热处理保温时间对Q245R 焊接力学性能的影响研究

郝智勇

（太原锅炉集团有限公司， 山西 太原 030008）

Q245R 钢板是锅炉行业广泛应用的钢种之一，其主要用于中低压锅炉，是一种低碳碳素钢，其价格低、综合力学性能较好，特别是具有优良的焊接性能。该钢板的碳当量低，在焊接过程中一般不容易产生焊接裂纹，因此具有较好的可焊性和热处理后的力学性能。金属材料的性能不仅与其化学成分、金相组织有关，而且与热处理状态紧密相关。为了研究不同热处理保温时长对金属材料力学性能的影响，针对Q245R 钢板采用不同焊材及热处理工艺进行对比试验研究。

1 Q245R 钢板焊接试验

试验材料选用厚度为54 mm 的Q245R 钢板，长度为3 m。Q245R 钢板供货状态如表1 所示，室温力学性能如表2 所示。

表1 Q245R 钢管热处理供货状态

表2 Q245R 钢板室温力学性能

其坡口型式为X 型坡口。采用H08MnA 与H10Mn2焊材对Q245R 钢板进行焊接，焊材的成分具体如表3 所示。从对两种焊丝化学成分的对比可以看出，H10Mn2 的w（Mn）比H08MnA 要高出0.4%～1.1%，理论上H10Mn2 的抗拉强度应高于H08MnA。

表3 H08MnA 与H10Mn2 焊丝化学成分 %

将试验分成2 组，方案1 采用H08MnA+SJ101焊接，对其焊态、热处理态（3 h、6 h 退火，正火）分别进行力学性能试验；方案2 采用H10Mn2+SJ101 焊接，对其焊态、热处理态（2 h、3.5 h、6 h 退火）分别进行力学性能试验。

焊前采用火焰加热器整体预热15 ℃以上。焊接采用多层多道焊，通过控制其焊接电流、电压和焊接速度，严格按工艺流程进行施焊，每道焊完用红外线测量温度，将层间温度严格控制在150～300 ℃。试件焊接完成后进行退火热处理。

2 力学性能及组织

对试验件进行力学性能及金相检测，其力学性能如下页表4、表5 所示，其中冲击韧性情况如下页表6、表7 所示。从表4、5、6 及表7 数据结果表明：

表4 H08MnA+SJ101 不同热处理状态力学性能

表5 H10Mn2+SJ101 不同热处理状态力学性能

表6 H08MnA+SJ101 不同热处理状态冲击功吸收值

表7 H10Mn2+SJ101 不同热处理状态冲击功吸收值

1）焊态下，两种焊丝焊接试件全截面拉伸均断裂于母材位置，全焊缝拉伸抗拉强度高于全截面拉伸抗拉强度，说明在焊态下采用两种焊丝焊接焊缝强度均高于母材强度，两种焊丝均能完全满足要求。

2）Q245R 采用同种焊丝焊接时，随着热处理时间的加长，其抗拉强度会有一定程度的下降。

3）Q245R 采用同种焊丝焊接时，随着热处理时间的加长，其焊缝和热影响区冲击功略微上升后略微下降。

4）Q245R 采用H08MnA+SJ101 焊接6 h 退火时，其全截面拉伸断裂位置位于焊缝，即焊缝抗拉强度低于母材抗拉强度；Q245R 采用H10Mn2+SJ101焊接时，不同热处理状态下，其全截面拉伸断裂位置位于母材，即焊缝抗拉强度高于母材抗拉强度；说明经过长时间热处理后，H10Mn2 焊缝的抗拉强度虽然有所下降，但仍要高于母材的抗拉强度，而H08MnA则不能做到此点。

通过金相检测，其母材金相组织均为铁素体+珠光体，晶粒度为8 级，热影响区金相组织均为铁素体+珠光体，熔合区为铁素体+魏氏体，焊缝为索氏体组织，各部位均无疏松、裂纹过烧等异常组织。

3 结论及建议

1）焊后热处理可以提高Q245R 钢板的冲击韧性，改善其力学性能。

2）热处理保温时间过长，反而会使焊缝金属中碳化物聚集、粗化，或使脱碳层厚度增加，从而造成力学性能的下降。

3）建议采用Q245R 制作容器时，当筒体厚度≤30 mm 时（即产品不进行焊后退火热处理），焊丝选用H08MnA+SJ101；当筒体厚度≥30 mm 时（即产品需要进行焊后退火热处理），焊丝选用H10Mn2+SJ101。