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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(shi)间:2021-05-27

目前,经济型铁素体不锈钢以其良好的性(xing)能和经济的价格,作为(wei)车体材料(liao)越来越受(shou)到(dao)人(ren)们(men)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(lai)的(de)(de)超低(di)碳、低(di)铬(ge)经济(ji)型(xing)铁素体不(bu)锈钢。该钢具有中等(deng)的(de)(de)抗蚀性(xing)、适度(du)的(de)(de)强度(du)、良好的(de)(de)耐磨(mo)性(xing)和低(di)的(de)(de)维修成本,已经广泛应(ying)用于交通运(yun)输、框架(jia)结构(gou)、制糖、石(shi)化和采矿等(deng)各工业领(ling)域(yu)。

本(ben)文通过进行焊接工艺试(shi)(shi)验(yan)、拉伸(shen)、弯曲(qu)、冲击等(deng)力(li)学性能试(shi)(shi)验(yan)和显微分(fen)析等(deng)手(shou)段(duan)研究了1.4003铁素体不锈(xiu)钢与0Cr18Ni9奥氏(shi)体不锈钢(gang)焊接接头的组织和(he)力学性能,为(wei)该(gai)钢(gang)的实际生产应(ying)用提供了(le)理论依据。

1试验材料及方(fang)法

1.1材料制备和焊接

试验(yan)材(cai)料(liao)为欧洲标(biao)准EN10088———1.4003铁素体(ti)不锈(xiu)钢和GB/T12201992———0Cr18Ni9奥氏体(ti)不锈钢(gang),两钢(gang)的化学成分见(jian)表1,力学性能(neng)见表(biao)2。采用熔化极混合(he)气体保护焊方法焊接,焊接材料为ER308-LAWS标准)奥(ao)氏体(ti)不锈钢焊丝(si),保护气体(ti)为Ar+φ(O23%。将对接(jie)焊的试板开60°的V形(xing)坡口,1.4003铁素体不锈(xiu)钢试板尺寸为200mm×100mm×8mm0Cr18Ni9试(shi)板(ban)尺寸为(wei)200mm×100mm×6mm

1.2试验方法

1.2.1力学性能试(shi)验

焊(han)接接头试验(yan)材料均(jun)沿《焊(han)接接头拉伸(shen)试验(yan)方法》垂直(zhi)于焊(han)缝(feng)方向(xiang)取样,拉伸(shen)试验(yan)按GB/T26511989进(jin)行,弯曲试验按GB/T26531989《焊接接头弯(wan)曲(qu)及压扁试(shi)验方法》分别进行面(mian)弯(wan)和背(bei)弯(wan),维(wei)氏硬度试(shi)验按GB/T43401999进行,冲击试验采用55mm×10mm×5mmV形缺口试样,缺口分(fen)别开在焊缝、距熔合(he)线1.5mm处的(de)HAZ及母材,试验温度分(fen)别为室温、-20-40℃。1.2.2显微组织和断口形(xing)貌分(fen)析(xi)分(fen)别用BX51M金相显微镜、JSM-6460LV扫描电镜(jing)对焊接接头的组织形态、冲击试(shi)验(yan)断(duan)口进行(xing)观(guan)察与(yu)分析。

2试验结果与(yu)分析讨论

2.1拉(la)伸试验(yan)结果与(yu)分析

41.4003铁素(su)体(ti)不锈钢与0Cr18Ni9奥(ao)氏体(ti)(ti)不锈钢焊(han)接接头拉伸(shen)试验结果(guo)。由表4可见,焊接接头的抗拉强度与母(mu)材的相当,伸长(zhang)率也接近(jin)1.4003铁素体不锈钢(gang)母材。

2.2弯曲试验结果与分析

51.4003铁素体(ti)不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体(ti)不锈钢焊接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)头弯(wan)曲试验结果。由表中可见,焊接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)头面(mian)弯(wan)与背弯(wan)的弯(wan)曲角都为(wei)180°,焊接接头具有(you)良好的弯曲性(xing)能。

2.3冲击试验结(jie)果与分析

61.4003铁素体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体(ti)不锈钢焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)头在(zai)室温、-20℃和-40℃时的冲击试验(yan)结果。试验(yan)结果表明,焊缝、1.4003不锈钢(gang)侧HAZ0Cr18Ni9不锈钢(gang)侧(ce)HAZ0Cr18Ni9不(bu)锈钢母材在室(shi)温、-20℃和-40℃时的冲(chong)击吸(xi)收(shou)功(gong)均保持在较高(gao)的水平(ping)。相同(tong)温度下,焊(han)缝的冲(chong)击吸(xi)收(shou)功(gong)平(ping)均值略低于两侧母材的,0Cr18Ni9不锈(xiu)钢(gang)侧HAZ的冲击吸收(shou)功(gong)与1.4003铁素(su)体不锈钢母材的(de)相当(dang)。1.4003铁(tie)素(su)体不(bu)锈(xiu)钢侧HAZ冲(chong)击吸(xi)收(shou)功较(jiao)低(di),是整个焊接接头的(de)薄弱环节(jie),且随(sui)着温(wen)度的(de)降低(di),冲(chong)击吸(xi)收(shou)功显(xian)著(zhu)降低(di)。

