焊后熱處理保溫時間對核電用藥芯焊絲CHT90CK3HR2焊縫沖擊性能的影響

蔣 勇，陳耕耘，朱 平，趙建倉，王淦剛，匡艷軍，黃騰飛（.四川大西洋焊接材料股份有限公司，四川自貢 6400；.蘇州熱工研究院有限公司，江蘇蘇州 5000；.中廣核工程有限公司，廣東深圳 58000）

焊后熱處理保溫時間對核電用藥芯焊絲CHT90CK3HR2焊縫沖擊性能的影響

蔣 勇1，陳耕耘1，朱 平2，趙建倉2，王淦剛2，匡艷軍3，黃騰飛3
（1.四川大西洋焊接材料股份有限公司，四川自貢 643010；2.蘇州熱工研究院有限公司，江蘇蘇州 215000；3.中廣核工程有限公司，廣東深圳 518000）

針對核電用低合金鋼藥芯焊絲CHT90CK3HR2，采用改變熱處理保溫時間的方法對焊縫沖擊性能進行了研究分析，借助金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡研究了熱處理保溫時間對其熔敷金屬性能及組織的影響。結果表明，在焊態下到610℃×40h熱處理保溫時間下，CHT90CK3HR2熔敷金屬力學性能較穩定，適應性較強，其中焊態下熔敷金屬綜合力學性能最佳。

熱處理；藥芯焊絲；焊縫；沖擊性能

由于藥芯焊絲氣保焊在焊接過程中存在局部高溫反應，焊縫區溫度梯度很大，焊接過程中會產生較大焊接殘余應力，如果處理不當將會產生裂紋，嚴重的甚至造成焊縫開裂，工件報廢。目前常規的做法是通過焊后熱處理來消除這一應力，特別是在低合金鋼中，適當的熱處理溫度和時間能使焊縫金屬得到良好的塑性和韌性，但如果處理理溫度過高或者時間過長，則會導致焊縫金屬組織粗化、晶界處碳化物析出，反而影響其機械性能［1］。其中雷才洪的《焊后熱處理對12Cr1MoV鋼焊縫組織和性能的影響》、李亞軍的《焊后熱處理時間對18MND5鋼焊縫組織和性能的影響》、古敏的《經過不同規范焊后處理的核電用碳鋼的力學性能的比較》等大量學者都做了大量實驗［2-4］，也都證實了熱處理保溫時間對焊縫機械性能的影響巨大。本試驗的目的就是在前人的理論基礎上，研究不同熱處理保溫時間對低合金鋼藥芯焊絲CHT90CK3HR2焊縫熔敷金屬的力學性能的變化，為核電工程應用提供技術依據。

1　實驗條件設計

為適應核電工程用氣保護藥芯焊絲的不同熱處理保溫時間應用需求，本實驗設計了焊態、1h、8h、16h、32h、40h六種熱處理保溫時間條件，（焊接試板300℃進出爐，300℃以上升降溫速度為55℃/h）研究這六種情況下同一焊縫熔敷金屬力學性能的變化，主要是沖擊性能的變化。

1.1藥芯焊絲準備

這次實驗選用的是和中廣核工程有限公司合作研發的氣保護藥芯焊絲CHT90CK3HR2，其焊接熔敷金屬化學成分和力學性能等技術指標見表1、表2、表3

表1　CHT90CK3HR2焊絲的熔敷金屬化學成分：%

表2　CHT90CK3HR2焊絲的熔敷金屬力學性能

表3　CHT90CK3HR2焊絲的熔敷其它力學性能

1.2焊接試板準備

試板采用Q345鋼板，焊接參數見表4，試樣制備及機械性能測試按GB/T25774.1的規定進行。

表4　熔敷金屬焊接工藝參數

2　試驗結果分析與討論

2.1不同熱處理保溫時間對熔敷金屬力學性能的影響

不同熱處理保溫時間對熔敷金屬力學性能的影響見表5。

表5　熔敷金屬力學性能

重點對焊縫熔敷金屬的沖擊功進行了分析（見圖1～2），得到了如下的結果：

圖1　熱處理保溫時間對焊縫下對0℃沖擊功影響

圖2　熱處理保溫時間對焊縫下對-20℃沖擊功影響

隨著熱處理保溫時間從焊態增加到40h，沖擊溫度為0℃時，沖擊功變化不明顯；沖擊溫度為-20℃，焊態和熱處理保溫時間為1h時沖擊功較好；熱處理保溫時間8h和16h時，沖擊功有一定幅度降低；熱處理保溫時間32h和40h時，沖擊功大幅降低。這與前言中提到的熱處理保溫時間過長反而會降低焊縫機械性能結論是一致的。因為保溫時間過長會造成焊縫金屬組織粗化與晶界處碳化物析出，表現為大幅降低低溫沖擊韌性［5］。

