12Cr1MoV低合金鋼管焊接處組織、顯微硬度的檢驗(yàn)和分析

[ 關(guān)鍵詞：12Cr1MoV低合金鋼管 焊接 顯微硬度 　發(fā)表日期：2022-03-17 15:22:33 ]

　　某公司將材質(zhì)/鋼號(hào)/牌號(hào)/鋼級(jí)為12Cr1MoV低合金鋼管進(jìn)行焊接后取樣，檢驗(yàn)其力學(xué)性能，并重點(diǎn)對焊接處的組織、顯微硬度進(jìn)行了檢驗(yàn)和分析。其結(jié)果表明，焊縫及熱影響區(qū)組織與標(biāo)準(zhǔn)焊接組織基本相符，使用效果較好，并能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 焊接部位的組織與顯微硬度

　　從中觀察到，焊接處質(zhì)量較好，焊接表面較光滑，無表面砂眼和小孔洞等缺陷，焊紋圓滑，表面光亮。對12Cr1MoV取樣后進(jìn)行拉伸和冷彎試驗(yàn)，力學(xué)性能檢測結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。其基體與焊接處化學(xué)成分見表2 。 從表2 看出，基體(母材) 的w (C) 、w (Mn) 很低，幾乎處于標(biāo)準(zhǔn)值下限，w (Si) 也不高;焊縫處焊料各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比基體稍高一些。

　　在焊接處截取試樣，經(jīng)磨制、拋光酒精吹干后檢驗(yàn)，結(jié)果是存在硫化物015～1 級(jí)，球狀氧化物1～2 級(jí)。 圖1 表2 表2 焊接部位組織主要分為焊縫區(qū)、粗晶區(qū)(過熱區(qū)) 、細(xì)晶區(qū)和基體[1 ] 。焊縫區(qū)的組織主要是先共析鐵素體+ 貝氏體(圖2) ，先共析鐵素體內(nèi)部貝氏體晶粒度大于10 級(jí)，先共析鐵素體晶粒度約3 級(jí);粗晶區(qū)(過熱區(qū)) 組織主要為貝氏體+ 鐵素體，晶粒粗大，最大晶粒度約3～4 級(jí)，且大小不均(圖3) ;細(xì)晶區(qū)為貝氏體+ 鐵素體，晶粒細(xì)小，晶粒度7～8 級(jí)(圖4) ; 基體組織主要為鐵素體+ 珠光體，晶粒度約8 級(jí)(圖5) 。

2 焊接部位的顯微組織與硬度

　　拉伸試驗(yàn)結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)，但抗拉強(qiáng)度很低。其原因是，斷裂位置在母材上，焊接處的抗拉強(qiáng)度肯定比斷裂位置處要高，這符合使用要求。從母材成分上分析，母材成分中的w (C) 、w (Mn) 幾乎都在下限，w (Si) 也較低;而普通低合金鋼最常用且起固溶強(qiáng)化作用(使鐵素體強(qiáng)度、硬度提高) 的元素是錳，其次是硅[2 ] ; 由于母材中w (C) 、w (Mn) 、w (Si) 都很低，其共同作用使母材抗拉強(qiáng)度較低，同時(shí)硬度也較低。焊接處夾雜物主要有硫化物015～1 級(jí)，球狀氧化物1～2 級(jí)，對焊接處性能的影響不是很大。

（1）焊縫區(qū)域

　　焊縫區(qū)域的組織由先共析鐵素體+ 細(xì)小貝氏體組成。其中貝氏體晶粒細(xì)小，晶粒度大于10 級(jí);先 共析鐵素體晶粒度約3 級(jí)。這種組織的低合金鋼焊縫具有較高的強(qiáng)度[3 ] ，也同時(shí)具有較高的硬度。一 般是硬度值高的區(qū)域則強(qiáng)度值也高[ 1 ] ;反之，強(qiáng)度值高的區(qū)域則硬度值也高。由表3 知，焊縫區(qū)的顯微硬度值平均值為297 HV ，比粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)、基體組織的硬度值要高。這是該區(qū)域的組織、成分、晶粒度 共同作用的結(jié)果:該區(qū)域的組織為貝氏體+ 鐵素體;焊縫處w (C) 、w (Mn) 、w (Si) 較高;晶粒度大于10 級(jí)，晶粒細(xì)小。

