存在魏氏組織的焊縫性能試驗(yàn)研究

存在魏氏組織的焊縫性能試驗(yàn)研究

1號(hào)和2號(hào)車間是由四川福路橋廠生產(chǎn)的c-130、3.82-1m2天然循環(huán)煤粉爐。1號(hào)和2號(hào)機(jī)組的主蒸汽管道由20噸組成，規(guī)格為ue7883mm11mm，設(shè)計(jì)溫度為450，設(shè)計(jì)壓力為3.82mm。在歷次的金屬監(jiān)督檢驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)1號(hào)、2號(hào)機(jī)組部分主蒸汽管道焊縫和熱影響區(qū)存在魏氏組織。早期人們對(duì)魏氏組織缺乏足夠的認(rèn)識(shí),認(rèn)為魏氏組織將降低鋼的沖擊韌性。目前人們對(duì)碳鋼中魏氏組織對(duì)性能的影響存在一定的爭(zhēng)議,大部分觀點(diǎn)認(rèn)為魏氏組織的存在必然導(dǎo)致力學(xué)性能、特別是沖擊性能的降低,甚至有人把魏氏組織與鋼的過熱組織等同起來;有些人認(rèn)為鋼中存在少量魏氏組織不但不降低機(jī)械性能甚至在某些情況下還會(huì)提高鋼的性能。1試驗(yàn)方案和方法現(xiàn)場(chǎng)對(duì)存在魏氏組織的主蒸汽管道焊縫進(jìn)行了組織檢驗(yàn)、硬度值測(cè)量及超聲波探傷檢驗(yàn),根據(jù)檢驗(yàn)的結(jié)果,割取了一道存在魏氏組織的主蒸汽管道焊縫進(jìn)行取樣試驗(yàn),試驗(yàn)方法包括金相分析、沖擊性能試驗(yàn)、拉伸性能試驗(yàn)及硬度測(cè)試。2試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1焊縫組織缺陷分析從所取焊縫上沿圓周方向每90°取金相樣,共計(jì)4個(gè)金相樣,金相分析結(jié)果見表1,按照GB/T13299-1999對(duì)焊縫及熱影響區(qū)中存在的魏氏組織進(jìn)行了評(píng)級(jí),金相分析結(jié)果表明:(1)焊縫組織為鐵素體+珠光體。(2)焊縫沿壁厚方向晶粒度存在差異,大體上可以分為粗晶區(qū)與細(xì)晶區(qū),粗晶區(qū)中組織呈樹枝狀結(jié)晶,焊縫組織根據(jù)晶粒度不同區(qū)域劃分情況見表2。(3)焊縫粗晶區(qū)內(nèi)存在魏氏組織,最嚴(yán)重區(qū)域評(píng)為3級(jí)。(4)部分焊縫熱影響區(qū)存在魏氏組織,最嚴(yán)重區(qū)域評(píng)為2級(jí)。2.2沖擊性能試驗(yàn)從焊縫、熱影響區(qū)部位分別取2組橫向沖擊樣進(jìn)行室溫沖擊性能試驗(yàn),取樣的方法為沿圓周0°和180°位置各取一組,沖擊性能試驗(yàn)結(jié)果見表3。沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明:存在魏氏組織的焊縫及熱影響區(qū)的沖擊吸收能量與母材的試驗(yàn)結(jié)果相當(dāng),且處于較高水平(均大于100J),滿足《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和DL/T868-2004對(duì)焊接接頭沖擊吸收能量的要求。2.3拉伸性能試驗(yàn)從焊縫上取橫向樣進(jìn)行室溫和高溫拉伸性能試驗(yàn),結(jié)果見表4。存在魏氏組織焊縫的拉伸性能結(jié)果表明:焊縫的室溫和高溫拉伸性能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。2.4硬度測(cè)試從焊縫上取樣進(jìn)行硬度測(cè)試,沿圓周每90°取樣,共4個(gè)試樣,每個(gè)硬度試樣包括焊縫、兩側(cè)熱影響區(qū)及母材,硬度測(cè)試結(jié)果見表5。焊縫硬度值滿足DL/T869-2004對(duì)同種鋼焊接接頭硬度值的要求。3分析與討論3.1礦液中鐵的用量魏氏組織為鋼中的粗晶奧氏體在一定的過冷條件下,除在原來奧氏體晶界上析出塊狀α-Fe外,還從晶界向晶內(nèi)生長(zhǎng)的互成一定角度或彼此平行的片針狀α-Fe,這種組織為魏氏組織,如圖5所示。