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1.4003不锈钢与0Cr18Ni9不锈钢焊接接头组织和力学性能 

发布时间:2021-05-27

目前,经济型铁素体不锈钢以其良好的性能和经济的价格,作为车体材料越来越受到人们的密切关注。1.4003不锈钢(欧洲标准EN10088)是德国于1995年在3Cr12基础上发展起来的超低碳、低铬经济型铁素体不锈钢。该钢具有中等的抗蚀性、适度的强度、良好的耐磨性和低的维修成本,已经广泛应用于交通运输、框架结构、制糖、石化和采矿等各工业领域。

本文通过进行焊接工艺试验、拉伸、弯曲、冲击等力学性能试验和显微分析等手段研究了1.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头的组织和力学性能,为该钢的实际生产应用提供了理论依据。

1试验材料及方法

1.1材料制备和焊接

试验材料为欧洲标准EN10088———1.4003铁素体不锈钢和GB/T12201992———0Cr18Ni9奥氏体不锈钢,两钢的化学成分见表1,力学性能见表2。采用熔化极混合气体保护焊方法焊接,焊接材料为ER308-LAWS标准)奥氏体不锈钢焊丝,保护气体为Ar+φ(O23%。将对接焊的试板开60°的V形坡口,1.4003铁素体不锈钢试板尺寸为200mm×100mm×8mm0Cr18Ni9试板尺寸为200mm×100mm×6mm

1.2试验方法

1.2.1力学性能试验

焊接接头试验材料均沿《焊接接头拉伸试验方法》垂直于焊缝方向取样,拉伸试验按GB/T26511989进行,弯曲试验按GB/T26531989《焊接接头弯曲及压扁试验方法》分别进行面弯和背弯,维氏硬度试验按GB/T43401999进行,冲击试验采用55mm×10mm×5mmV形缺口试样,缺口分别开在焊缝、距熔合线1.5mm处的HAZ及母材,试验温度分别为室温、-20-40℃。1.2.2显微组织和断口形貌分析分别用BX51M金相显微镜、JSM-6460LV扫描电镜对焊接接头的组织形态、冲击试验断口进行观察与分析。

2试验结果与分析讨论

2.1拉伸试验结果与分析

41.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头拉伸试验结果。由表4可见,焊接接头的抗拉强度与母材的相当,伸长率也接近1.4003铁素体不锈钢母材。

2.2弯曲试验结果与分析

51.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头弯曲试验结果。由表中可见,焊接接头面弯与背弯的弯曲角都为180°,焊接接头具有良好的弯曲性能。

2.3冲击试验结果与分析

61.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头在室温、-20℃和-40℃时的冲击试验结果。试验结果表明,焊缝、1.4003不锈钢侧HAZ0Cr18Ni9不锈钢侧HAZ0Cr18Ni9不锈钢母材在室温、-20℃和-40℃时的冲击吸收功均保持在较高的水平。相同温度下,焊缝的冲击吸收功平均值略低于两侧母材的,0Cr18Ni9不锈钢侧HAZ的冲击吸收功与1.4003铁素体不锈钢母材的相当。1.4003铁素体不锈钢侧HAZ冲击吸收功较低,是整个焊接接头的薄弱环节,且随着温度的降低,冲击吸收功显著降低。

11.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头-40℃时冲击试验断口形貌。从图中可以看出,焊缝、0Cr18Ni9HAZ1.4003母材和0Cr18Ni9母材的冲击断口形貌基本都以韧窝为主,故冲击吸收功较高,韧性好。1.4003不锈钢侧HAZ冲击断口形貌为粗大的解理,晶粒粗大是该处冲击吸收功下降的主要原因。

2.4硬度试验结果与分析

21.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头硬度分布曲线。从图中可见,1.4003铁素体不锈钢的平均硬度为HV1890Cr18Ni9奥氏体不锈钢的平均硬度为HV180。靠近1.4003铁素体不锈钢侧熔合线附近硬度值波动较大,最小值为HV167,最大值为HV215,焊缝处的硬度平均值为HV198,高于两侧母材。

2.5金相显微组织分析

31.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头的焊缝、热影响区以及母材的金相显微组织。焊缝组织为白色的奥氏体基体+网状铁素体,通过熔合比及舍夫勒相图得出焊缝中含有7%~8%的δ铁素体。奥氏体不锈钢焊缝中形成5%~10%的δ铁素体,有助于防止热裂纹。图3b0Cr18Ni9奥氏体不锈钢侧HAZ显微组织,左侧为焊缝,右侧为热影响区。从图中可见由于焊缝组织与母材组织均为奥氏体,故互相交融,熔合线没有固定界限。图3c1.4003铁素体不锈钢侧HAZ,从图中可见,左侧为奥氏体焊缝,右侧为铁素体热影响区,故熔合线界限明显,1.4003铁素体不锈钢侧HAZ过热区铁素体晶粒明显长大,呈等轴状分布,晶粒度达到1~2级,宽度约为0.48mm。由此可见,焊接热循环使铁素体晶粒长大,过热区的宽度虽然很小,但是严重影响了1.4003铁素体不锈钢侧HAZ处的低温冲击韧性。1.4003铁素体不锈钢母材组织以铁素体为主,晶粒度7~8级。0Cr18Ni9奥氏体不锈钢母材组织为具有孪晶的奥氏体晶粒,上面有沿加工变形方向分布的黑色条纹α铁素体。

3结论

11.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的焊接接头的拉伸性能与母材的相当;且接头具有很好的弯曲性能;该接头的冲击性能在1.4003铁素体不锈钢侧HAZ处最差,该处的冲击吸收功随着温度的降低而显著降低。

21.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的焊接接头的平均硬度在HV160~200之间,焊缝处的平均硬度高于两侧母材的,1.4003不锈钢侧熔合线附近硬度曲线波动较大,0Cr18Ni9不锈钢侧熔合线附近的硬度曲线较为平缓。

31.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接,焊缝为奥氏体+7%~8%)的δ铁素体双相组织;1.4003铁素体不锈钢侧HAZ过热区的晶粒明显长大,为单一铁素体组织,导致塑性和韧性下降,焊接时应选用小焊接工艺参数。

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