国产船用耐蚀钢手工焊接接头组织和性能.doc

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1、国产船用耐蚀钢手工焊接接头组织和性能摘要：采用我国自主研发耐蚀手工焊条CJ507NS对国产船用耐蚀钢DH32分别进行横位置和立位置焊接，利用光学显微镜、万能应力试验机、维氏硬度计对两种位置焊接接头的组织和性能进行了研究。试验结果表明，国产耐蚀手工焊条与国产耐蚀DH32具有较好匹配性，横位置焊接头的抗拉强度达到516MPa，-20℃平均冲击值为235J；立位置焊接接头抗拉强度达到526MPa，-20℃平均冲击值达到103J。两种位置焊接接头的硬度均小于350HV，经过168h内底板腐蚀试验接头表面都没有不连续台阶，经过98天上甲板腐蚀试验，焊

2、缝与母材交界处无明显台阶，都满足现有船规和IMO标准要求。引言 　　远洋运输的油船货油舱，由于原油成分的多样性和含有多种酸性腐蚀介质造成的原油腐蚀，都是船舶运行中常见的腐蚀问题。2010年5月，国际海事组织(IMO)海上安全委员会第87届会议通过了《原油船货油舱替代防腐措施性能标准》。从而使《原油船货油舱替代防腐措施性能标准》成为《国际海上人命安全(SOLAS)公约》框架内的强制性要求，并将于2014年1月1日正式实施。耐蚀钢已成为IMO油船货油舱涂层标准唯一的替代方案。耐蚀钢技术的推出不仅对造船界的影响举足轻重，也将对钢铁等相关行业产生深

3、远影响[1-6]。日本已在耐蚀钢领域进行了多年的研究，油船耐蚀钢的生产及相关焊接、评价技术仍为日本企业所垄断，且日本正在我国申请相关专利。因此，耐蚀钢性能标准的通过对国内相关造船企业、钢铁企业都将产生显著影响，短期内可能形成日本耐蚀钢的垄断性供应，甚至可能对我国承接船舶订单形成技术壁垒。目前国产耐蚀钢刚刚推出，还没有一种适用于原油船货油舱用国产耐蚀钢的手工焊焊接方法。 　　本文针对国产船用耐蚀钢DH32采用我国自主研发耐蚀手工焊条CJ507NS进行横位置、立位置焊接，对焊接接头进行常规力学性能检测以及腐蚀性能试验，对国产手工焊条和耐蚀钢匹配

4、性进行了研究。 　　1 试验材料与方法 　　试验用母材为国产船用耐蚀DH32钢，屈服强度为384MPa，抗拉强度为445MPa，-20℃冲击韧性值为333J，板厚20mm，主要化学成分如表1所示。试验用焊材为自主研发的CJ507NS耐蚀手工焊条，焊条直径分别为3.2mm和4.0mm，焊条焊芯化学成分见表2。 　　为了考察船用耐蚀钢手工焊接头性能，根据焊接位置不同，选用立位置焊和横位置焊。其中，横位置焊采用非对称双面V型坡口，单侧坡口角度分别为10°、40°；立位置焊坡口采用对称双面V型坡口，坡口角度为50°，坡口形式如图1所示。焊前将坡口附

5、近油污、铁锈和杂质清理干净，试板焊前不预热，焊后无热处理。焊条试验前需在350——400℃烘焙1.5-2h。横位置焊接过程中先采用直径3.2mm焊条打底，填充和盖面均采用直径4.0mm的焊条。立位置焊接过程全采用直径3.2mm焊条。具体工艺参数如表3所示。 　　焊接后依据GB/T2651—2008《焊接接头拉伸试验方法》、GB/T2653—2008《焊接接头弯曲试验方法》、GB/T2650—2008《焊接接头冲击试验方法》、CB/T3770—2013《船用钢材焊接接头维氏硬度》、、《原油油船货油舱耐腐蚀钢材检验指南》CB/T3380—201

6、3《船用钢材焊接接头宏观组织及缺欠酸蚀试验方法》分别对焊接接头进行拉伸性能、弯曲性能、冲击韧性、抗腐蚀性能以及焊缝组织进行检测和分析；试验设备分别为WE-1000液压式万能试验机、ZBC3452-A摆锤式冲击试验机、尼康EPIPHOT300倒置式金相显微镜。 　　内底板腐蚀试验时将焊接接头试样放置于PH值为0.85的10%NaCl溶液中，试验温度为30℃，168小时后去除表面腐蚀产物，将去除产物的每片试样切取两片平行分析试样，取试样侧面为观察面，经水磨抛光和硝酸酒精腐蚀后利用光学显微镜观察焊缝熔合区。上甲板腐蚀试验中，试验装置中通入一定比例

7、的腐蚀气体（氧气、二氧化碳，二氧化硫，硫化氢，余量为氮气），试样高温保持温度为50℃，持续18.5h，低温保持温度为25℃，持续2.5h，升降温时间均为1.5h，水浴温度为27.8℃，低温高温阶段循环进行，试验时间为98天。试验后腐蚀试样去除表面腐蚀产物，每片腐蚀试样选取两片平行分析试样，腐蚀抛光后观察焊缝熔合区显微组织。 　　2 试验结果与分析　　2.1手工焊焊接接头显微组织 　　不同位置手工焊焊接接头焊缝组织如图1所示。由图1可知，两种焊接位置焊接接头显微组织均由先共析铁素体（晶界铁素体）、侧板条铁素体和针状铁素体组成。横位置焊时焊缝组

8、织的针状铁素体组织比例显著高于立位置焊时焊缝中的针状铁素体组织。针状铁素体是由相邻的细小的大倾角铁素体组成，晶内分布有高密度的位错，因此能阻止裂纹扩展而具有较好的止裂性能，表现为