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1.4003不銹鋼與0Cr18Ni9不銹鋼焊接接頭組織和力學性能 

發布時間:2021-05-27

目前,經濟型鐵素體不銹鋼以其良好的性能和經濟的價格,作為車體材料越來越受到人們的密切關注。1.4003不銹鋼(歐洲標準EN10088)是德國于1995年在3Cr12基礎上發展起來的超低碳、低鉻經濟型鐵素體不銹鋼。該鋼具有中等的抗蝕性、適度的強度、良好的耐磨性和低的維修成本,已經廣泛應用于交通運輸、框架結構、制糖、石化和采礦等各工業領域。

本文通過進行焊接工藝試驗、拉伸、彎曲、沖擊等力學性能試驗和顯微分析等手段研究了1.4003鐵素體不銹鋼與0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接接頭的組織和力學性能,為該鋼的實際生產應用提供了理論依據。

1試驗材料及方法

1.1材料制備和焊接

試驗材料為歐洲標準EN10088———1.4003鐵素體不銹鋼和GB/T12201992———0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼,兩鋼的化學成分見表1,力學性能見表2。采用熔化極混合氣體保護焊方法焊接,焊接材料為ER308-LAWS標準)奧氏體不銹鋼焊絲,保護氣體為Ar+φ(O23%。將對接焊的試板開60°的V形坡口,1.4003鐵素體不銹鋼試板尺寸為200mm×100mm×8mm,0Cr18Ni9試板尺寸為200mm×100mm×6mm。

1.2試驗方法

1.2.1力學性能試驗

焊接接頭試驗材料均沿《焊接接頭拉伸試驗方法》垂直于焊縫方向取樣,拉伸試驗按GB/T26511989進行,彎曲試驗按GB/T26531989《焊接接頭彎曲及壓扁試驗方法》分別進行面彎和背彎,維氏硬度試驗按GB/T43401999進行,沖擊試驗采用55mm×10mm×5mmV形缺口試樣,缺口分別開在焊縫、距熔合線1.5mm處的HAZ及母材,試驗溫度分別為室溫、-20,-40℃。1.2.2顯微組織和斷口形貌分析分別用BX51M金相顯微鏡、JSM-6460LV掃描電鏡對焊接接頭的組織形態、沖擊試驗斷口進行觀察與分析。

2試驗結果與分析討論

2.1拉伸試驗結果與分析

41.4003鐵素體不銹鋼與0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接接頭拉伸試驗結果。由表4可見,焊接接頭的抗拉強度與母材的相當,伸長率也接近1.4003鐵素體不銹鋼母材。

2.2彎曲試驗結果與分析

51.4003鐵素體不銹鋼與0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接接頭彎曲試驗結果。由表中可見,焊接接頭面彎與背彎的彎曲角都為180°,焊接接頭具有良好的彎曲性能。

2.3沖擊試驗結果與分析

61.4003鐵素體不銹鋼與0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接接頭在室溫、-20℃和-40℃時的沖擊試驗結果。試驗結果表明,焊縫、1.4003不銹鋼側HAZ、0Cr18Ni9不銹鋼側HAZ、0Cr18Ni9不銹鋼母材在室溫、-20℃和-40℃時的沖擊吸收功均保持在較高的水平。相同溫度下,焊縫的沖擊吸收功平均值略低于兩側母材的,0Cr18Ni9不銹鋼側HAZ的沖擊吸收功與1.4003鐵素體不銹鋼母材的相當。1.4003鐵素體不銹鋼側HAZ沖擊吸收功較低,是整個焊接接頭的薄弱環節,且隨著溫度的降低,沖擊吸收功顯著降低。

11.4003鐵素體不銹鋼與0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接接頭-40℃時沖擊試驗斷口形貌。從圖中可以看出,焊縫、0Cr18Ni9HAZ、1.4003母材和0Cr18Ni9母材的沖擊斷口形貌基本都以韌窩為主,故沖擊吸收功較高,韌性好。1.4003不銹鋼側HAZ沖擊斷口形貌為粗大的解理,晶粒粗大是該處沖擊吸收功下降的主要原因。

2.4硬度試驗結果與分析

21.4003鐵素體不銹鋼與0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接接頭硬度分布曲線。從圖中可見,1.4003鐵素體不銹鋼的平均硬度為HV189,0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼的平均硬度為HV180??拷?/span>1.4003鐵素體不銹鋼側熔合線附近硬度值波動較大,最小值為HV167,最大值為HV215,焊縫處的硬度平均值為HV198,高于兩側母材。

2.5金相顯微組織分析

31.4003鐵素體不銹鋼與0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接接頭的焊縫、熱影響區以及母材的金相顯微組織。焊縫組織為白色的奧氏體基體+網狀鐵素體,通過熔合比及舍夫勒相圖得出焊縫中含有7%~8%的δ鐵素體。奧氏體不銹鋼焊縫中形成5%~10%的δ鐵素體,有助于防止熱裂紋。圖3b0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼側HAZ顯微組織,左側為焊縫,右側為熱影響區。從圖中可見由于焊縫組織與母材組織均為奧氏體,故互相交融,熔合線沒有固定界限。圖3c1.4003鐵素體不銹鋼側HAZ,從圖中可見,左側為奧氏體焊縫,右側為鐵素體熱影響區,故熔合線界限明顯,1.4003鐵素體不銹鋼側HAZ過熱區鐵素體晶粒明顯長大,呈等軸狀分布,晶粒度達到1~2級,寬度約為0.48mm。由此可見,焊接熱循環使鐵素體晶粒長大,過熱區的寬度雖然很小,但是嚴重影響了1.4003鐵素體不銹鋼側HAZ處的低溫沖擊韌性。1.4003鐵素體不銹鋼母材組織以鐵素體為主,晶粒度7~8級。0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼母材組織為具有孿晶的奧氏體晶粒,上面有沿加工變形方向分布的黑色條紋α鐵素體。

3結論

11.4003鐵素體不銹鋼與0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼的焊接接頭的拉伸性能與母材的相當;且接頭具有很好的彎曲性能;該接頭的沖擊性能在1.4003鐵素體不銹鋼側HAZ處最差,該處的沖擊吸收功隨著溫度的降低而顯著降低。

21.4003鐵素體不銹鋼與0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼的焊接接頭的平均硬度在HV160~200之間,焊縫處的平均硬度高于兩側母材的,1.4003不銹鋼側熔合線附近硬度曲線波動較大,0Cr18Ni9不銹鋼側熔合線附近的硬度曲線較為平緩。

31.4003鐵素體不銹鋼與0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接,焊縫為奧氏體+7%~8%)的δ鐵素體雙相組織;1.4003鐵素體不銹鋼側HAZ過熱區的晶粒明顯長大,為單一鐵素體組織,導致塑性和韌性下降,焊接時應選用小焊接工藝參數。

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