T91焊接接頭組織和力學(xué)性能分析

謝合勝

（山東職業(yè)學(xué)院,濟(jì)南 250104）

1 引言

T91鋼是一種改進(jìn)的9Cr-1Mo鋼，是在T9（9Cr1Mo）鋼的基礎(chǔ)上通過添加V、Nb、N等合金元素而形成的一種改進(jìn)的高強(qiáng)度馬氏體耐熱鋼[1]。技術(shù)人員必須掌握鋼的組織和性能，并采用合適的焊接工藝規(guī)范，另外還要配以合理的焊后熱處理方式，才能有效保證焊縫的質(zhì)量性能要求。本文主要通過一系列的試驗(yàn)，進(jìn)行T91鋼的焊接接頭的組織觀察、分析和進(jìn)行接頭的力學(xué)性能試驗(yàn)，從金相組織照片上分析T91的金相組織，而從硬度，強(qiáng)度，彎曲情況來分析T9鋼的力學(xué)性能，從而找出一個(gè)合理的供技術(shù)人員參考的工藝規(guī)范。

2 試驗(yàn)材料、設(shè)備及方法

2.1 試樣材料

試樣材料為4個(gè)T91鋼管：直徑42×5mm，長度200mm。

2.2 焊接材料

KJ191TIG焊絲，Ф2.0mm，噴嘴尺寸：Ф10mm，鎢極直徑：Ф2.5mm，型號：Wce-20。

2.3 試驗(yàn)設(shè)備

（1）焊接設(shè)備。TIG焊機(jī)：ZX7-400ST，手工電弧焊焊機(jī)：ZX7-400STG。

（2）切割設(shè)備。電火花切割機(jī)：DK77，工作行程：400×320mm；砂輪切割機(jī)：S2ST-200。

（3）力學(xué)性能試驗(yàn)設(shè)備。數(shù)顯萬能試驗(yàn)機(jī)：WES-600；液體壓力萬能材料試驗(yàn)機(jī)：WES-30(最大載荷為30噸)；沖擊萬能試驗(yàn)機(jī)：JBN-300；箱式電阻爐型號：SX24-10；砂輪打磨機(jī)。

（4）金相試驗(yàn)設(shè)備。電子顯微鏡；砂紙、拋光機(jī)、低高倍顯微鏡、顯微硬度試驗(yàn)機(jī)、電解浸蝕試驗(yàn)機(jī)、10%的草酸溶液、吹風(fēng)機(jī)。

2.4 試驗(yàn)方法

2.4.1 焊接試樣制備

試驗(yàn)過程共分三種：用不同的電流，電流I=90A，I=110A，I=130A。其中電流I=90A的管子對焊2只，其它各1只。采用TIG焊：橫焊，60°V形坡口。

焊接完以后，其中，電流I=90A的兩只管子一只不進(jìn)行熱處理，另一只和I=110A、I=130A的共三個(gè)管子一起進(jìn)行750℃的退火處理，焊后熱處理需要在焊后24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行[2]。焊后熱處理:室溫入熱處理爐，升溫速度為150℃/h，在750℃保溫1小時(shí)，溫度波動不超過10℃；保溫后降溫速度為150℃/h，室溫出爐。

而沒熱處理的切割成4塊后，其中兩塊進(jìn)行350℃的熱處理，另外兩塊不進(jìn)行熱處理。

2.4.2 金相、硬度試樣制備

首先把試樣在砂輪切割機(jī)上切割成需要的適當(dāng)大小的小塊，然后在砂輪打磨機(jī)上進(jìn)行初步打磨，把尖角、棱角打磨掉，以防磨制和拋光過程中劃傷砂紙和拋光機(jī)，之后依次在150#、200#、400#、600#、800#、1000#、1200#的砂紙上進(jìn)行磨制，拋光在含有1-，0.3-和0.05-um的氧化鋁的尼龍布上進(jìn)行拋光，再在含有10g草酸和100ml蒸餾水的溶液里電解浸蝕或用FeCl3進(jìn)行浸蝕，然后在顯微鏡下觀察，如有劃痕，則再進(jìn)行拋光，直至無劃痕；最后在掃描電子顯微鏡下進(jìn)行拍照。

2.4.3 硬度測試

試驗(yàn)使用維氏硬度計(jì)來測試硬度，所有硬度測試試樣焊接接頭位置及測試點(diǎn)如圖1所示，其中1、2、3點(diǎn)為焊縫，4、5、6點(diǎn)為熱影響區(qū)，7、8、9點(diǎn)為母材。

圖1

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

把做好的拉伸試樣（T91鋼）在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，表1是依次記錄下的各試樣的試驗(yàn)結(jié)果。

表1

由試驗(yàn)結(jié)果可知：當(dāng)熱處理溫度相同時(shí)，隨電流的增大，強(qiáng)度增大；不進(jìn)行熱處理和350℃熱處理的管材抗拉強(qiáng)度較高，而進(jìn)行了750℃退火熱處理的管材抗拉強(qiáng)度降低。

3.2 金相組織分析

（1）焊接電流為90A時(shí)不同的熱處理狀態(tài)下的焊縫的金相組織照片（見圖2）

圖2

各個(gè)試樣的焊縫的金相組織照片為：(a)鐵素體+珠光體（b）珠光體+細(xì)小馬氏體（c）馬氏體

（2）焊縫在750℃熱處理?xiàng)l件下不同的焊接電流的金相組織照片（見圖3）

圖3

由以上的金相組織可以看到：(a)珠光體+鐵素體，（b）為板條狀馬氏體，(c)馬氏體。

3.3 硬度分析

按照硬度試驗(yàn)操作規(guī)程進(jìn)行硬度測試，最后查表可得硬度數(shù)據(jù)(HV100)，硬度曲線（見圖4）。

由硬度曲線可知：電流為110A，750℃的熱處理的硬度低于電流130A，750℃的熱處理的硬度，焊縫的硬度和母材接近，塑性好。硬度與熱處理狀況有關(guān)，在焊接電流相同時(shí)，熱處理溫度越高，硬度越小。

圖4

4 結(jié)論

通過試驗(yàn)可以看出：不進(jìn)行熱處理和350℃退火熱處理的管材強(qiáng)度較高，而進(jìn)行了750℃退火熱處理的管材強(qiáng)度降低，在焊接電流為110A，焊后進(jìn)行750℃退火熱處理是最理想的工藝方法，焊縫質(zhì)量能夠得到保證。所以在焊接過程中采用合適的焊接電流等焊接規(guī)范，以及配以焊后適當(dāng)?shù)臒崽幚矸绞绞欠浅１匾摹?/p>

[1]任嵐明，張?zhí)珓?T91/P91鋼焊接性能分析[J].吉林電力，2002(04):54-56.

[2]王志紅，趙建忠，李太彬.T91與12Cr1MoV異種鋼的焊接工藝[J].焊接,2006(10):54-56.