魏氏組織對(duì)Q245R焊縫材質(zhì)狀態(tài)的影響

趙志明

摘 要：該文通過研究級(jí)光學(xué)顯微鏡對(duì)Q245R焊接試板的焊縫區(qū)域以及過熱區(qū)域存在的魏氏組織進(jìn)行了評(píng)級(jí)。結(jié)合魏氏組織形成的原因分析了Q245R焊接試板的焊縫區(qū)域及過熱區(qū)域存在魏氏組織的原因，驗(yàn)證對(duì)Q245R焊接試板進(jìn)行熱處理后的焊縫區(qū)域及過熱區(qū)域存在魏氏組織是一種常見現(xiàn)象，并通過金相組織分析、力學(xué)性能試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊性能試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)，研究了魏氏組織對(duì)Q245R焊縫材質(zhì)狀態(tài)的影響。

關(guān)鍵詞：魏氏組織 焊縫材質(zhì)狀態(tài)

中圖分類號(hào)：TG441.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）02（b）-0034-03

Q245R板材是一種低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，一般用于制作鍋爐、壓力容器等。這種材料在焊接過程中，由于焊接溫度高引起晶粒成長粗大，焊縫和熱影響區(qū)域易形成魏氏組織。目前人們普遍認(rèn)為存在魏氏組織對(duì)鋼性能尤其是沖擊性能有很大的影響；也有一些人認(rèn)為存在少量魏氏組織在某些情況下還會(huì)提高鋼的性能。現(xiàn)用規(guī)格為δ60 mm的進(jìn)行熱處理后的Q245R焊接試板研究該材料焊縫及熱影響區(qū)中的魏氏組織對(duì)焊縫材質(zhì)狀態(tài)的影響。

1 試驗(yàn)方法

對(duì)兩塊Q245R焊接試板退火處理后的焊縫區(qū)域進(jìn)行100%X光射線探傷，編號(hào)為1#和2#，并分別對(duì)兩塊焊接試板進(jìn)行取樣試驗(yàn)，包括金相組織分析，拉伸試驗(yàn)，彎曲試驗(yàn)，沖擊試驗(yàn)及硬度測試（見圖1、圖2）。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 金相分析

在每塊焊接試板上的熱影響區(qū)和焊縫區(qū)沿厚度方向每20 mm取一塊金相試樣，根據(jù)GB/T13299-1999[1]對(duì)焊縫區(qū)域和熱影響區(qū)域的魏氏組織進(jìn)行評(píng)級(jí)，金相及顯微硬度（測3點(diǎn)取平均值）分析結(jié)果見表1，金相分析結(jié)果說明如下。

（1）兩塊試板焊縫組織為鐵素體+珠光體+魏氏組織，沿厚度方向均存在粗晶粒區(qū)和細(xì)晶粒區(qū)，具體劃分情況見圖3。多層多道焊，焊縫層與層之間區(qū)域?yàn)榧?xì)晶粒區(qū)，蓋面及其他區(qū)域?yàn)榇志Я^(qū)。

（2）焊縫部分粗晶粒區(qū)域存在等級(jí)為1～2級(jí)的魏氏組織。

（3）過熱區(qū)的部分區(qū)域存在等級(jí)為1～3級(jí)的魏氏組織。

（4）金相檢驗(yàn)沒有發(fā)現(xiàn)裂紋、疏松、過燒和超標(biāo)的異常組織[2]。

2.2 拉伸試驗(yàn)分析

將兩塊規(guī)格為δ60 mm焊接試板每塊沿厚度方向每30 mm取一件焊接接頭試樣，試驗(yàn)結(jié)果見表2，在存在魏氏組織的焊縫處取全焊縫拉伸試樣1件，拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表3。存在魏氏組織的焊接接頭與全焊縫拉伸試驗(yàn)結(jié)果說明：（1）兩塊焊接試板存在魏氏組織的焊接接頭均斷裂在母材上，且滿足NB/T47016-2011[3]對(duì)焊接接頭抗拉強(qiáng)度值的要求；（2）兩塊焊接試板存在魏氏組織的全焊縫拉伸屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率均滿足NB/T47016-2011[3]對(duì)全焊縫合格標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.3 彎曲試驗(yàn)分析

