310不锈钢焊接接头组织及性能研究_张艳

DOI:10.14158/http://doc.guandang.netki.1001-3814.2014.15.050

HotWorkingTechnology2014,Vol.43,No.15

310不锈钢焊接接头组织及性能研究

张艳，杨志彬，张健，张静

(江苏科技大学冶金与材料工程学院，江苏张家港215600)

摘

要：采用氩弧焊+手工焊焊接工艺对310不锈钢进行焊接，研究了其焊接接头的组织与性能。结果表明，采用

此工艺能得到优良的焊缝力学性能，抗拉强度达到560MPa以上，弯曲试验合格，-104℃低温平均冲击功达到34J以上，满足相关标准，且抗晶间腐蚀能力较强。最后通过硬度及金相分析，确定了最佳固溶热处理温度为1040℃。

关键词：310不锈钢；焊接接头；力学性能中图分类号：TG406

文献标识码：A

文章编号：1001-3814(2014)15-0212-03

MicrostructureandPropertiesofWeldedjointsof310StainlessSteel

ZHANGYan,YANGZhibin,ZHANGJian,ZHANGJing

(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,JiangsuUniversityofScienceandTechnology,Zhangjiagang215600,China)

Abstract：Therelationshipbetweenthemicrostructureandpropertiesof310stainlesssteelweldingjointswerestudied.TheresultsshowthattheexcellentmechanicalpropertiesoftheweldingseamcanbegottenbyusingTIG+SMAWweldingprocess,whenthetensilestrengthisabove560MPa,thebendingtestresultsisqualified,andtheimpactenergyat-104℃isabove34J,whichcanmeettherelevantstandards,inadditionofattaininggoodperformanceofresistancetointergranularcorrosion,andthebestsolutionheattreatmenttemperaturedeterminedbytheanalysisofhardtestandstructureis1040℃.

Keywords：310stainlesssteel;weldingjoint;mechanicalproperties

310不锈钢，又称为超级不锈钢，具有耐各种介

质腐蚀的优良性能，尤其耐高温浓硫酸腐蚀，被广泛应用于船舶、车辆、汽车、宇航、桥梁、建筑、压力容器、贮罐、建筑机械、管线及家电设备等行业。但是由于镍含量较高，导热系数小，线膨胀系数大，在焊接时，具有较高的热裂纹敏感性[2]，在焊缝及近缝区都有可能出现热裂纹，这给国内的焊接技术人员提出了许多新的挑战[3]。因此，研究310不锈钢焊接接头组织和性能有着重要的理论及实践意义。

[1]

表1310奥氏体不锈钢母材的化学成分(质量分数，%)

Tab.1Chemicalcompositionof310stainlesssteel(wt%)

C

Mo

Cr

Ni

Mn

V

Nb

Cu

Si

P

S

0.060.1624.3419.620.6

0.070.010.150.470.0220.006

表2焊接工艺参数

Tab.2Weldingprocessparameters

焊道打底焊填充焊

电源极性焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/(cm·min-1)

DCEPDCEP

试样

试样

试样

120~140130~150

试样

16~1723~25

试样

试样

试样

试样冲击

14~1616~18

去

1试验材料与方法

面弯

拉伸

面弯

冲击

背弯

背弯

拉伸

弃

用

按照工艺评定[4]流程，制备尺寸为550mm×130

mm×12mm的310不锈钢试板两块(其化学成分见表1)，采用氩弧焊打底+手工焊的焊接工艺进行焊接，氩弧焊采用准2mm的ER310MoL焊丝，手工焊采用准4mm的A412焊条，焊接工艺参数见表2。焊后100%RT检测合格后，对试板按图1进行数控切割，并分别按照GB/T228、GB/T232、GB/T229标准制备拉伸试样2个、弯曲试样4个、冲击试样两组6个。通过WE-1000D万能试验机、JBN-300C型239半自动冲击试验机、CMM-30型金相显微镜、

