X3CrNiMo134钢低温叶轮焊接工艺

林 彬/沈阳鼓风机集团股份有限公司

张建民/北方重工集团有限公司

0 引言

X3CrNiMo134 钢属于超马氏体不锈钢，因其具有良好的淬透性、优良的室温和低温力学性能、腐蚀疲劳强度和动静态断裂韧性，是国内外大型水轮机铸件（上冠、下环、叶片等）广泛应用的材料。离心压缩机叶轮不仅承受高速旋转而产生的离心应力和旋转中的振动应力，而且还可能承受温度等各种环境因素的影响。因而作为离心压缩机心脏部件的叶轮材料，不仅要具有高的综合机械性能和疲劳抗力外，还应根据叶轮的股役条件相应具备低温脆断抗力等[1-6]。

我公司某压缩机的工况温度为 -120℃，叶轮材料选择为X3CrNiMo134 锻件，目前此材料叶轮母材的热处理工艺已经可以满足设计要求，但是此压缩机中的叶轮为焊接成型，标准中规定焊接材料的最低温度为-105℃，因此对于此材料焊接成型的叶轮提出了更高的要求，本文以X3CrNiMo134钢母材和UTP E410NiMo-15 焊材为研究对象，通过相应的焊接工艺参数及热处理工艺参数等进行焊接工艺评定，以期合理制定焊接及热处理工艺提供理论依据。

1 试验材料与方法

1.1 母材

X3CrNiMo134 钢焊接试板为与某产品使用叶轮同锻造批次的锻件，由意大利锻造厂提供，规格为400×150×30mm，焊接叶轮锻件标准值与母材金属化学成分检验结果对照见表1。

表1 X3CrNiMo134化学成分表%

1.2 焊接材料

焊接材料选用德国UTP E410NiMo-15 焊条，欧洲材料标准（EN 1600）规定的标准值与焊条熔敷金属实际化学成分见表2。

表2 焊条熔敷金属化学成分表 %

1.3 工艺规范参数

超低碳马氏体不锈钢是可调质类型钢，经调质后其强韧性较好，而焊缝熔敷金属组织为铸态板条马氏体,由于回火条件的限制，其强度、硬度偏高，冲击韧性偏低。为提高焊缝熔敷金属的韧性，希望焊后回火温度尽量高些[7]。然而，只作一次回火，材料的屈强比偏高，而两次回火可以改变了材料的微观组织状态，残余奥氏体的析出量增多，降低了钢的强度提高了韧性，而且降低材料的屈强比[8-12]，因此此材料的热处理工艺采用两次回火处理。

先在锻造成型的X3CrNiMo134 钢上加工X型坡口，然后采用德国UTP E410NiMo-15 焊条焊接，利用Ф3.2mm 焊条打底，再用Ф3.2mm 和Ф 4mm焊条填充和盖面[13]。预热温度：50℃～80℃，层间温度：80℃～150℃，水平位置焊接，直流反接。具体焊接工艺规范参数见表3。

表3 X3CrNiMo134焊接工艺参数表

该焊条焊接时焊接工艺性良好，焊缝成形美观，飞溅小，电弧稳定。焊接试板经X射线探伤，按照JB4730，评定为I级焊缝。

对于焊接试板进行720℃3h／消应力+1 050℃1.2h／淬+600℃2h／回火+590℃2h／回火处理。热处理完成后，将焊接试板加工一件拉伸试样，按照GB228.1 在RSA250(F295)拉伸试验机上进行拉伸试验；三件冲击试样（V 型切口），按照GB229在JWB-300(F405)冲击试验机上进行冲击试验。

2 试验结果与分析

焊接试板的机械性能如表4 和表5 所示，试验结果显示在保证常温拉伸强度的基础上，-120℃低温夏比冲击值完全达到了设计要求，低温韧性良好，屈服和抗拉强度均达到设计要求，屈强比为0.84在合理范围内。

表4 板式拉伸试验数据表

表5 夏比V型缺口冲击试验数据表

3 结论

1）选用德国UTP E410NiMo-15 焊条焊接X3CrNiMo134锻件,焊缝成形良好，飞溅小，电弧稳定。

2）X3CrNiMo134焊后经720±10℃3h／消应力+1 050±5℃1.2h／淬火+600±5℃2h／回火+590±5℃2h／回火，焊缝及热影响平均冲击值AKv（-120℃）均大于27J，满足设计要求；静载拉伸试验，表明抗拉强度和屈服强度满足设计要求，屈强比在合理范围内。

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