2.2不同熱處理保溫時間對金相組織的影響

以不同的熱處理保溫時間（焊態到40h），分別從對應的試板上取一個試樣進行金相分析。

顯微鏡下的柱狀晶組織可以看出，焊態下焊縫熔敷金屬中心組織為粒狀貝氏體+少量鐵素體，晶粒較細小，且組織較均勻；隨著熱處理保溫時間的增加，C元素在高溫擴撒較快富碳的M-A島基本分解為鐵素體和碳化物，但由于時間較短碳化物在晶界處分部較為均勻；隨著熱處理保溫時間繼續增加，C元素及起碳化物在晶界局部開始聚集長大、偏析、粗化，文獻指出：隨著焊后熱處理保溫時間的增加，焊縫中不僅有C析出，還有Mo、Cr、Ni等合金元素在晶界析出，從固溶強化轉變為沉淀強化，使其強度逐漸降低、沖擊吸收能提高；其次Mn、Mo可以抑制片狀、塊狀鐵素體的形成，有利于形成針狀鐵素體，從而進一步提高焊縫韌性。但隨著如果繼續增加熱處理保溫時間，碳原子和其它金屬將形成碳化物，這些碳化物將在晶界聚集長大、偏析、粗化，其對沖擊韌性的危害要遠遠大于沉淀強化的有理作用，表現為沖擊功大幅降低［6］。

2.3沖擊試樣斷口形貌分析

以不同的熱處理保溫時間（焊態到40h）下，沖擊溫度為-20℃的試樣進行了掃描電鏡分析，不同的熱處理保溫時間下，沖擊試樣斷口宏觀形貌，隨著保溫時間的延長，纖維區所占比例明顯有所下降，這也進一步驗證了結果，焊態下，沖擊斷口形狀不規則，變形量大，纖維區所占比例高，反映了試樣沖擊過程中有很大塑性變形發生［7］；而在32h和40h熱處理保溫狀態下，斷口形狀規則，變形量小，放射區所占的比例較大，這種斷口說明在施加快速載荷的沖擊過程中塑性變形較小，材料的韌性較差。沖擊斷口SEM形貌進一步反映了不同熱處理保溫時間下沖擊功的顯著差異。在焊態和熱處理時間為1h的時候，斷口韌窩布滿了撕裂痕且較深，隨著熱處理保溫時間的增加，沖擊斷口韌窩變淺，韌性變差［8］。

3　結論

1）通過改變熱處理保溫時間，在焊態到40h熱處理保溫時間的條件下試驗，焊縫金屬0℃沖擊功變化不大，-20℃沖擊功則隨著熱處理保溫時間的延長而降低，其中焊態下最好，32h熱處理保溫時間后，沖擊功明顯降低。

2）通過改變熱處理保溫時間，在焊態到40h熱處理保溫時間的條件下試驗，焊縫金屬晶粒的尺寸隨著熱處理保溫時間增長而逐漸增大。

3）以沖擊溫度為-20℃的試樣進行掃描電鏡試驗，CHT90-CK3HR2熔敷金屬的斷裂機制為塑性斷裂，其中焊態下纖維區所占比例最高，韌窩組織數量更多，深度更深，沖擊韌性更好。

4）熱處理保溫時間從焊態到610℃×40h之間，CHT90-CK3HR2藥芯焊絲熔敷金屬的力學性能符合相關標準要求，應用于核電工程，有較強的適應性。

［1］ 孫咸.鈦型渣系氣保護藥芯焊絲熔敷金屬力學性能的控制［J］.焊接，2007（6）：7-10.

［2］ 雷才洪.焊后熱處理對12Cr1MoV鋼焊縫組織和性能影響［J］.熱加工工藝，2016（1）：235-237.

［3］ 古敏.經不同規范焊后熱處理的核電用碳鋼的力學性能比較［J］.壓力容器，2015（6）：35-39.

［4］ 李亞軍.焊后熱處理時間對18MND5鋼焊縫組織和性能的影響［J］.機械制造文摘，2015（6）：17-20.

［5］ 王淑華.低溫鋼16MnDR的焊后熱處理［J］.焊工之友，2008，（7）：48.

［6］ 劉福廣.焊后熱處理溫度對P92鋼焊縫顯微組織和力學性能的影響［J］.動力工程學報，2011（10）：803-807.

［7］ 李文彬.焊后熱處理對P92鋼焊縫沖擊性能的影響［J］.金屬熱處理，2011，（7）：71-73.

［8］ 張一任.焊后熱處理對15CrMoR鋼板性能的影響［J］.材料工程，2001（4）：27-29.

PWHT Holding Time for Nuclear Power Flux Cored Wire Weld Impact Properties CHT90CK3HR2 Shadow

Jiang Yong，Chen Gen-yun，Zhu Ping，Zhao Jian-cang，Wang Min-gang，Kuang Yan-jun，Huang Teng-fei

Nuclear power low-alloy steel flux cored wire CHT90CK3HR2，by changing the holding time of the heat treatment method on the weld impact properties were studied and analyzed by means of optical microscopy and scanning electron microscopy to study the heat treatment holding time performance and its deposited metal organizational impact.The results showed that the as-welded condition to 610℃×40h heat treatment holding time，CHT90CK3HR2 mechanical properties of deposited metal melt more stable，strong adaptability，under which the welded metal deposited the best mechanical properties.

heat treatment；flux cored wire；weld；impact property

TG422.1

B

1003-6490（2016）05-0060-02

2016-05-11

廣東省產學研結合項目（20110905）專項資金資助項目；國家能源應用技術研究與工程示范資助項目（NY20111201-1）。

蔣勇（1967—），男，四川自貢人，高級工程師，主要從事焊接材料研發及工藝管理工作。