收稿日期:2013-07-08

作者简介:张艳(1984-),女,江苏徐州人,实验师,主要研究方向:耐磨金属

研究;电话:0512-56731004;

备

弃去

25

25

图1试样取样位置图

Fig.1Samplingposition

HXD-1000TMSC/LCD090610型显微硬度计等设备

测量其焊接接头的各项性能指标。再切割准备一组试样，进行不同温度固溶热处理试验，并进行硬度及金相组织分析。

2试验结果与分析

2.1焊态接头组织与性能分析2.1.1组织分析

图2所示为焊态焊接接头的显微组织形态。图2(a)为焊缝区的微观形貌，可见焊缝组织呈柱状晶

E-mail:zhangyan840911@http://doc.guandang.net

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《热加工工艺》2014年8月第43卷第15期

(a)焊缝区

(b)热影响区

图3弯曲试样宏观形貌图

100μm

100μm

Fig.3Bendingtestsamples

表3310不锈钢焊接接头在-104℃下的冲击试验结果

图2焊态焊接接头显微组织形态

Fig.2Microstructureofweldedjointafterwelding

Tab.3Impacttestresultsof310stainlesssteelwelded

jointsat-104℃

焊缝

冲击功/J侧向膨胀量/mm

热影响区

母材

分布，奥氏体基体上分布着少量的铁素体组织。图2

(b)为焊缝熔合区组织，可见焊缝与母材熔合线清晰规则，熔合情况较好良好；310钢侧呈奥氏体组织，

部分奥氏体晶界处有析出相出现。

370.52580.65880.90

大于ASME关于不锈钢规定的标准值，说明焊接接头在-104℃温度下就有良好的使用性能。

按GB/T4334.5-2000《不锈钢硫酸硫酸铜腐蚀试验方法》进行晶间腐蚀试验，试样在微沸的硫酸铜溶液中煮沸16h后将其弯曲180°，试样表面无任何裂纹，表现出优秀的耐晶间腐蚀能力。结果表明，采用ER310MoL作为焊丝，在此焊接工艺条件下，310不锈钢焊接接头获得了良好的力学性能。

2.1.2性能测试

对焊接接头进行室温拉伸测试，发现310不锈钢焊接接头塑性断裂在焊缝区域，其抗拉强度的平均值为620MPa，均大于材料标准GB/T24511规定的理论下限值520MPa，说明采用此工艺焊接接头的有效强度符合材料强度要求。

图3为弯曲试样宏观形貌。可看出，将焊接接头的四组弯曲试样在室温下，面弯和背弯的弯曲角达到180°时仍未断裂，在弯曲试验后焊接接头的熔合区未出现裂纹现象。由此可见，310不锈钢采用当此焊接工艺焊接接头具有良好的弯曲性能。

表3为310不锈钢焊接接头在-104℃温度下的冲击试验结果。焊缝处的低温冲击功比热影响区、母材要低，说明焊缝区是冲击性能相对薄弱的区域，但是高于JB4708标准规定的34J[4]。所有焊缝区及热影响区冲击试样，侧向膨胀量均大于0.38mm[5]，

2.2固溶试验结果分析

图4为焊接接头在不同温度下固溶处理后的金

相组织。从固溶处理后的热影响区组织可看出，经过

1020℃的固溶处理之后，熔合区和焊缝区自然连接，当固溶温度提高到1040℃时，熔合线几乎消失，

热影响区和焊缝区自然过渡；当温度进一步提高，由于温度过高，熔合线两侧晶粒出现长大现象，熔合线明显。焊接熔池的凝固过程是从熔池边界开始的，母材为基底形核，是一种非均匀形核过程。因焊缝在沿

熔合区

焊缝区

1020℃1040℃1060℃

图4不同温度下固溶处理后焊接接头的显微组织

Fig.4Microstructureofweldedjointsaftersolidsolutiontreatmentatdifferenttemperatures

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母材的方向上散热较快，焊缝金属便 …… 此处隐藏：4166字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……