回火时间对SA738Gr.B钢埋弧焊熔敷金属组织与性能的影响

2021-09-08张庆素冯伟胡晓波徐锴陈波

机械制造文摘(焊接分册) 2021年4期

张庆素, 冯伟, 胡晓波, 徐锴, 陈波

(1.哈尔滨威尔焊接有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150028；2.哈尔滨焊接研究院有限公司，黑龙江哈尔滨 150028)

0 前言

SA738Gr.B低合金钢力学性能优良，可用于制作AP-1000和CAP1400核反应堆的安全壳[1-2]。其壳体的连接通常用埋弧焊进行。而焊缝在焊后需回火以消除应力并提高其塑韧性。温度和时间是影响回火组织的关键。长期以来人们往往只注重温度的影响，而对回火时间的影响缺乏研究。安全壳焊缝的回火温度通常为595～620 ℃[3-4]，文中在前人研究的基础上，进一步研究了608 ℃下，回火时间对焊缝性能的影响。

1 试验方法

1.1 试验材料

埋弧焊试验所用母材为SA738Gr.B板材，其化学成分及力学性能见表1、表2。所用焊材为哈尔滨威尔焊接有限责任公司研制的Mn-Ni-Mo低合金钢焊丝，牌号为H09MnNiMoHR，化学成分见表3，规格为φ4.0 mm；焊剂牌号为SJ18HR，与H09MnNiMoHR焊丝匹配。焊剂规格为0.25～1.70 mm，符合AWS A-5.23 F8P3-EF3-F3要求，同时满足NB/T 47018—2017和GB/T 5293—2018的要求。

表1 SA738Gr.B板材化学成分(质量分数，%)

表2 SA738Gr.B钢板的力学性能

表3 H09MnNiMoHR焊丝化学成分(质量分数，%)

1.2 试验方法

按GB/T 5293—2018制备试件。室温拉伸按GB/T 228.1—2010和GB/T 2652—2008进行，冲击试验按GB/T 229—2007进行，硬度测试按GB/T 231.1—2018进行。焊接电源为LINCOLN AC/DC-1000。埋弧焊工艺参数见表4。

表4 焊接工艺参数

通过对比熔敷金属在608 ℃×0 h,608 ℃×10 h，608 ℃×24 h，608 ℃×40 h和608 ℃×48 h回火后的组织性能，分析了回火时间对其影响。

2 结果分析与讨论

2.1 回火时间对熔敷金属力学性能的影响

熔敷金属化学成分见表5，熔敷金属经不同时间回火后拉伸性能如图1所示，硬度如图2所示。由图可知，随回火时间的延长，熔敷金属的屈服强度、抗拉强度、布氏硬度下降，断后伸长率增加。其中，屈服强度从625 MPa降低到505 MPa，抗拉强度从710 MPa降低到610 MPa, 布氏硬度由246 HB降低到198 HB，断后伸长率从21.0%增大到28.5%，断面收缩率从68.5%增大到76.0%。可见，熔敷金属的强度和硬度随回火时间延长逐渐下降。

图1 回火时间与熔敷金属拉伸性能曲线

图2 回火时间对熔敷金属硬度的影响

表5 熔敷金属化学成分(质量分数，%)

熔敷金属冲击韧性研究如图3和图4所示，随着冲击温度的降低，熔敷金属冲击逐渐下降。冲击温度高于-30 ℃时，熔敷金属冲击吸收能量较好。冲击温度在-30～-50 ℃，冲击吸收能量急速下降，冲击温度低于-50 ℃，冲击吸收能量下降趋于平缓，熔敷金属韧脆转变温度在-30～-50 ℃区间内。冲击温度小于等于-50 ℃，随回火时间延长，冲击韧性下降，冲击温度高于-30 ℃，该趋势不明显。

图3 冲击吸收能量平均值-温度曲线图

图4 回火时间与冲击吸收能量均值曲线

在回火最初的10 h内，屈服强度、抗拉强度、硬度下降迅速，而当回火时间超过10 h后，硬度下降则趋缓。此现象反映了熔敷金属组织变化在最初的10 h内较快，随后趋缓。

2.2 回火时间对熔敷金属微观组织的影响

回火时间对焊缝组织的影响如图5和图6所示。由图5a, 5b知，焊后未经回火时，焊缝及重热区组织为低碳贝氏体，其中的铁素体晶粒呈针状，碳化物呈细片状析出。低碳贝氏体在608 ℃回火时，将向回火索氏体转变，铁素体发生回复再结晶，形态由针状逐渐向等轴晶演变，碳化物由片状逐渐转变成点状，分布于铁素体基体上。且随回火时间的延长，转变程度逐渐增大，如图6所示。