09MnNiDR鋼焊接工藝

楊智華，黃保平，丁全有，張 嵐

（1.山東豪邁化工技術有限公司，山東青島266045；2.山東豪邁機械科技股份有限公司，山東，高密261500）

09MnNiDR鋼焊接工藝

楊智華1，黃保平2，丁全有1，張 嵐1

（1.山東豪邁化工技術有限公司，山東青島266045；2.山東豪邁機械科技股份有限公司，山東，高密261500）

介紹09MnNiDR埋弧自動焊多層多道焊的焊接工藝、熱處理工藝，以及09MnNiDR母材及焊材的性能特點。對比經(jīng)過熱成型930℃（65 min）+正火900℃（100 min）+回火620℃（120 min）+模擬熱處理560℃（6 h）后及經(jīng)過模擬熱處理560℃（6 h）后兩種不同熱處理狀態(tài)下材料的拉伸、沖擊、組織及硬度的變化。分析性能變化原因，為09MnNiDR鋼的焊接提供參考和借鑒。

09MnNiDR；埋弧自動焊；多層多道焊；熱處理狀態(tài)

0 前言

隨著科學和經(jīng)濟的發(fā)展，國內(nèi)外的石油、化工技術和設備也得到長足進步。壓力容器向著大型化、高參數(shù)和高壽命的方向發(fā)展，一些大型、低溫、深冷壓力容器在石油煉化行業(yè)的應用越來越多。低溫材料的焊接加工技術也成為焊接研究的重要課題[1]。在此主要研究09MnNiDR鋼的焊接過程。09MnNiDR鋼為鐵素體+少量珠光體型低溫鋼，其含碳量低，屬于低合金結(jié)構(gòu)鋼[2]。其中Mn、Ni為其主要合金元素Mn的作用主要是通過固溶強化來提高鋼的強度Ni能改善鐵素體的低溫韌性，并且顯著降低鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度[3-4]。采用埋弧自動焊焊接試件，比較高溫熱成型狀態(tài)下與模擬熱處理狀態(tài)下焊縫及其周圍組織性能的差別。

1 焊接工藝試驗

1.1 基材性能

09MnNiDR鋼屬于低溫用鋼[5]，鋼中雜質(zhì)含量要求嚴格?；牡幕瘜W成分、力學性能如表1所示本次試驗所用基材鋼板為厚度66 mm的中厚板。

表1 試驗用基材的化學成分及力學性能

1.2 焊材性能

選用與基材性能相匹配的埋弧焊焊絲及焊劑進行試驗。焊絲選用H06Mn35DR，焊劑選用SJ208DR。試驗用焊材的化學成分及力學性能如表2所示。

表2 試驗用焊材的化學成分及力學性能

1.3 焊接規(guī)范

為了使09MnNiDR鋼焊接接頭達到良好的力學性能，焊接參數(shù)的選擇尤為重要。由于本次試驗所用基材為中厚板，焊接接頭的拘束應力較大，為保證焊接質(zhì)量，焊前需預熱50℃，同時嚴格控制層間溫度（50℃～120℃），從而保證焊縫及熱影響區(qū)的沖擊韌性。采用多層多道焊，不宜采用大焊接熱輸入，后續(xù)焊道對前一焊道能起到自回火作用，可以細化焊縫晶粒、減少淬硬傾向，提高焊縫低溫韌性。采用U形坡口，減少焊縫填充量同時避免窄而深的V型接頭。采用直流反接，焊接工藝參數(shù)如表3所示。

表3 焊接工藝參數(shù)

2 試驗數(shù)據(jù)

焊接完后將試板鋸為2塊，分別標記為試板A、B。試板A進行熱成型熱處理，具體工藝為：熱成型930℃（65 min）+正火900℃（100 min）+回火 620℃（120 min）+模擬熱處理 560℃（6 h）。試板 B：熱處理560℃（6 h）。試板A、B拉伸試驗結(jié)果見表4，試板A沖擊韌性試驗結(jié)果見表5，試板B沖擊韌性試結(jié)果見表6。