（2）粗晶區(qū)

　　粗晶區(qū)的組織被加熱范圍為TKS (晶粒開始急劇粗化溫度) ～ TM (熔點(diǎn)) 。當(dāng)加熱至約1 100 ℃以上時(shí)，奧氏體晶粒開始急劇長大，尤其在約1 300 ℃以上晶粒更是十分粗大，焊后該區(qū)的平均晶粒度達(dá)3 級(jí)以上(手工電弧焊和氣焊) [1 ] 。檢驗(yàn)結(jié)果表明，該區(qū)域組織為貝氏體+ 鐵素體，晶粒粗大，最大晶粒度 達(dá)3～ 4 級(jí)， 且大小不均; 顯微硬度平均值為222HV ，比焊縫處硬度值低，比基體硬度值高一些。其原因是:該區(qū)域組織為貝氏體+ 鐵素體;化學(xué)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比焊縫處稍低，與基體成分相同;但該區(qū)域晶粒十分粗大。這些因素的共同作用則使該區(qū)域硬度值比焊縫處低，比基體高(基體組織為鐵素體+ 珠光體) 。

（3）細(xì)晶區(qū)

　　細(xì)晶區(qū)的組織被加熱溫度范圍為Ac3 ～ TKS (為晶粒開始急劇粗化的溫度) 。該區(qū)域的溫度范圍約 為900～1 100 ℃，此時(shí)該區(qū)的鐵素體+ 珠光體全部轉(zhuǎn)化為奧氏體。由于焊接時(shí)加熱速度很快，且在高 溫下停留的時(shí)間又較短，因此即使被加熱至1 100 ℃左右，奧氏體晶粒還未十分長大。該區(qū)域焊后經(jīng)空冷能得到均勻、細(xì)小的貝氏體+ 鐵素體，晶粒度約為7～8 級(jí);顯微硬度平均值為287 HV ，比焊縫處硬度 值低，比粗晶區(qū)的要高;但細(xì)晶區(qū)與焊縫處硬度值相近。其原因是，該區(qū)域的組織為細(xì)小的貝氏體+ 鐵 素體;元素成分與粗晶區(qū)和基體成分同，比焊縫處的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍低;晶粒度為7～8 級(jí)，但比焊縫晶粒稍 大。以上共同因素的作用則使該區(qū)硬度值比焊縫處低，但比粗晶區(qū)的要高。

（4）基體

　　基體組織為焊前母材的原始狀態(tài)，組織為鐵素體+ 珠光體，晶粒度約8 級(jí)，顯微硬度平均值150 HV ，基體組織顯微硬度值較低。其原因是:組織為鐵素體+ 珠光體，比貝氏體軟;基體晶粒度比焊縫、 細(xì)晶區(qū)晶粒大;基體的w (C) 、w (Mn) 、w (Si) 比焊縫處低，以上共同作用使得基體硬度低，相差較大。

3 結(jié)語

　　經(jīng)過對12Cr1MoV低合金鋼管的分析，了解到焊接后其力學(xué)性能(抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率、拉 斷位置、冷彎性能) 都符合標(biāo)準(zhǔn)要求。在焊接組織中，焊縫及熱影響區(qū)組織為貝氏體+ 鐵素體，焊縫處 晶粒細(xì)小，元素成分較高，故焊縫處硬度值亦較高;在細(xì)、粗晶區(qū)，晶粒相對較粗或很粗，元素成分較低，故該處硬度值較低;基體組織為鐵素體+ 珠光體，元素成分也較低，故硬度值更低。總體來說，其焊接組織及硬度值基本符合標(biāo)準(zhǔn)要求和用戶使用需求。