09MnNiDR钢焊接接头的低温韧性控制

第5期 齐玉宏:09MnNiDR钢焊接接头的低温韧性控制21

09MnNiDR钢焊接接头的低温韧性控制

齐玉宏

(中国石化集团第五建设公司,兰州730060)

摘 要:文章通过对低温贮罐用钢材09MnNiDR的焊接性、焊接工艺评定,论述了影响低温冲击韧性的主要因素,指明了控制低温韧性的措施,取得了良好的工程实效。关键词:低温用钢;焊接性;工艺;韧性;控制

中图分类号:TE972+.5 文献标识码:B 文章编号:1002-3607(2000)05-0023-03

09MnNiDR(以前称为0.5Ni)钢是近几年研制并使用的-60 级低合金低温用钢 1,2 ,已列入 低温压力容器用低合金钢板 (GB3531-1996)国家标准。与16MnDR钢相比,09MnNiDR在-70 下仍具有大于27J的冲击韧性;与3.5Ni、9Ni钢相比,其含Ni大大下降,材料成本明显降低。因此,在制造工作温度不超过-70 的低温压力容器时,选择09MnNiDR钢具有低温性能优良、制造成本低等特点,经济效益显著。

1996年本公司建造了一台7396m液氨贮罐,设计温度-40 ,使用温度-30 ,主体材质采用09MnNiDR钢。该钢材焊接的关键问题是保证接头(包括焊缝与热影响区)的低温韧性达到标准要求,并有一定的富裕度,GB3531-1996标准要求钢材的-70 冲击功Akv-70

3

低温冲击韧性。从09Mn钢的焊接影响区CCT图 4 可以推测,由于Ni元素的加入,即使形成马氏体,09MnNiDR钢仍具有较好的抗冷裂性能,产生热裂纹的可能性也很小。

从焊接接头使用性能来看,最重要的是保证焊缝和HAZ具有良好的低温冲击韧性。根据正火钢的焊接性特点 5 ,为了防止HAZ晶粒粗化,应选择能量密度集中的焊接方法,采用较小的焊接线能量。为了改善焊缝低温韧性,选择焊接材料时一方面要保证强度,另一方面要保证焊缝金属的低温性冲击韧性,为此选择专门设计的高韧性低温钢焊条。

2 焊接工艺评定

按照 钢制压力容器焊接工艺评定 (JB4708-92)对09MnNiDR钢进行焊接工艺评定。采用W707和W607A两种焊条手工电弧焊,DCRP。坡口形式为:X型坡口,65 ,钝边3mm;双面焊,用碳弧气刨清根。

W707和W607A焊条熔敷金属化学成分和力学性能见表1。焊接工艺参数见表2。

表1 W707和W607A熔敷金属化学成分 %焊条直径牌号(mm)W707

C

Si

Mn

P

S

Ni

Ti

Cu

27J(三个试样平均值,单

个值 19J。JB4708-92标准规定接头性能不得低于母材性能),因为焊接热循环会破坏母材的细晶组织结构,焊缝一般也较难得到均匀的细小组织。

1 09MnNiDR钢的焊接性分析

09MnNiDR钢的化学成分中含C量低,S、P杂质含量低,含有0.5%左右的Ni元素。由于降低了C含量,加入了少量Ni,减少了杂质,09MnNiDR钢具有高强度、高低温冲击韧性。

09MnNiDR钢的供货状态为正火态,显微组织为铁素体+珠光体。从焊接性角度出发,主要应该防止焊接时产生冷裂纹和热裂纹,保证焊缝和焊接热,3.20.070.281.220.0131.310.030.04

4.00.070.231.260.0121.280.040.05

W6073.20.070.271.310.0130.960.030.03A

4.00.080.331.280.0131.030.040.03

,

22安 装 2000年10月从表4可知,对于W707焊条焊接试板,焊接线

渣、未熔合和咬边等缺陷,依照JB4730-94进行了焊缝X射线无损探伤,所有试板均为 级。

表2 焊接工艺参数

使用编号焊条电流

(A)

电压线能量(V)cm/min)(kJ/cm)