表4 試板A/B拉伸試驗結(jié)果

表5 試板A沖擊試驗結(jié)果

表6 試板B沖擊試驗結(jié)果

試板A組織及硬度值見表7，試板B組織及硬度值見表8。

表7 試板A組織和硬度

表8 試板B組織和硬度

3 試驗結(jié)果分析

由表4可知，試板B的拉伸性能優(yōu)于試板A，推測可能是試板A經(jīng)過長時間的熱處理，應力松弛，拉伸強度降低。沖擊韌性與材料的內(nèi)在缺陷關系緊密。試板A熱處理充分，內(nèi)在缺陷修復得多，因此焊縫、熱影響區(qū)、母材沖擊韌性值均勻，焊縫熱影響區(qū)經(jīng)過正火處理后，沖擊韌性回復到與母材相近的水平；試板B由于熱處理時間短，晶內(nèi)缺陷仍然較多，因此焊縫與熱影響區(qū)的沖擊韌性遠低于母材，并且熱影響區(qū)出現(xiàn)沖擊值極低的狀態(tài)。試板A經(jīng)過正火退火等一系列熱處理后，焊縫、熱影響區(qū)組織回復至與母材相似的狀態(tài)（鐵素體＋珠光體組織）；試板B焊后僅退火處理，因此有回火索氏體和貝氏體組織，因此試板B焊縫、熱影響區(qū)的硬度明顯高于試板A。

4 結(jié)論

（1）經(jīng)熱成型930℃（65min）+正火900℃（100min）+回火620℃（120min）+模擬熱處理560℃（6h）后及經(jīng)過模擬熱處理560℃（6 h）后，焊縫、母材、熱影響區(qū)性能都符合要求。

（2）經(jīng)熱成型930℃（65min）+正火900℃（100min+回火 620℃（120min）+模擬熱處理 560℃（6h）后及經(jīng)過模擬熱處理560℃（6h）后，材料的拉伸性能沖擊韌性和組織硬度都有很大差距。為以后09MnNiDR鋼的焊接熱處理提供了參考。

[1]王占英，馬軼群，張?zhí)m娣，等．低溫材料09MnNiDR的焊接工藝[J]．焊接，2006（2）：63-65．

[2]顧偉，王國平，王小平，等．國產(chǎn)低溫儲罐用鋼09MnNiDR焊接接頭的低溫韌性研究[J]．熱加工工藝，2011，40（13）142-147．

[3]秦曉鐘．-70℃低溫壓力容器用鋼[J]．壓力容器，2000（1）34-37.

[4]李衛(wèi)紅，文成.09MnNiDR鋼的埋弧焊工藝評定[J]．熱加工工藝，2014，43（13）：193-194.

[5]劉玉華，高海水.09MnNiDR鋼制低溫壓力容器焊接工藝的確定[J].壓力容器，2002，19（1）：32-34.

Welding technology of 09MnNiDR steel

YANG Zhihua1，HUANG Baoping2，DING Quanyou1，ZHANG Lan1
（1.Himile Chemical Technology（Shandong）Co.，Ltd.，Qingdao 266045，China；2.Himile Mechanical Science and Technology（SHANDONG）Co.，Ltd.，Gaomi 261500，China）

The automatic multi-layer and multi-pass submerged-arc welding technology，heat treatment technology and the characteristics of the base metal and materials for 09MnNiDR steel are introduced.The tensile，impact and the changes of microstructure and hardness are compared under two different heat treatment conditions，which are thermoforming 930 ℃ (65 min)+normalizing 900 ℃(100 min)+tempering 620℃(120 min)+simulated heat treatment of 560℃(6 h)and simulated heat treatment 560℃(6 h)respectively.And the reasons of characteristics change are analyzed，which provides a good guidance for the welding of 09MnNiDR steel.

09MnNiDR；automatic submerged-arc welding；multi-layer and multi-pass welding；heat treatment condition

TG457.11

B

1001－2303（2017）06－0098-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.06.21

2016-12-16；

2017-04-05

楊智華（1984—），女，工程師，碩士，主要從事焊接工藝、焊接仿真模擬在實際生產(chǎn)中的應用等研究工作。E-mail：yangzh180@163.com。

本文參考文獻引用格式：楊智華，黃保平，丁全有，等.09MnNiDR鋼焊接工藝[J].電焊機，2017，47（06）：98-100.