回火時間對SA738Gr.B鋼埋弧焊熔敷金屬組織與性能的影響

張慶素 馮偉 胡曉波 徐鍇 陳波

摘要： 文中研究了回火時間對SA738Gr.B鋼埋弧焊熔敷金屬性能的影響。結果表明，隨回火時間延長，熔敷金屬的強度和硬度逐漸下降，沖擊溫度≤-50 ℃，沖擊韌性下降，沖擊溫度≥-30 ℃，該趨勢不明顯。熔敷金屬韌脆轉變溫度在-30～-50 ℃區間?；鼗鹗购缚p及重熱區的組織由低碳貝氏體向回火索氏體轉變。鐵素體發生回復再結晶，形態由針狀轉變成等軸晶。碳化物由片狀轉變成點狀，分布于鐵素體之上。

關鍵詞： 埋弧焊; 熔敷金屬; 回火時間; SA738Gr.B鋼

中圖分類號： TG 406

Effect of tempering time on microstructure and properties of deposited metal on SA738Gr. B steel by submerged arc welding

Zhang Qingsu1， Feng Wei1， Hu Xiaobo1， Xu Kai2， Chen Bo1

（1.Harbin Well Welding Co.， Ltd.， Harbin 150028， Heilongjiang， China;2.Harbin Welding Institute Limited Company， Harbin 150028， Heilongjiang， China）

Abstract： In this paper， the effect of tempering time on the performance of deposited metal on SA738Gr.B steel by submerged arc welding（SAW）? was studied. The results showed that with the extension of tempering time， the strength and hardness of the deposited metal gradually decreased， when the impact temperature ≤-50 ℃， the impact toughness decreased， and the impact temperature ≥-30 ℃， the trend was not obvious. The ductile and brittle transition temperature of the deposited metal ranged from -30 ℃ to -50 ℃.The microstructure of weld and reheat zone changed from low carbon bainite to tempered sorbite. Ferrite restored to recrystallization and its morphology changed from acicular to equiaxed crystal. The carbide changed from flake to speck and distributed over the ferrite.

Key words： ??submerged arc welding; deposited metal; temper holding time; SA738Gr.B steel

0 前言

SA738Gr.B低合金鋼力學性能優良，可用于制作AP-1000和CAP1400核反應堆的安全殼[1-2]。其殼體的連接通常用埋弧焊進行。而焊縫在焊后需回火以消除應力并提高其塑韌性。溫度和時間是影響回火組織的關鍵。長期以來人們往往只注重溫度的影響，而對回火時間的影響缺乏研究。安全殼焊縫的回火溫度通常為595～620 ℃[3-4]，文中在前人研究的基礎上，進一步研究了608 ℃下，回火時間對焊縫性能的影響。

1 試驗方法

1.1 試驗材料

埋弧焊試驗所用母材為SA738Gr.B板材，其化學成分及力學性能見表1、表2。所用焊材為哈爾濱威爾焊接有限責任公司研制的Mn-Ni-Mo低合金鋼焊絲，牌號為H09MnNiMoHR，化學成分見表3，規格為4.0 mm;焊劑牌號為SJ18HR，與H09MnNiMoHR焊絲匹配。焊劑規格為0.25～1.70 mm，符合AWS A-5.23 F8P3-EF3-F3要求，同時滿足NB/T 47018—2017和GB/T 5293—2018的要求。

1.2 試驗方法

按GB/T 5293—2018制備試件。室溫拉伸按GB/T 228.1—2010和GB/T 2652—2008進行，沖擊試驗按GB/T 229—2007進行，硬度測試按GB/T 231.1—2018進行。焊接電源為LINCOLN AC/DC-1000。埋弧焊工藝參數見表4。

通過對比熔敷金屬在608 ℃×0 h，608 ℃×10 h，608 ℃×24 h，608 ℃×40 h和608 ℃×48 h回火后的組織性能，分析了回火時間對其影響。

