10Ni3MoVD鍛煉焊接性試驗(yàn)

張一任，陳輝華

（1.合肥通用機(jī)械研究院，安徽合肥230088；2.中石化長(zhǎng)嶺分公司，湖南岳陽(yáng)414012）

10Ni3MoVD鍛煉焊接性試驗(yàn)

張一任1，陳輝華2

（1.合肥通用機(jī)械研究院，安徽合肥230088；2.中石化長(zhǎng)嶺分公司，湖南岳陽(yáng)414012）

研究了-50℃低溫乙烯球罐用10Ni3MoVD鍛件的焊接性，包括最高硬度、斜Y型坡口裂紋、插銷再熱裂紋試驗(yàn)以及手工焊焊接接頭的力學(xué)性能等。結(jié)果表明：10Ni3MoVD具有較低的焊接冷裂紋敏感性和一定的再熱裂紋敏感性，焊接接頭低溫韌性良好，焊接性優(yōu)良。

10Ni3MoVD；焊接性；-50℃低溫乙烯球罐

0 前言

10Ni3MoVD鋼鍛件是20世紀(jì)80年代初為匹配日本 N-TUF490鋼板而研制的配套鍛件[1-2]，20世紀(jì)90年代列入了JB 4727-1994《低溫壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件》標(biāo)準(zhǔn)，但一直沒(méi)有實(shí)際生產(chǎn)和使用。2007年中國(guó)石油化工集團(tuán)公司重大裝備國(guó)產(chǎn)化辦公室組織大型低溫球形儲(chǔ)罐（設(shè)計(jì)溫度-50℃）的國(guó)產(chǎn)化，合肥通用機(jī)械研究院和某法蘭鍛造公司對(duì)其配套的鍛件10Ni3MoVD開(kāi)展了試制工作。

合肥通用機(jī)械研究院曾就該鍛件的焊接裂紋敏感性進(jìn)行了試驗(yàn)研究[3]，現(xiàn)就該鍛件的焊接性進(jìn)行試驗(yàn)，為建造低溫乙烯球罐提供一些有益的參考。

1 試驗(yàn)材料

焊接用焊條分別采用日本神鋼的LB-65L和天津金橋的J607RHA，其熔敷金屬的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別如表1和表2所示。

2 鍛板裂紋敏感性試驗(yàn)

2.1 最高硬度試驗(yàn)

對(duì)板48 mm厚10Ni3MoVD鍛板分別采用φ4 mm的LB-65L和J607RHA焊條，按GB4675.5-1984《焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行最高硬度試驗(yàn)。焊前預(yù)熱溫度分別為室溫、75℃和100℃，試驗(yàn)焊縫在軋制面上進(jìn)行，熱影響區(qū)硬度分布如圖1、圖2所示。

由圖1、圖2可以看出，10Ni3MoVD鍛板淬硬傾向明顯，在不預(yù)熱時(shí)，用進(jìn)口焊條和國(guó)產(chǎn)焊條焊接的最高硬度試板的最高硬度為377 HV和364 HV，有一定的冷裂紋敏感性；在預(yù)熱至100℃時(shí)，進(jìn)口焊條和國(guó)產(chǎn)焊條的焊接熱影響區(qū)最高硬度分別為288 HV和268 HV，熱影響區(qū)最高硬度明顯降低，可有效避免冷裂紋的產(chǎn)生。

2.2 斜Y坡口焊接裂紋試驗(yàn)

按GB4675.1-84《斜Y坡口焊接裂紋試驗(yàn)方法》的規(guī)定，對(duì)板厚為48mm的10Ni3MoVD鍛板進(jìn)行斜Y坡口焊接裂紋試驗(yàn)，分別采用直徑為φ4.0 mm的LB-65L焊條和J607RHA焊條，按《斜Y坡口焊接裂紋試驗(yàn)方法》的要求焊接試板。焊接工藝規(guī)范為：焊前預(yù)熱溫度分別為室溫、75℃和100℃，焊接電流170 A，焊接電壓24～25 V，焊接速度150 mm/min。共制作了12塊試板，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由斜Y坡口焊接裂紋試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)：用LB-65L焊條制作的6個(gè)小鐵研試樣中，不預(yù)熱時(shí)，兩個(gè)試樣的斷面裂紋率和根部裂紋率均達(dá)到100%，有出現(xiàn)冷裂紋的傾向，只有在預(yù)熱75℃以上時(shí)，才未出現(xiàn)斷面和根部裂紋；故用LB-65L焊接48 mm厚的10Ni3MoVD鍛板時(shí)，必須進(jìn)行預(yù)熱。

用J607RHA焊條制作的6個(gè)小鐵研試樣均未出現(xiàn)斷面和根部裂紋，出現(xiàn)冷裂紋的傾向較小。

2.3 插銷再熱裂紋試驗(yàn)

插銷試樣是從48 mm厚的10Ni3MoVD鍛板1/4板厚處切取，試樣長(zhǎng)度方向沿鋼板軋制方向，試樣的形狀及尺寸參照插銷冷裂紋的試樣。

插銷試樣的焊接工藝規(guī)范為：焊接電流170 A，焊接電壓24～25 V，焊接速度150 mm/min。本次試驗(yàn)中采用“斷裂”準(zhǔn)則，即試樣經(jīng)一定時(shí)間不斷裂所承受的最大應(yīng)力為鋼材抗裂能力。試驗(yàn)是在JBL-1型插銷試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)溫度15℃～21℃，濕度60%～75%。

