熱處理保溫時(shí)間對(duì)Q245R 焊接力學(xué)性能的影響研究

郝智勇

（太原鍋爐集團(tuán)有限公司， 山西 太原 030008）

Q245R 鋼板是鍋爐行業(yè)廣泛應(yīng)用的鋼種之一，其主要用于中低壓鍋爐，是一種低碳碳素鋼，其價(jià)格低、綜合力學(xué)性能較好，特別是具有優(yōu)良的焊接性能。該鋼板的碳當(dāng)量低，在焊接過程中一般不容易產(chǎn)生焊接裂紋，因此具有較好的可焊性和熱處理后的力學(xué)性能。金屬材料的性能不僅與其化學(xué)成分、金相組織有關(guān)，而且與熱處理狀態(tài)緊密相關(guān)。為了研究不同熱處理保溫時(shí)長(zhǎng)對(duì)金屬材料力學(xué)性能的影響，針對(duì)Q245R 鋼板采用不同焊材及熱處理工藝進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究。

1 Q245R 鋼板焊接試驗(yàn)

試驗(yàn)材料選用厚度為54 mm 的Q245R 鋼板，長(zhǎng)度為3 m。Q245R 鋼板供貨狀態(tài)如表1 所示，室溫力學(xué)性能如表2 所示。

表1 Q245R 鋼管熱處理供貨狀態(tài)

表2 Q245R 鋼板室溫力學(xué)性能

其坡口型式為X 型坡口。采用H08MnA 與H10Mn2焊材對(duì)Q245R 鋼板進(jìn)行焊接，焊材的成分具體如表3 所示。從對(duì)兩種焊絲化學(xué)成分的對(duì)比可以看出，H10Mn2 的w（Mn）比H08MnA 要高出0.4%～1.1%，理論上H10Mn2 的抗拉強(qiáng)度應(yīng)高于H08MnA。

表3 H08MnA 與H10Mn2 焊絲化學(xué)成分 %

將試驗(yàn)分成2 組，方案1 采用H08MnA+SJ101焊接，對(duì)其焊態(tài)、熱處理態(tài)（3 h、6 h 退火，正火）分別進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)；方案2 采用H10Mn2+SJ101 焊接，對(duì)其焊態(tài)、熱處理態(tài)（2 h、3.5 h、6 h 退火）分別進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。

焊前采用火焰加熱器整體預(yù)熱15 ℃以上。焊接采用多層多道焊，通過控制其焊接電流、電壓和焊接速度，嚴(yán)格按工藝流程進(jìn)行施焊，每道焊完用紅外線測(cè)量溫度，將層間溫度嚴(yán)格控制在150～300 ℃。試件焊接完成后進(jìn)行退火熱處理。

2 力學(xué)性能及組織

對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行力學(xué)性能及金相檢測(cè)，其力學(xué)性能如下頁(yè)表4、表5 所示，其中沖擊韌性情況如下頁(yè)表6、表7 所示。從表4、5、6 及表7 數(shù)據(jù)結(jié)果表明：

表4 H08MnA+SJ101 不同熱處理狀態(tài)力學(xué)性能

表5 H10Mn2+SJ101 不同熱處理狀態(tài)力學(xué)性能

表6 H08MnA+SJ101 不同熱處理狀態(tài)沖擊功吸收值

表7 H10Mn2+SJ101 不同熱處理狀態(tài)沖擊功吸收值

1）焊態(tài)下，兩種焊絲焊接試件全截面拉伸均斷裂于母材位置，全焊縫拉伸抗拉強(qiáng)度高于全截面拉伸抗拉強(qiáng)度，說明在焊態(tài)下采用兩種焊絲焊接焊縫強(qiáng)度均高于母材強(qiáng)度，兩種焊絲均能完全滿足要求。

2）Q245R 采用同種焊絲焊接時(shí)，隨著熱處理時(shí)間的加長(zhǎng)，其抗拉強(qiáng)度會(huì)有一定程度的下降。

3）Q245R 采用同種焊絲焊接時(shí)，隨著熱處理時(shí)間的加長(zhǎng)，其焊縫和熱影響區(qū)沖擊功略微上升后略微下降。

4）Q245R 采用H08MnA+SJ101 焊接6 h 退火時(shí)，其全截面拉伸斷裂位置位于焊縫，即焊縫抗拉強(qiáng)度低于母材抗拉強(qiáng)度；Q245R 采用H10Mn2+SJ101焊接時(shí)，不同熱處理狀態(tài)下，其全截面拉伸斷裂位置位于母材，即焊縫抗拉強(qiáng)度高于母材抗拉強(qiáng)度；說明經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間熱處理后，H10Mn2 焊縫的抗拉強(qiáng)度雖然有所下降，但仍要高于母材的抗拉強(qiáng)度，而H08MnA則不能做到此點(diǎn)。

通過金相檢測(cè)，其母材金相組織均為鐵素體+珠光體，晶粒度為8 級(jí)，熱影響區(qū)金相組織均為鐵素體+珠光體，熔合區(qū)為鐵素體+魏氏體，焊縫為索氏體組織，各部位均無疏松、裂紋過燒等異常組織。

3 結(jié)論及建議

1）焊后熱處理可以提高Q245R 鋼板的沖擊韌性，改善其力學(xué)性能。

2）熱處理保溫時(shí)間過長(zhǎng)，反而會(huì)使焊縫金屬中碳化物聚集、粗化，或使脫碳層厚度增加，從而造成力學(xué)性能的下降。

3）建議采用Q245R 制作容器時(shí)，當(dāng)筒體厚度≤30 mm 時(shí)（即產(chǎn)品不進(jìn)行焊后退火熱處理），焊絲選用H08MnA+SJ101；當(dāng)筒體厚度≥30 mm 時(shí)（即產(chǎn)品需要進(jìn)行焊后退火熱處理），焊絲選用H10Mn2+SJ101。