摘要：超低碳马氏体不锈钢大型铸锻件最终回火热处理温度一般不超过600℃，因而其焊后回火热处理温度要低于600℃，这样造成其焊接区的强度，比正常回火热处理温度下的强度、硬度偏高。在限制条件下，为了尽量降低超低碳马氏体不锈钢铸件焊 接接头的焊后残余应力，改善焊接接头的综合性能，进行了焊后回火热处理试验，分析了延长回火保温时间，对超低碳马氏体不锈钢焊缝强度、硬度、冲击韧性和组织的影响。
关键词：不锈钢铸件；焊缝熔敷金属；焊后回火热处理；强度；硬度；冲击韧度
1前 言：
低碳马氏体不锈钢具有良好的淬透性、优良的室温和低温力学性能、腐蚀疲劳强度 和动静态断裂韧性，是国内外大型水轮机铸件广泛应用的材料。作 为水轮机材料，除具有一定的耐腐蚀性能，耐磨性能以外，还需具有良好的抗空蚀性能和可焊性，因此为了提高水轮机铸件的抗气蚀性能和焊接性，现在多设计采用00Cr13Ni5Mo 类型 的超低碳马氏体不锈钢材料。对于超低碳马氏体不锈钢的焊接，现在发展方向是采用同材质 焊接材料焊接00Cr13Ni5Mo 型马氏体不锈钢。水轮机大型、重要的不锈钢铸件上冠、下环、 叶片明确要求使用同材质焊接材料补焊。因此针对此种情况，研制开发了00Cr13Ni4Mo 型马氏体不锈钢焊接用本体焊条 TY-Cr13Ni4L。为了找到兼顾母材和焊缝性能的最佳焊后回火工艺参数，使焊接接头具有良好的综合性能，对超低碳马 氏体焊缝熔敷金属进行了不同回火参数下的回火热处理试验研究。
2试验材料和方法 试验材料 焊条 TYCr13Ni4L，是专门研制用于 ZG00Cr13Ni4Mo 超低碳马氏体不锈钢铸件补焊
试验材料用本体焊条，铸件化学成分。本试验即采用自行研制的 TY- Cr13Ni4L 超低碳马氏体不 锈钢焊条，焊对接焊缝试板，焊接规范，取焊缝无稀释熔敷金属进行试验研究，对焊接试板进行焊后热处理试验，焊缝熔敷金属化学成分试验方法 分析回火热处理保温时间的延长对熔敷金属硬度影响，根据转轮上冠、下环和叶片等大型铸件焊接技术要求，焊后回火热处理温度一 般比性能热处理回火温度低30~50℃，本实验确定研究回火热处理温度为570℃，分别制取5 个试块，在该温度下进行了保温4h、8h、12h、16h、20h 的回火热处理试验，并对五个试块进 行了维氏硬度分析，检测设备为 TuKon 2100B 全自动显微维氏硬度计，热处理设备 DL07-1040 台车式热处理炉，回火曲线。在完成试验后，根据试验结果，取两块试板，在570℃的回火热处理保温温度，分别进行保温4h、16h 焊后回火热处理试验，并分别对两块试板的焊缝无稀释熔敷金属进行 冲击（0℃）、常温拉伸和金相分析；检测设备为 CBD-500电子式摆锤冲击试验机、CSS44300 电子拉伸试验机，200MAT 金相显微镜图像分析仪，热处理设备 DL07-1040台车式热处理炉。
3 试验结果与讨论 不同回火热处理保温时间对熔敷金属硬度的影响
超低碳马氏体不锈钢是可调质类型钢，其本体焊条熔敷金属力学性能受焊后热处理 影响，对不同的试块同在570℃时进行不同保温时间的焊后回火热处理，其对应硬度值。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆从中可以看出，随着回火保温时间的延长焊缝无稀释熔敷金属维氏硬度逐渐降低，在达到16h 时得到了熔敷金属硬度最低值，继续保温其硬度值出现上升；本次试验用同种焊条 进行了两次重复试验得到相同规律，分析认为，在回火保温过程中发生了铬的碳化物聚集成 微观粒子，随着碳化物从基底组织中析出越来越多，硬度迅速降低；保温到一定时间，在该温度，铬的碳化物聚集到最大值硬度会降到一个最低值，继续保温硬度值不会再降低。 