2 結果分析與討論

2.1 回火時間對熔敷金屬力學性能的影響

熔敷金屬化學成分見表5，熔敷金屬經不同時間回火后拉伸性能如圖1所示，硬度如圖2所示。由圖可知，隨回火時間的延長，熔敷金屬的屈服強度、抗拉強度、布氏硬度下降，斷后伸長率增加。其中，屈服強度從625 MPa降低到505 MPa，抗拉強度從710 MPa降低到610 MPa， 布氏硬度由246 HB降低到198 HB，斷后伸長率從21.0%增大到28.5%，斷面收縮率從68.5%增大到76.0%?？梢?，熔敷金屬的強度和硬度隨回火時間延長逐漸下降。

熔敷金屬沖擊韌性研究如圖3和圖4所示，隨著沖擊溫度的降低，熔敷金屬沖擊逐漸下降。沖擊溫度高于-30 ℃時，熔敷金屬沖擊吸收能量較好。沖擊溫度在-30～-50 ℃，沖擊吸收能量急速下降，沖擊溫度低于-50 ℃，沖擊吸收能量下降趨于平緩，熔敷金屬韌脆轉變溫度在-30～-50 ℃區間內。沖擊溫度小于等于-50 ℃，隨回火時間延長，沖擊韌性下降，沖擊溫度高于-30 ℃，該趨勢不明顯。

在回火最初的10 h內，屈服強度、抗拉強度、硬度下降迅速，而當回火時間超過10 h后，硬度下降則趨緩。此現象反映了熔敷金屬組織變化在最初的10 h內較快，隨后趨緩。

2.2 回火時間對熔敷金屬微觀組織的影響

回火時間對焊縫組織的影響如圖5和圖6所示。由圖5a， 5b知，焊后未經回火時，焊縫及重熱區組織為低碳貝氏體，其中的鐵素體晶粒呈針狀，碳化物呈細片狀析出。低碳貝氏體在608 ℃回火時，將向回火索氏體轉變，鐵素體發生回復再結晶，形態由針狀逐漸向等軸晶演變，碳化物由片狀逐漸轉變成點狀，分布于鐵素體基體上。且隨回火時間的延長，轉變程度逐漸增大，如圖6所示。

回火時發生的這種組織轉變會導致強度和硬度的下降，塑性和韌性的上升，與圖1～圖4所示的結果符合。

3 結論

（1）隨回火時間的延長，熔敷金屬的屈服強度從625 MPa降低到505 MPa，抗拉強度從710 MPa降低到610 MPa， 布氏硬度由246 HB降低到198 HB，斷后伸長率從21.0%增大到28.5%，斷面收縮率從68.5%增大到76.0%。

（2）沖擊溫度≤-50 ℃，隨回火時間延長，沖擊韌性下降，沖擊溫度≥-30 ℃，該趨勢不明顯。

（3）在回火最初的10 h內，屈服強度、抗拉強度、硬度下降迅速，而當回火時間超過10 h后，硬度下降則趨緩。

（4）在608 ℃回火時，焊縫及重熱區組織由低碳貝氏體向回火索氏體轉變。鐵素體發生回復再結晶，形態由針狀轉變成等軸晶。碳化物由片狀轉變成點狀，分布于鐵素體之上。

參考文獻[1] 劉麗麗， 張偉棟， 王德軍， 等. 核電鋼制安全殼SA738 Gr. B搭接接頭裂紋成因分析[J]. 焊接， 2020（12）： 51-57， 64.

[2] 丁連征， 王鍇， 孟慶森. SA738Gr.B鋼焊接熱影響區組織及性能的熱模擬試驗[J]. 焊接學報， 2014， 35（8）： 91-94.

[3] 王剛， 胡廣澤， 曹中云， 等. 鋼制安全殼熔化極氣體保護自動焊接工藝研究[J]. 焊接， 2018（5）： 31-35.

[4] 唐識， 劉非， 胡慶睿. 核電站鋼制安全殼SA738Gr. B鋼焊縫裂紋產生原因分析及預防[J]. 焊接， 2017（8）： 55-60.