11.4003铁素(su)体不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头-40℃时冲击试(shi)验断口形(xing)貌。从(cong)图中(zhong)可以看出,焊缝、0Cr18Ni9HAZ1.4003母材和0Cr18Ni9母材的冲击(ji)断口形貌基本都以韧窝为主,故冲击(ji)吸收功(gong)较高,韧性好。1.4003不锈钢侧HAZ冲(chong)击断口形貌(mao)为粗大(da)的解理,晶(jing)粒粗大(da)是该处(chu)冲(chong)击吸收功下降的主要原因。

2.4硬(ying)度(du)试验结果与分析

图(tu)2为(wei)1.4003铁素(su)体(ti)不锈钢(gang)与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢焊接接头硬度分(fen)布曲线。从(cong)图中(zhong)可(ke)见,1.4003铁素(su)体(ti)不锈(xiu)钢的平(ping)均硬(ying)度为(wei)HV1890Cr18Ni9奥氏(shi)体不锈钢的平均硬度为HV180。靠近(jin)1.4003铁素(su)体不锈钢(gang)侧(ce)熔合线附近硬(ying)度(du)值(zhi)(zhi)波动较(jiao)大,最小值(zhi)(zhi)为HV167,最大值为HV215,焊缝处的硬度平(ping)均值为HV198,高于(yu)两侧(ce)母材(cai)。

2.5金相显微组织分析(xi)

31.4003铁素体(ti)不锈钢与0Cr18Ni9奥氏体(ti)(ti)不锈钢焊(han)接接头的(de)焊(han)缝、热(re)影响区(qu)以及母材的(de)金(jin)相显微组(zu)织。焊(han)缝组(zu)织为白色的(de)奥氏体(ti)(ti)基体(ti)(ti)+网状(zhuang)铁(tie)素体,通过(guo)熔合(he)比及舍夫勒(le)相图(tu)得(de)出焊缝中含有7%~8%的(de)δ铁素体(ti)。奥氏(shi)体(ti)不锈(xiu)钢焊缝中形成5%~10%的δ铁(tie)素体,有助于防止(zhi)热(re)裂纹(wen)。图3b0Cr18Ni9奥(ao)氏体不锈钢侧HAZ显微组(zu)(zu)织(zhi),左侧(ce)为焊(han)缝,右(you)侧(ce)为热影响(xiang)区。从(cong)图中可见由于焊(han)缝组(zu)(zu)织(zhi)与母材组(zu)(zu)织(zhi)均为奥氏体(ti),故互相交融,熔合线没有固定界限。图3c为(wei)1.4003铁素体不(bu)锈钢侧HAZ,从图中可见,左(zuo)侧(ce)为奥氏体焊缝(feng),右侧(ce)为铁素体热影(ying)响区,故熔合线界限明显(xian),1.4003铁素体不锈钢侧HAZ过热区铁(tie)素体晶粒明显(xian)长大,呈等轴(zhou)状(zhuang)分布,晶粒度达到1~2级,宽度约为0.48mm。由此可(ke)见(jian),焊(han)接热循环使铁素体晶(jing)粒长(zhang)大,过(guo)热区的宽度虽(sui)然很(hen)小(xiao),但是严重影(ying)响了1.4003铁素体(ti)不锈钢侧(ce)HAZ处的低温冲(chong)击(ji)韧性。1.4003铁素体(ti)不锈(xiu)钢母材组织以铁素体(ti)为主,晶粒(li)度7~8级。0Cr18Ni9奥氏体(ti)(ti)不锈(xiu)钢母材(cai)组织为具(ju)有孪晶(jing)的奥氏体(ti)(ti)晶(jing)粒(li),上面有沿加工变(bian)形(xing)方向分布的黑色条(tiao)纹α铁素体(ti)(ti)。

3结论

11.4003铁(tie)素(su)体不锈钢与(yu)0Cr18Ni9奥(ao)氏体(ti)不锈钢的(de)焊接(jie)接(jie)头的(de)拉伸(shen)性能(neng)与母材的(de)相当;且(qie)接(jie)头具有很(hen)好的(de)弯曲性能(neng);该接(jie)头的(de)冲击性能(neng)在(zai)1.4003铁(tie)素体(ti)不锈钢侧(ce)HAZ处(chu)最差,该处(chu)的(de)冲击(ji)吸收功随着温度的(de)降(jiang)低而显著降(jiang)低。

21.4003铁素(su)体不锈钢与(yu)0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的焊接接头的平均硬度在HV160~200之(zhi)间,焊(han)缝处的平(ping)均硬度(du)高于两侧母材的,1.4003不锈钢侧熔合线附(fu)近硬度曲(qu)线波动较大,0Cr18Ni9不(bu)锈钢侧熔合线(xian)(xian)附近的硬度曲(qu)线(xian)(xian)较为平缓(huan)。

31.4003铁素(su)体不锈钢与(yu)0Cr18Ni9奥氏体(ti)不锈钢焊(han)接,焊(han)缝为奥氏体(ti)+7%~8%)的δ铁素(su)体双相组(zu)织;1.4003铁素体不锈钢侧HAZ过热区的晶粒明显长(zhang)大,为单一铁素(su)体组织,导(dao)致塑(su)性(xing)和韧性(xing)下(xia)降,焊(han)接(jie)时应选(xuan)用(yong)小焊(han)接(jie)工艺参数。

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