不同回火热处理保温时间对熔敷金属强度、冲击等力学性能的影响 根据试验结果，确定采用 TY-Cr13Ni4L 超低碳马氏体不锈钢焊条，焊对接试板，进行在570℃时，分别保温4h、16h 焊后回火热处理对比试验，热处理规范同，对热处理 试板焊缝无稀释熔敷金属进行了力学性能和组织分析，力学性能。通过力学性能可以看出，在同一温度，即由于锻件本体最终性能回火热处理温度限制，焊后回火温度不能太高时，通过延长焊后回火热处理保温时间，焊缝熔敷金属的抗拉强度有所下降，（0℃）冲击值提高，即随着保温时间的延长，熔敷金属的韧性得到改善，综合力学性能趋向 更好。分析可以看出，在回火热处理时，只保温4h 时，组织为板条马氏体和晶界碳化物，但板条马氏体较粗大，回火的迹象不明显，对比分析，为回火保温16h 的马氏体组织，回火作用明显，板条马氏体组织较细小，并且与组织比较，其组织晶界明显，即铬的碳化物聚集多；是因为在延长回火保温时间时，铬的碳化物由过饱和组织内析出[4]逐渐 的在晶界处发生聚集，延长保温时间，铬的碳化物析出聚集增多；对应分析相应试板性能，可见延长回火保温时间，组织细化和过饱和组织内碳化物的析出，使熔敷金属的抗拉强度略 有下降，而韧性和综合力学性能得到改善。
4 20CrNi2Mo钢是一种新型的渗碳齿轮钢，合金元素含量较高，经过热处理后因具有优异的综合力学性能以及耐磨性，而被广泛应用在重载齿轮、渗碳轴承以及农用机械磨损件等要求耐磨损、耐冲击的零件上。当其用于制造重载齿轮时，由于重载齿轮传递动力大，承受较大载荷，因此在实际应用时存在众多的问题和缺陷。在重载齿轮热处理时，工艺复杂，不便控制且成本也较高，易产生变形。因此针对热处理后变形问题提出了新的热处理工艺，研究了新的热处理工艺以及原始工艺尺寸对20CrNi2Mo钢性能的影响，旨在探索新的热处理工艺提高20CrNi2Mo钢的性能，减少热处理变形量。
实验所用的20CrNiMo钢已经过轧制退火处理，研究两种热处理工艺方案对其拉伸性能、冲击性能、硬度、畸变量以及显微组织的影响。原始热处理工艺方案是：920℃×8h渗碳+650℃×3h回火、820℃×6h淬火+180℃×2h回火。改进后的热处理工艺方案是：930℃×4h正火+930℃×10h渗碳、830℃×3h淬火+180℃×8h回火。对经两种工艺热处理的试样，分别进行性能测试和显微组织观察。拉伸性能测试在INSTRON-5569万能电子材料试验机上进行。硬度测试采用两种硬度测量方法（洛氏硬度和显微硬度），用HR-150手动型洛氏硬度计测量金相试样表面的硬度；显微硬度的测量采用HV-1000型显微硬度计进行测量。采用夏比U形缺口试样测试冲击韧度。分别对经过不同热处理工艺加工的试样进行磨光、抛光、腐蚀，制成相应的金相试样，然后用OlympusBH2-UMA型光学金相显微镜对显微组织进行观察，结果表明：采用改进后的热处理的热处理工艺，试样的伸长率、断面收缩率、冲击韧度与原始工艺相比变化不大，抗拉强度、表面硬度、热处理畸变量均比用原始热处理工艺处理的性能要好，因此重载齿轮用20CrNi2Mo钢热处理时应采用改进后的热处理工艺代替原始工艺，为扩大20CrNi2Mo钢应用领域奠定了基础。
5 结束语
在本实验研究中得出，在一定回火热处理保温温度下，对 TYCr13Ni4L 超低碳马氏 体焊条熔敷金属进行焊后回火热处理：随着保温时间的延长，焊条熔敷金属的硬度逐渐降低，延长到一定时间，硬度降到最低值。延长焊后回火热处理的保温时间，板条马氏体组织内过饱和碳化物在晶界聚集析出，组织得到细化，使熔敷金属的强度略有下降而冲击韧性有所提高，综合力学性能得到一定改善。
论文作者:吴广宇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/19
标签：硬度论文; 碳化物论文; 金属论文; 焊条论文; 性能论文; 组织论文; 工艺论文; 《基层建设》2019年第12期论文;