9.6~14.413.2~16.618.8~26.420.5~30.8

PWHT无无

能量对低温冲击韧性的影响并不明显,这主要与焊缝中的Ni含量增高有关。对于W607A焊条焊接试板,多道多层焊缝中再热焊缝金属所占比重增加,加大焊接线能量会导致焊缝金属中针状铁素体比例减少,低温冲击韧性下降。由于立向上位置焊接时线能量比水平位置显著增大,所以96-37焊缝组织中针状铁素体减少,先共析铁素体增加且尺寸变大,而水平位置小线能量焊接的96-38焊缝中含有大量针状铁素体,先共析铁素体尺寸小、数量少。表5给出了HAZ区粗晶区原始奥氏体晶粒度的分级,可以看出,线能量增大轻微增加了HAZ粗晶区的原始奥氏体晶粒尺寸,但组织依然为贝氏体+珠光体。96-37试板大的线能量主要导致焊缝针状铁素体减少,先共析铁素体增多且尺寸变大,进而使焊缝低温冲击韧性下降,如表4所示。

表4 焊缝及HAZ低值冲击韧性 J

编号

-60

HAZ

51,77,155(94)103,49,101(84)136,78,74(96)112,105,95(104)74,79,95(83)

-70

焊缝36,44,118(66)60,50,50(54)37,29,19(28)54,20,34(36)8,7,25(13)

HAZ116,116,72(102)30,36,58(42)38,36,55(43)34,50,50(45)25,38,42(35)

-100~

140~

-100~

140~

1102~249~111502~2413~141102~241502~24

6~77~9

-100~1102~249~11

140~1502~2413~14W607-100~1102~249~11

140~1502~2413~14A

-100~1102~24140~1502~24

6~77~9

9.6~14.4950 ,13.2~16.6h正火9.6~14.4无13.2~16.618.8~26.420.5~30.8

无

根据GB228-87对试样进行焊接接头常温拉伸性能测定,根据GB232-99进行横向弯曲试验,根据GB2106-80进行低温CharpyV型缺口冲击韧性测定,如表3、表4所示,所有焊接接头的抗拉强度均高于母材的要求值,断裂位置为母材。焊接线能量对抗拉强度没有明显影响,但比较96-38和96-36试样可知,焊后正火处理降低了焊接接头的抗拉强度,提高了低温冲击值。所有焊接试板横向弯曲性能均达到JB4708-92的要求,各有二件试样面弯、背弯合格,除了96-37试板之外,其它所有试板-70 低温冲击韧性大于27J,合格。尽管96-38和96-36焊缝-70 各有一个试样低于27J,但根据JB708-92中4.2.7.3条对冲击合格指标的规定,每个区三个试样的平均值应不低于母材标准规定值,并且至多允许有一个试样的冲击功低于规定值,但不低于规定值的70%,故确定96-38和96-36焊接接头-70 下的冲击韧性试样全部合格。

表3 焊接接头常温拉伸和弯曲性能

编号96-3496-3596-3696-3796-38

抗拉强度(MPa)弯曲试验(d=3a)

=100 面弯、背

522,528母材

2件合格

538,549母材同上503,494母材同上

534,531529,532

母材母材

同上同上

焊缝

96-3486,88,92(89)

96-3595,85,37(72)

96-3821,74,66(54)

96-3674,22,102(66)

96-3755,19,59

(44)

注:括弧内为三个试样的平均值。

表5 焊缝、HAZ及母材显微组织

编号显微组织

晶粒度

焊缝针状铁素体+先共析铁素体

96-34HAZ边界铁素体+贝氏体原始奥氏体晶粒度4级

母材铁素体+珠光体铁素体晶粒度10级96-35

焊缝HAZ

针状铁素体+铁素体边界铁素体+贝氏体

4.5级

焊缝针状铁素体+先共析铁素体 96-38HAZ边界铁素体+贝氏体4.5级

母材铁素体+珠光体铁素体晶粒度9.5级96-3696-37

焊缝HAZ

铁素体+珠光体铁素体+珠光体

焊缝针状铁素体+先共析铁素体 HAZ铁素体+贝氏体原始奥氏体晶粒度5级

3

第5期 齐玉宏:09MnNiDR钢焊接接头的低温韧性控制对铁素体冲击试验时,对于96-38和96-36焊缝,冲击断口开头为典型的韧窝状,塑性变形痕迹非常明显,是韧性断裂。而-70 冲击韧性只有几焦尔的96-37焊缝冲击断口,呈现典型的解理断裂, …… 此处隐藏：3501字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……