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1.4003不锈钢与0Cr18Ni9不锈钢焊接接头组织和力学性能 

发布时间:2021-05-27

目前,经济(ji)型铁(tie)素体(ti)不锈钢以其良好(hao)的(de)性能和经济(ji)的(de)价格(ge),作为车(che)体(ti)材料越(yue)来越(yue)受到人(ren)们的(de)密切关(guan)注(zhu)。1.4003不锈钢(欧洲标准EN10088)是德国于1995年(nian)在3Cr12基础上发展起来的(de)(de)(de)超低碳、低铬经济型铁素体不锈钢。该钢具有中(zhong)等的(de)(de)(de)抗蚀性、适度(du)的(de)(de)(de)强度(du)、良好的(de)(de)(de)耐磨性和低的(de)(de)(de)维修成(cheng)本,已经广泛应(ying)用(yong)于交通运输、框架结构、制糖、石(shi)化(hua)和采矿等各工业领域(yu)。

本文通过进行焊接工(gong)艺试验(yan)、拉伸(shen)、弯曲(qu)、冲(chong)击等(deng)力学性能(neng)试验(yan)和显微分析等(deng)手段研究了1.4003铁素体(ti)不锈(xiu)钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接(jie)接(jie)头的组织和力学性能,为该钢的实际生产(chan)应用提供了理论依据。

1试验材(cai)料(liao)及方法(fa)

1.1材料(liao)制备和焊接

试验材料为(wei)欧洲标准EN10088———1.4003铁素(su)体不锈钢和GB/T12201992———0Cr18Ni9奥氏体不锈钢(gang),两钢(gang)的化学(xue)成分见(jian)表1,力学性能(neng)见表2。采用熔化(hua)极混合气(qi)体保护(hu)焊方法焊接,焊接材料为ER308-LAWS标准)奥氏体(ti)不锈(xiu)钢焊丝,保(bao)护气(qi)体(ti)为Ar+φ(O23%。将(jiang)对接焊(han)的试板开60°的(de)V形坡口,1.4003铁素体(ti)不锈钢试板尺寸为200mm×100mm×8mm0Cr18Ni9试(shi)板尺(chi)寸为200mm×100mm×6mm

1.2试(shi)验方法

1.2.1力(li)学性能试验

焊接(jie)接(jie)头试(shi)(shi)(shi)验(yan)材(cai)料均(jun)沿《焊接(jie)接(jie)头拉(la)伸(shen)试(shi)(shi)(shi)验(yan)方法》垂直于(yu)焊缝(feng)方向取样,拉(la)伸(shen)试(shi)(shi)(shi)验(yan)按GB/T26511989进行,弯曲试验按GB/T26531989《焊(han)接接头弯(wan)曲及压扁试(shi)验方法》分别(bie)进行面弯(wan)和背弯(wan),维氏硬(ying)度试(shi)验按GB/T43401999进行,冲击试验(yan)采用55mm×10mm×5mmV形(xing)缺口(kou)试(shi)样,缺口(kou)分别开(kai)在焊缝(feng)、距(ju)熔合(he)线1.5mm处的HAZ及(ji)母材,试验温(wen)度分别为室温(wen)、-20-40℃。1.2.2显微组织(zhi)和断(duan)口形貌(mao)分(fen)析分(fen)别用BX51M金相显(xian)微(wei)镜、JSM-6460LV扫描(miao)电(dian)镜对焊接(jie)接(jie)头的组(zu)织形态(tai)、冲击试验(yan)断(duan)口进行观(guan)察与分析(xi)。

2试验结果(guo)与分析(xi)讨论(lun)

2.1拉伸试验结果(guo)与(yu)分析

41.4003铁(tie)素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈(xiu)钢(gang)焊接接头(tou)拉伸试验结果。由表4可(ke)见(jian),焊接接头(tou)的抗拉强度与(yu)母材的相当,伸长(zhang)率也接近(jin)1.4003铁素体(ti)不锈钢(gang)母材。

2.2弯曲试验结果与分析

51.4003铁素(su)体不锈(xiu)钢与(yu)0Cr18Ni9奥氏体不锈(xiu)钢焊接(jie)接(jie)头弯曲(qu)试(shi)验结果。由表中可见,焊接(jie)接(jie)头面弯与背弯的弯曲(qu)角都为180°,焊接接头(tou)具有良好的(de)弯曲性(xing)能(neng)。

2.3冲击试验结果与分析(xi)

61.4003铁素体(ti)不(bu)锈钢与0Cr18Ni9奥氏体(ti)不锈钢焊(han)接接头在室温、-20℃和-40℃时(shi)的(de)冲击(ji)试验结果(guo)。试验结果(guo)表明,焊缝、1.4003不锈钢侧HAZ0Cr18Ni9不锈钢(gang)侧HAZ0Cr18Ni9不锈钢母(mu)材在室温(wen)、-20℃和-40℃时的(de)冲(chong)(chong)击(ji)吸收功均保持在(zai)较高的(de)水平。相同温(wen)度下,焊缝的(de)冲(chong)(chong)击(ji)吸收功平均值(zhi)略低(di)于(yu)两侧母材的(de),0Cr18Ni9不锈钢侧HAZ的冲击吸(xi)收功与(yu)1.4003铁素体(ti)不锈(xiu)钢(gang)母材的相当。1.4003铁素体不锈钢侧HAZ冲(chong)击吸(xi)收功较低,是整个焊接接头的(de)薄弱环节,且随着温度的(de)降(jiang)低,冲(chong)击吸(xi)收功显著降(jiang)低。

