2.25Cr1Mo鋼焊條熔敷金屬沖擊韌性及步冷脆化規律研究
加氫反應器是煉油和煤化工等行業中的關鍵設備。經過多年的發展,我國加氫反應器的制造技術已日趨成熟,主殼體用的2.25Cr1Mo鋼板材和鍛件早已實現國產化,但配套焊接材料還主要依賴進口。國產2.25Cr1Mo鋼焊接材料的低溫沖擊韌性不足、步冷脆化傾向較大,難以滿足加氫反應器的制造要求。本文對焊芯和藥皮粉料進行優化設計,重點研究了微量磷含量對焊條熔敷金屬沖擊韌性和步冷脆化的影響規律,在此基礎上研制沖擊韌性高、步冷脆性傾向小的R407C焊條,滿足加氫反應器制造的技術要求。針對研發的R407C焊條研究了回火參數及焊接熱輸入對熔敷金屬沖擊韌性的影響規律,提出了推薦的焊接工藝參數范圍。經過大量試驗后固化焊條藥皮渣系,通過控制焊芯中磷元素的含量,得到不同磷含量的熔敷金屬。試驗結果表明,熔敷金屬中磷含量對低溫沖擊韌性有重要影響,在-30℃~-60℃范圍,隨著磷含量增加,熔敷金屬的沖擊功顯著降低,在0℃以上及-80℃以下,磷對沖擊功的影響降低;隨著磷含量的增加,脆性轉變溫度在逐漸增加,熔敷金屬-30℃沖擊斷口形貌從韌窩+準解理型斷裂向解理+準解理型斷裂轉變。對磷含量為0.0038%熔敷金屬進行不同回火參數和熱輸入試驗研究,結果表明,回火參數在19.84~20.71時熔敷金屬的沖擊韌性穩定并且較高,當回火參數在20.97以上,強度及低溫沖擊吸收功明顯降低并且穩定性也降低,因此R407C焊條較佳回火參數為19.84~20.71;隨著焊接熱輸入的增加,熔敷金屬強度和韌性降低,熱輸入小于等于18.68k J/cm時,熔敷金屬顯微組織中的貝氏體鐵素體細小呈針狀分布,其強度和韌性均達到最佳,當熱輸入增大到24k J/cm時,熔敷金屬中大的塊狀鐵素體含量較多,其強度和韌性均變差。不同磷含量熔敷金屬步冷脆化試驗結果表明,熔敷金屬的低溫沖擊韌性降低,產生脆化,不同磷含量熔敷金屬的回火脆化量不同。隨著磷含量的增加,脆化量在增加,沖擊斷口形貌發生改變,沿晶斷口形貌從無到有,并且其比例逐漸增加。采用俄歇電子能譜對斷口雜質元素分布分析結果表明,熔敷金屬中磷含量越高,晶界上磷元素的偏聚量越多,與沖擊斷口形貌分析結論一致。R407C焊條步冷后產生回火脆性的主要原因是雜質元素磷在晶界上偏聚造成的。
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