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1、0Cr18Mo2与1Cr18Ni9Ti异种不锈钢 焊接区显微组织的分析 孙 宾 李亚江 迟 青 章希胜 (济南大学) (山东大学) (济南大学) 摘 要 采用光学显微镜、 扫描电镜(SEM)等设备对0Cr18Mo2和1Cr18Ni9Ti异种不锈钢焊接区进行 了研究。结果显示该异种不锈钢焊缝及A一侧组织为少量的铁素体和奥氏体,但铁素体一侧靠近熔合 区附近的铁素体晶粒有长大的倾向,这是使热影响区韧性下降的主要因素。 关键词 异种不锈钢 铁素体不锈钢 HAZ 组织结构 中图分类号 TQ05014 +1 文献标识码 A 文章编号 025426094(2004)0120017203 F/ A异种不锈钢焊
2、接结构多数应用于化学 工业、 炼油工业、 人造纤维、 食品、 医药及日用工业 的耐酸、 耐碱和高温的环境中,在设备运行中易在 铁素体不锈钢一侧发生脆性断裂。为了深入了解 异种不锈钢的焊接特性,笔者对0Cr18Mo2 + 1Cr18Ni9Ti异种不锈钢焊接区组织结构进行了 分析,制定合理的焊接工艺,以利于F/ A异种不 锈钢焊接的推广应用。 1 试验材料及方法 试验母材采用0Cr18Mo2铁素体不锈钢和 1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢,其中0Cr18Mo2铁素 体不锈钢是采用真空冶炼方法生产的高纯铁素体 不锈 钢,热 处 理 状 态: 850 10min ,空 冷; 1Cr18Ni9Ti奥氏体
3、不锈钢经1 050固溶处理, 水冷;试板尺寸为200mm150mm3mm。采用 00Cr18Ni2Mo2Nb合金系焊条,属钛钙型药皮超 低碳不锈钢焊条,熔敷金属的化学成分为:w(C) 0. 04 % ,w(Cr) 17 %20 % ,w(Ni) 11 % 14 % ,w(Mo)2 %2. 5 %。焊接电流90105A , 电弧电压2426V ,焊接速度0. 60. 8cm/ s。 根据国标GB2649289接头机械性能试验取 样方法、GB2650289焊接接头拉伸试验方法、 GB2651289焊接接头冲击试验方法进行试样的 制备和试验。 用线切割方法在焊接区域截取试样,经过磨 制和抛光后,对试
4、样焊接区域采用强腐蚀性溶液 (硝酸与盐酸的质量分数比为1 3) 进行侵蚀,用金 相显微镜、 扫描电镜(SEM)对不锈钢焊接区域的 组织结构进行分析。 2 试验结果及分析 F/ A异种不锈钢焊接接头拉伸试验和冲击 试验结果见表1。由表1可知,获得的焊缝金属 的抗拉强度与两侧母材的强度属于一个数量级 别,而屈服强度高于母材;其延伸率和冲击韧性处 于两种母材中间,焊缝的力学性能满足焊接接头 的要求。焊接接头拉伸试验中,接头的断裂处位 于靠近焊缝的铁素体不锈钢一侧。 表1 焊接母材及焊缝的力学性能 位 置 b/ MPas/ MPa/%AKV HV 0Cr18Mo256036034152198 1Cr1
5、8Ni9Ti55923569274195 焊缝54042038205265 2. 1 金相分析 金相观察表明,F侧热影响区受焊接热循环 影响的作用,晶粒长大,由于各晶粒取向不同,导 71第31卷 第1期 化 工 机 械 孙 宾,男,1966年生,讲师。山东省济南市,250022。 热能力各异,致使长大成不均匀状态(图1a) ;熔 合区左侧母材结构为未发生相变铁素体结构,晶 界上有少量的奥氏体组织,接下来为粗大的铁素 体晶粒。这些区域因组织粗大、 不均匀和化学成 分的变化,成为整个接头区力学性能和耐蚀性的 薄弱环节;焊缝金属的基体组织为奥氏体+铁素 体(图1c) ,在焊缝的快速冷却过程中,有少量
6、的 铁素体产生,并位于奥氏体的晶界上。这种少量 铁素体与奥氏体共存的焊缝组织具有强度和塑性 良好的综合性能,缺口的敏感性较低;A侧靠近焊 缝区的组织粗大(图1b) ,且晶粒长大的方向性比 较明显,由于组织的粗大导致塑性和韧性有一定 程度的降低。熔合区从左到右的变化是由柱状晶 奥氏体基体上分布有较大的骨架状铁素体,接着 是细小骨架状铁素体分布在窄小柱状晶奥氏体基 体上,紧邻的铁素体更加细小和破碎,不连续且无 方向性,基体奥氏体无明显的柱状晶特征;接下来 是单相的奥氏体。 图1 F/ A异种不锈钢焊接区的金相显微组织 2. 2 扫描电镜(SEM)分析 图2a为铁素体不锈钢一侧热影响区的扫描电 镜(
7、SEM)组织,热影响区未发生相变,晶粒呈颗粒 状,晶粒的晶界比较平直,为多边形。热影响区并 未发生相变,但是,靠近焊缝的热影响区组织明显 比母材的组织粗大,且随着距焊缝距离的增加,铁 素体的晶粒尺寸在减少。这是由于靠近焊缝的热 影响区得到的焊接热量多,晶粒长大明显。在焊接 中,只有尽可能减小焊接线能量,才能预防铁素体 不锈钢热影响区的过热组织和由于组织粗化而引 起的冲击韧性下降的现象。因此,焊接时低的焊接 电流和较快的焊接速度是保证焊接接头组织性能 的有效措施。图2b为奥氏体钢一侧热影响区的扫 描电镜(SEM)组织,具有明显的组织特征和变化规 律;图2c为焊缝的扫描电镜(SEM)组织,组织形态