按Murray推薦的公式計(jì)算[4]測(cè)定再熱裂紋“C”形曲線加載初應(yīng)力0：

試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，可以看出10Ni3MoVD的再熱裂紋敏感溫度約為600℃。

3 焊接線能量試驗(yàn)

為了研究焊接線能量對(duì)10Ni3MoVD鍛件焊接接頭性能的影響，采用不同的焊接線能量對(duì)厚度為48 mm的10Ni3MoVD鍛件焊制試板，分別采用直徑φ4 mm的LB-65L和J607RHA焊條進(jìn)行試驗(yàn)。得到焊接線能量與焊接接頭沖擊韌性的關(guān)系如圖4、圖5所示。

由圖4可見(jiàn)，隨著線能量的增加，焊縫的沖擊韌性有所下降，但均大于規(guī)范的要求值。尤其是在較大的線能量時(shí)，仍能保持較高的沖擊韌性水平。

由圖5可見(jiàn)，隨著線能量的增加，焊縫的沖擊韌性大幅下降。當(dāng)線能量增大到一定時(shí)，沖擊功已經(jīng)處于較低的水平，無(wú)法滿足制造技術(shù)條件的要求。

由此可見(jiàn)，用LB-65L焊條焊接10Ni3MoVD鍛板，在較大的線能量范圍內(nèi)，焊縫和熱影響區(qū)均具有較高的沖擊韌性，尤其是在較大的線能量時(shí)仍能保持較高的沖擊韌性水平。故在大型球罐安裝中的平、橫、仰位置的焊接中，10Ni3MoVD鍛板具有較大的線能量適應(yīng)范圍。

4 焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)

對(duì)48 mm厚的八塊10Ni3MoVD鍛板分別采用φ4.0mm的LB-65L和J607RHA焊條（400℃×1h烘干）手弧對(duì)接焊，焊前預(yù)熱125℃。焊接試板熱處理狀態(tài)分別為焊態(tài)和焊后加1次SR處理狀態(tài)。

4.1 焊接頭拉伸試驗(yàn)

每種熱處理狀態(tài)試板制取兩個(gè)試樣。不同熱處理狀態(tài)鍛板的拉伸試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，不同熱處理狀態(tài)下采用不同焊條施焊焊接接頭的抗拉強(qiáng)度均滿足技術(shù)要求（Rm≥610MPa）；焊后1次SR處理狀態(tài)的焊接接頭抗拉強(qiáng)度略低于焊態(tài)值。

4.2 不同狀態(tài)焊接接頭系列溫度儀器化（示波）沖擊試驗(yàn)

對(duì)分別采用LB-65L和J607RHA焊條施焊的不同熱處理狀態(tài)鍛板焊接頭的焊縫（簡(jiǎn)稱WM）及熱影響區(qū)（簡(jiǎn)稱HAZ）制取夏比（V型缺口）沖擊試樣，其試樣軸線均位于試板厚度（48 mm）方向t/4處，缺口軸線分別位于焊縫中心和最大限度地通過(guò)熱影響區(qū)且垂直于板厚方向。不同熱處理狀態(tài)焊縫金屬及鍛板焊接熱影響區(qū)取樣的系列溫度儀器化（示波）沖擊試驗(yàn)結(jié)如圖6～圖11所示。

由圖6～圖9可知，相同試驗(yàn)溫度下，采用不同焊條施焊的不同狀態(tài)焊縫金屬的裂紋擴(kuò)展能量及總沖擊能量相比較，采用LB-65L焊條施焊的焊縫金屬，焊后狀態(tài)的裂紋擴(kuò)展能量及總沖擊能量在-50℃以上時(shí)略高于焊后1次SR處理狀態(tài)的，隨著試驗(yàn)溫度的降低，焊后狀態(tài)的低于焊后1次SR處理狀態(tài)的；而采用J607RHA焊條施焊的焊后狀態(tài)焊縫金屬的裂紋擴(kuò)展能量及總沖擊能量遠(yuǎn)高于焊后1次SR處理狀態(tài)，并隨著試驗(yàn)溫度的降低其趨勢(shì)更加明顯（見(jiàn)圖6和圖10）；相同試驗(yàn)溫度下，采用不同焊條施焊的不同狀態(tài)鍛件熱影響區(qū)的裂紋擴(kuò)展能量及總沖擊能量相比較，焊后狀態(tài)

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Research on weldability of 10Ni3MoVD steel forging

ZHANG Yi-ren1，CHEN Hui-hua2
（1.HefeiGeneralMachineryResearchInstitute，Hefei230088，China；2.ChanglingPetro-chemicalCo.，Yueyang 414012，China）

Weldability of 10Ni3MoVD steel forging has been evaluated by the maximum hardness and Y-groove test method.The mechanical properties of welding joints have been also investigated.Results show that 10Ni3MoVD steel forging has low cold cracking susceptibility,certain extent reheat cracking susceptibility and excellent low temperature toughness.

10Ni3MoVD steel；weldability；ethylene spherical tank below-50℃temperature

TG406

：B

：1001-2303（2014）02-0019-05

10.7512/j.issn.1001-2303.2014.02.04

2014-01-07

張一任（1955—），男，教授級(jí)高工，主要從事承壓設(shè)備材料研究開(kāi)發(fā)、工程總承包以及監(jiān)理工作。