回火處理對焊縫性能的影響探析

孟祥鋒

摘要：文章通過改變回火工藝參數，對比含鉬和不含鉬焊縫的性能。實驗結果表明，采用NB-1SJ焊條焊接后，焊縫硬度下降，韌性提高。通過含鉬和不含鉬兩種焊縫的對比，發現含鉬焊縫的機械性能要優越于不含鉬焊縫。

關鍵詞：回火處理；焊縫性能；碳化物；晶粒細化；熱處理 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG441 文章編號：1009-2374（2015）27-0076-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.040

鉬的熔點高、耐腐蝕性好、室溫下有較高的強度和塑性，而且在高溫下仍具有良好的機械性能，因此在工業中得到廣泛應用，特別是在調質和滲碳結構鋼、彈簧鋼、軸承鋼、工具鋼、不銹耐酸鋼、耐熱鋼、磁鋼等各種鋼常常作為合金元素應用。鉬可以縮小奧氏體相區，在鋼中可固溶于鐵素體、奧氏體和碳化物中，也可與鐵、碳形成復合的滲碳體。鉬對鐵素體有固溶強化作用，同時也提高碳化物的穩定性，從而提高鋼的強度。鉬對改善鋼的延展性、韌性、耐磨性起到有利作用。

Q345是低合金高強度結構鋼，廣泛應用于橋梁、車輛、船舶、建筑、壓力容器、石油儲罐、起重運輸機械及其他承受較高載荷的工程與焊接結構件。Q345當含碳量較低時，由于本身含碳量少，又是通過固溶強化方式來獲得較好的強度和韌性，因而其脆化傾向小。只有在線能量過大的情況下，才會造成過熱區奧氏體晶粒嚴重粗化，冷卻時形成魏氏組織，這時會出現脆化現象。當碳含量偏高時，線能量過大會形成魏氏組織而脆化，在線能量偏低，冷卻速度過大時也會形成脆化。Q345本身化學成分沒有強氮化合物形成元素，因而有一定的熱應變脆化傾向，所以解決Q345焊縫脆化問題顯得尤為重要。本文通過實驗對比分析熱處理工藝對含鉬焊縫和不含鉬焊縫硬度和韌性的影響，為含鉬焊接材料的設計開發及推廣應用提供支撐。

1 試樣制備及試驗方法

1.1 試樣制備

焊接母材采用18mm厚的Q345鋼板。為焊接方便，將Q345鋼板加工成60°坡口。利用BX1-315型交流焊機進行焊接，焊接采用多道多層焊接。焊接后清除試樣表面的熔渣殘渣，沿垂直焊道方向切取試樣。

1.2 焊接材料及焊接參數

本實驗選用的焊接材料為J607Ni和J707Ni焊條，均為低氫鈉型低合金高強度鋼焊條，J607Ni具有良好的抗熱烈性，J707Ni具有良好的綜合力學性能。J607Ni的化學成分：C≤0.1%，Mn≥1.0%，Si≤0.8%，Ni=1.2%～1.5%，S≤0.03%，P≤0.035%；J707Ni的化學成分：C≤0.1%，Mn≥1.0%，Si≤0.8%，Ni=1.2%～1.5%，Cr≤0.2%，Mo=0.4%～0.6%，S≤0.03%，P≤0.035%。J607Ni和J707Ni焊接工藝參數：焊條直徑4.0mm，電弧電壓為22～30V，焊接電流為170A，焊接速度為90～110mm/min，采用直流反接。

1.3 試驗方法

焊后分別進行200℃、400℃、600℃回火處理，保溫時間為1.5h，然后空冷。從堆焊及熱處理后的試驗材料上切取力學性能試樣，試樣采用V型缺口，試樣尺寸為10mm×10mm×55mm，制取試樣3個，結果取平均值，沖擊試驗在JB-30A型沖擊試驗機上進行，對沖擊試樣的斷口形貌利用SSX-550型掃描電鏡SEM進行分析。硬度在HR-150B型洛氏硬度計上進行。

2 實驗結果及分析

2.1 硬度

J607Ni焊后硬度為84HRB，200℃回火后為80HRB，400℃回火后為76HRB，600℃回火后為67HRB；J707Ni焊后硬度為89HRB，200℃回火后為84HRB，400℃回火后為79HRB，600℃回火后為73HRB。從硬度試驗結果可以看出，用J707Ni焊條焊接的含鉬焊縫硬度總體上比使用J607Ni焊條焊接的不含鉬焊縫硬度大。鉬是強碳化物形成元素，鉬由于原子尺寸較大，在鐵中溶解度較小，與鐵可形成拉維斯相，該相是一種合金中的強化相，且鉬可溶于Fe3C，形成合金滲碳體，比Fe3C有較高的穩定性，也可溶入碳化物或者置換碳化物的金屬原子形成MC、M2C、M23C6、M6C等碳化物，因此，含鉬焊縫硬度較高。由于回火能夠消除焊縫的殘余應力并且隨回火溫度的提高使鐵素體條粗化長大，晶界、位錯等缺陷數目減少，硬度降低，因此，J607Ni與J707Ni焊縫的硬度都隨著回火溫度的升高而降低。由于J707Ni中含有一定量的Cr、Mo，Cr、Mo是強碳化物形成元素，能夠與C形成特殊的碳化物，形成的特殊碳化物產生沉淀強化，阻止組織粗化，導致焊縫的硬度較高，因此，在回火溫度相同時，含Mo焊縫的平均硬度較大。

2.2 沖擊韌性

J607Ni焊后沖擊韌性為36.7J/cm2，200℃回火后為41.8J/cm2，400℃回火后為56J/cm2，600℃回火后為73.1J/cm2；J707Ni焊后沖擊韌性為44J/cm2，200℃回火后為50.1J/cm2，400℃回火后為64.3J/cm2，600℃回火后為82.2J/cm2。從沖擊實驗結果來看，含鉬的焊縫沖擊韌性高，因為Mo使焊縫的組織細化。回火可以消除內應力，使組織分布均勻，使焊縫的綜合性能得到改善，隨回火溫度的升高，J607Ni與J707Ni焊縫的沖擊韌性都升高。但是由于Mo具有細化晶粒的作用，在相同的回火溫度下，含Mo焊縫的沖擊韌性較高。

通過觀察宏觀斷口形貌，發現經回火處理后，J607Ni和J707Ni焊縫的宏觀端口都可以觀察到有粗糙均勻的纖維區和剪切唇，且放射區所占比例較小，塑性變形明顯增加。回火溫度越高，纖維區表面粗糙度越大，韌性越大。與J607Ni相比，J707Ni含鉬焊縫的斷口區域的放射區所占比例更小，且斷口嚴重收縮變形，說明斷口韌性更明顯。從微觀觀察可以看出，含鉬的焊縫斷裂形貌為韌窩狀，而不含鉬焊縫斷裂處撕裂棱不明顯，微觀斷口形貌以河流花樣為主，故韌性比含鉬的焊縫低。

3 結語

（1）含鉬焊縫硬度高于不含鉬焊縫。經回火處理后，隨回火溫度的升高，焊縫硬度都下降，含鉬焊縫平均硬度大于不含鉬焊縫；（2）經回火處理后，兩種焊縫的韌性均得到了改善。隨回火溫度的升高，斷口纖維區和剪切唇所占斷口區比例不斷增加，放射區所占比例相應減少，韌窩尺寸和深度都不斷增加，含鉬焊縫的韌性相對更好。

參考文獻

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（責任編輯：黃銀芳）