1为(wei)1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏(shi)体(ti)不锈钢焊接接头-40℃时冲击试验断口形貌。从图中可以(yi)看出,焊(han)缝、0Cr18Ni9HAZ1.4003母(mu)材和0Cr18Ni9母材的冲(chong)(chong)击(ji)(ji)断口形貌基本都(dou)以韧窝为主,故冲(chong)(chong)击(ji)(ji)吸收功较高,韧性好。1.4003不锈钢(gang)侧HAZ冲(chong)击断(duan)口形貌(mao)为粗大(da)的解(jie)理(li),晶(jing)粒(li)粗大(da)是(shi)该处冲(chong)击吸收功下降的主要原(yuan)因(yin)。

2.4硬度试(shi)验结果与分析(xi)

2为(wei)1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不(bu)锈钢焊接接头(tou)硬度分布(bu)曲(qu)线。从图中可见,1.4003铁素体不锈钢的平均硬(ying)度为HV1890Cr18Ni9奥(ao)氏体不锈(xiu)钢的平(ping)均硬度为(wei)HV180。靠近(jin)1.4003铁素体不锈(xiu)钢侧熔(rong)合线附近硬度值波动较大,最小值为HV167,最大值为HV215,焊缝处的硬度平均值为(wei)HV198,高(gao)于两侧(ce)母材。

2.5金相显微(wei)组织(zhi)分析(xi)

3为(wei)1.4003铁素体(ti)不锈钢(gang)与(yu)0Cr18Ni9奥氏体(ti)不锈钢(gang)焊接接头的焊缝、热(re)影响区以及母材的金相(xiang)显微(wei)组织(zhi)。焊缝组织(zhi)为白色的奥氏体(ti)基体(ti)+网状(zhuang)铁素体(ti),通过熔(rong)合比及舍夫(fu)勒相图得出焊缝中含(han)有7%~8%的δ铁素(su)体。奥氏(shi)体不锈钢焊(han)缝中形成5%~10%的δ铁素体,有助于防止(zhi)热裂(lie)纹。图3b0Cr18Ni9奥氏体不(bu)锈(xiu)钢(gang)侧HAZ显微组织,左侧(ce)为(wei)焊(han)缝(feng),右侧(ce)为(wei)热(re)影响区。从图(tu)中(zhong)可见由于焊(han)缝(feng)组织与(yu)母材组织均为(wei)奥氏体,故互相交(jiao)融,熔(rong)合(he)线没有固(gu)定界限。图(tu)3c1.4003铁素体不锈钢侧HAZ,从图中可见,左侧为奥氏体焊缝,右侧为铁素(su)体热影响区,故熔合线(xian)界限(xian)明显,1.4003铁素体(ti)不锈(xiu)钢侧HAZ过热(re)区铁素体(ti)晶粒明(ming)显长大,呈等(deng)轴(zhou)状分布,晶粒度达(da)到1~2级(ji),宽度约为0.48mm。由此可见,焊接热循环(huan)使铁素体(ti)晶粒长(zhang)大,过热区的宽度虽然很小,但是严(yan)重影响了1.4003铁素体不(bu)锈(xiu)钢侧HAZ处(chu)的低(di)温冲击韧性。1.4003铁(tie)(tie)素体不(bu)锈钢母材组(zu)织以铁(tie)(tie)素体为主,晶(jing)粒度7~8级。0Cr18Ni9奥氏体(ti)(ti)不锈钢母材组织为具有孪晶(jing)的奥氏体(ti)(ti)晶(jing)粒,上面有沿加工变(bian)形方向(xiang)分布的黑色条纹α铁素体(ti)(ti)。

3结论

11.4003铁素体不锈钢与(yu)0Cr18Ni9奥氏体不(bu)锈钢的焊接(jie)接(jie)头的拉(la)伸性能与母材的相当;且接(jie)头具有很(hen)好的弯曲性能;该接(jie)头的冲击性能在1.4003铁素体(ti)不锈钢(gang)侧HAZ处(chu)最差,该处(chu)的冲击吸收功随着温度的降低而显著降低。

21.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的焊接接头的平均硬度在HV160~200之间,焊(han)缝处的平(ping)均(jun)硬度高(gao)于两侧(ce)母材的,1.4003不(bu)锈钢侧熔(rong)合线(xian)附(fu)近(jin)硬度曲线(xian)波动较(jiao)大(da),0Cr18Ni9不锈钢侧熔合线附近的硬度曲线较为平(ping)缓(huan)。

31.4003铁素(su)体不锈钢(gang)与(yu)0Cr18Ni9奥氏体不锈(xiu)钢焊接,焊缝为奥氏体+7%~8%)的(de)δ铁素体双相组织;1.4003铁素(su)体(ti)不锈钢侧HAZ过热(re)区的晶(jing)粒明(ming)显长大,为单一铁素(su)体组织,导致塑性和韧性下降,焊(han)接时(shi)应(ying)选用小焊(han)接工艺参(can)数。

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