在每個(gè)焊接試板上以焊縫與母材厚度60 mm為寬度，取10 mm厚度的且包含焊縫（居中）、熱影響區(qū)、母材的彎曲試樣2件，彎曲試驗(yàn)結(jié)果見表4。該彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明：兩塊試板存在魏氏組織的彎曲試樣彎曲后均未發(fā)現(xiàn)裂紋，滿足NB/T47016-2011[3]要求。

2.4 沖擊試驗(yàn)分析

從每塊焊接試板上的焊縫及熱影響區(qū)各取兩組試樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，沖擊性能結(jié)果見表5。該沖擊試驗(yàn)結(jié)果說明如下。（1）1#焊接試板0 ℃焊縫沖擊平均值為157 J，熱影響區(qū)平均值為171 J，滿足NB/T47016-2011[3]和DL/T868-2014[4]要求；（2）2#焊接試板0 ℃焊縫沖擊平均值為157 J，熱影響區(qū)平均值為151 J，滿足NB/T47016-2011[3]和DL/T868-2014[4]要求。

2.5 硬度檢測

沿每塊焊接試板厚度方向δ60 mm取一件硬度試塊，對(duì)其母材、熱影響區(qū)及焊縫三區(qū)域分別測五處布氏硬度值并取其平均值，所得數(shù)值見表6。該項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果說明：焊縫硬度值滿足DL/T869-2012[5]對(duì)同種鋼焊接接頭硬度值的要求。

3 Q245R過熱區(qū)魏氏組織形成原因及分析

焊接熱影響中的過熱區(qū)溫度較高，由于奧氏體晶粒過分長大，這種粗大的奧氏體在較快的冷卻速度（適合魏氏組織形成的冷卻速度）下會(huì)形成一種特殊的過熱組織，其組織特征為在一個(gè)粗大的奧氏體晶粒內(nèi)會(huì)形成許多平行的鐵素體針片，在鐵素體針片之間的剩余奧氏體最終會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，因此焊縫及熱影響區(qū)存在魏氏組織是一種常見現(xiàn)象，魏化組織形態(tài)示意圖見圖4。

評(píng)定魏氏組織，要根據(jù)析出的針狀鐵素體數(shù)量、尺寸和由鐵素體網(wǎng)確定的奧氏體晶粒大小的原則確定[1]，魏氏組織的級(jí)別越低其形態(tài)越均勻，魏氏組織的級(jí)別越高其組織越粗大且網(wǎng)狀形態(tài)越厚。對(duì)存在魏氏組織的兩塊試板進(jìn)行分析之后，結(jié)果顯示焊縫區(qū)域局部存在1～2級(jí)魏氏組織，過熱區(qū)域局部存在2～3級(jí)魏氏組織，焊縫力學(xué)性能（拉伸、彎曲、沖擊、硬度）均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，并且數(shù)值處于較高水平，焊縫及過熱區(qū)強(qiáng)度與韌性均高于母材，焊縫及過熱區(qū)部分區(qū)域1～3級(jí)魏氏組織未對(duì)Q245R焊接試板產(chǎn)生明顯影響。

4 結(jié)語

（1）Q245R材料的焊縫及過熱區(qū)出現(xiàn)魏氏組織具有普遍性。

（2）焊縫與過熱區(qū)局部區(qū)域存在魏氏組織，普遍魏氏組織評(píng)級(jí)為1～2級(jí)，部分區(qū)域達(dá)到3級(jí)。

（3）兩塊焊縫與過熱區(qū)局部區(qū)域存在魏氏組織的Q245R焊接試板金相組織、力學(xué)性能、硬度測試均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，說明Q245R這種材料的焊縫及過熱區(qū)局部區(qū)域存在魏氏組織不會(huì)對(duì)焊縫性能產(chǎn)生明顯影響。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T13299-1999，鋼的顯微組織評(píng)定方法[S].1999.

[2]TSG G0001-2012，鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].2012.

[3]NB/T47016-2011，承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢查[S].2011.

[4]DL/T868-2014，焊接工藝評(píng)定規(guī)程[S].2014.

[5]DL/T869-2012，火電廠焊接技術(shù)規(guī)程[S].2012.

[6]郭秀文.金相技術(shù)問答[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.