          圖3為1.4003鐵素體不銹鋼和0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接接頭的焊縫、熱影響區和金相組織。焊縫組織為白色奧氏體基體+網狀鐵素體,焊縫含有7%8%的鐵素體,從熔體比和舍弗勒相圖可以看出。奧氏體不銹鋼焊縫中會形成5%10%的鐵素體,以防止熱裂。圖3b 顯示了0Cr18Ni9 奧氏體不銹鋼側面的HAZ 顯微組織,左側為焊縫,右側為熱影響區。從圖中可以看出,焊縫組織和母材組織都是奧氏體,所以混合在一起,對焊縫沒有一定的限制。圖3c為1.4003鐵素體不銹鋼側HAZ,左側為奧氏體焊縫區,右側為鐵素體熱影響區,熔線邊界為1.4003側HAZ過熱區鐵素體不銹鋼側,粒度達到1-2級,寬約0.48mm??梢钥闯?,焊接熱循環使鐵素體晶粒長大,過熱區寬度較小,但對1.4003鐵素體不銹鋼側面HAZ的低溫沖擊韌性有嚴重影響. 1.4003鐵素體不銹鋼的母材組織以鐵素體為主,晶粒度為7-8。 0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼母材為雙晶奧氏體晶粒,其上有沿加工變形方向分布的鐵素體黑色條紋。

          3 結論

          (1) 1.4003鐵素體不銹鋼和0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接接頭的抗拉性能與母材相當,接頭彎曲性能好,接頭沖擊性能在1.4003的HAZ鐵素體不銹鋼側最壞情況溫度隨著它的下降,這部分的減震作用大大降低。

          (2) 1.4003鐵素體不銹鋼與0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼的焊縫平均硬度在HV160200之間,焊縫平均硬度高于母材.雙面,1.4003不銹鋼側熔線附近的硬度曲線波動較大,0Cr18Ni9不銹鋼側熔線附近的硬度曲線較為平坦。

          (3) 1.4003鐵素體不銹鋼與0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接,焊縫為奧氏體+(7%~8%)鐵素體雙結構,1.4003鐵素體不銹鋼側HAZ過熱區晶粒清晰可見生長和單身的。焊接鐵素體結構會導致塑性和韌性降低時,必須使用較小的焊接工藝參數。


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