8、 比较明显, 2铁素体分布于奥氏体晶界上;少量的 铁素体和奥氏体组织具有良好的力学性能。 图2 F/ A异种不锈钢焊接区的 二次电子像(SEM) 3 结论 3. 1 F/ A异种不锈钢采用00Cr18Ni12Mo2Nb焊 (下转第23页) 81 化 工 机 械 2004年 01775 H与01225H处。 c.固支时,当相对高度为015 ,一阶与二阶 相对频率为最大值。故在设计悬挂式塔设备时, 支座的适宜位置为015H处。 6 结束语 文中提出的计算炼油与化学工业中的悬挂塔 自振频率的方法,不但适用于悬挂塔自振频率的 计算,也同样适用于计算悬挂式的立式容器、 反应 器及蒸发器等设备的自振频率。
9、另外,还确定了 最适宜的支座位置,可供工程技术人员设计时参 考。 参考文献 1 苏翼林 1 材料力学.北京:高等教育出版社,1999 2 聂清德,连华英,侯曾炎 1 悬臂式塔设备的自振周期 1 化工机械,1982 ,9(5) :3641 (收稿日期:20032032 31) Calculation for the Natural Frequencies of Hanger Towers DUAN Zhenya , NIE Qingde , TAN Wei ( Tianjin University , Tianjin ,300072, China ) Abstract The calculati
10、onsof simple2support hanger towers and solid2support hanger towers were separate2 ly proposed for various support conditions. The calculation mentioned above were compared with the finite element method , the result was good. In addition , a discussion was made for the most suitable support po2 siti
11、on. Keywords Hanger Tower , Support Condition , Natural Frequency (上接第18页) 条焊接时,采用合理的焊接工艺,焊缝的组织为奥 氏体+铁素体,综合性能良好;焊接接头断裂处位 于靠近焊缝的铁素体一侧。 3. 2 焊接接头的铁素体不锈钢一侧的焊接热影 响区未发生相变,靠近熔合区的铁素体晶粒有长 大的倾向,焊接时应尽可能地防止其长大,以免此 处韧性降低,应采用较小的热输入。 (收稿日期:2003209227 ,修回日期:20032122 16) Analysis of the Microstructure in the Weld Z
12、one of 0Cr18Mo2 and 1Cr18Ni9Ti Dissimilar Stainless Steel SUN Bin1, LI Yajiang2, CHI Qing1, ZHANG Xisheng1 (1Jinan University , Jinan ,250022, Shandong , China;2Shandong University , Jinan ,250061, Shandong , China ) Abstract A study was made of the weld zone of 0Cr18Mo2 and 1Cr18Ni9Ti dissimilar st
13、ainless steel using optical microscope and SEM. The result shows that the compositions of the weld seam and Side A were a little ferrite and austenite , the ferrite crystal grains near the fusion zone on the ferrite side tended to grow up , they decreased the ductility. Keywords Dissimilar Stainless Steel , Ferrite Stainless Steel , HAZ, Microstructure (上接第32页) 企业的资产总额,销售收入以及利润等指标占系统内统计企业的相当一部分份额,对于整个机械工业的 发展作出了巨大贡献。 企业效绩管理是通过科学规范的效绩评价方法,运用投入产出分析为内在核心的综合效绩指标体 系进行考察,对照一定的标准进行比较分析,实现对企业经营成果和经营业绩的客观公正和真实的评 判,以此建立起科学而有效的激励和约束机制,使企业的一切经营活动围绕到提高效绩上来,从而推动 企业改善经营和实现长远发展目标。(吴宏富) 32第31卷 第1期 化 工 机 械