當(dāng)鋼在熱加工、正火或退火熱處理時(shí),當(dāng)出現(xiàn)過熱而使鋼的奧氏體晶粒比較粗大、且冷卻速度適當(dāng)時(shí),易于形成魏氏組織。本次取樣焊縫中魏氏組織均存在焊縫的粗晶區(qū)內(nèi)。當(dāng)鋼中奧氏體向針狀鐵素體(即魏氏組織)轉(zhuǎn)變時(shí),由于是半共格式界面,故需要比形成晶界鐵素體(GBA)更大的驅(qū)動(dòng)力。在較小的過冷度下,由于相變驅(qū)動(dòng)力不足,負(fù)擔(dān)不起呈魏氏組織所需的能力,只能靠普通的擴(kuò)散析出于晶界,形成所謂的晶界鐵素體;隨著過冷度的加大,相變驅(qū)動(dòng)力逐漸加大,當(dāng)可以支付形成半共格式的魏氏鐵素體所需的共格應(yīng)變能時(shí),就具備了形成魏氏組織的這一熱力學(xué)條件。從動(dòng)力學(xué)角度考慮,按有序過渡方式形成魏氏鐵素體比按無序方式形成晶界鐵素體來得容易,因此,在較大的過冷度下無疑有利于魏氏組織的形成。3.2熱處理、過燒鋼件在高溫加熱時(shí),由于加熱溫度過高,致使金屬晶粒過分長(zhǎng)大,從而導(dǎo)致其力學(xué)性能顯著降低的現(xiàn)象叫過熱;金屬或合金的加熱溫度接近狀態(tài)圖的液相線溫度時(shí),晶界發(fā)生氧化或部分熔化的現(xiàn)象叫過燒。過熱和過燒都是鋼在超過正常加熱溫度情況下形成的缺陷,過熱的鋼件通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢曰貜?fù),過燒的鋼件只能做報(bào)廢處理。對(duì)于20鋼來說,在過熱的條件下可能形成的組織包括塊狀鐵素體+珠光體和針狀鐵素體(即魏氏組織)兩種,在某些情況針狀鐵素體(即魏氏組織)存在并不會(huì)造成鋼的沖擊韌性的下降;而塊狀鐵素體的存在則會(huì)降低鋼的沖擊韌性,故不能把魏氏組織與過熱組織等同看待。3.3《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)章》已檢測(cè)金相檢驗(yàn),6.DL/T869-2004《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》中對(duì)焊縫金相組織合格的標(biāo)準(zhǔn)要求為:沒有裂紋;沒有過燒組織;沒有淬硬的馬氏體組織?！墩羝仩t安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中對(duì)焊接接頭金相檢驗(yàn)的合格標(biāo)準(zhǔn)為:沒有裂紋、疏松;沒有過燒組織;沒有淬硬性馬氏體組織。這些標(biāo)準(zhǔn)中并未對(duì)焊縫中的魏氏組織做出明確規(guī)定。3.4重區(qū)域進(jìn)展對(duì)存在魏氏組織的焊縫取樣試驗(yàn)結(jié)果顯示,焊縫及熱影響區(qū)局部區(qū)域存在魏氏組織,依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)魏氏組織最嚴(yán)重區(qū)域評(píng)為3級(jí);焊縫的各項(xiàng)性能指標(biāo)(沖擊性能試驗(yàn)、拉伸性能試驗(yàn)、硬度測(cè)試)均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,尤其是焊縫的沖擊吸收能量與母材的相當(dāng)且處于較高水平,這說明焊縫及熱影響區(qū)局部區(qū)域中存在的魏氏組織并未對(duì)焊縫的材質(zhì)狀態(tài)(尤其是塑韌性)產(chǎn)生明顯的影響,存在魏氏組織的主蒸汽管道焊縫材質(zhì)狀態(tài)正常。4焊縫材質(zhì)狀態(tài)(1)焊縫及熱影響區(qū)局部區(qū)域存在魏氏組織,依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)魏氏組織最嚴(yán)重區(qū)域評(píng)為3級(jí)。(2)焊縫的各項(xiàng)性能指標(biāo)(沖擊性能試