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时间:2018-02-07
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堆焊层化学成分对9CrMoV钢熔敷金属性能影响的研究 摘要:采用1CrMo堆焊材料对9CrMoV~g5-了埋弧焊堆焊试验,优化了堆焊工艺参数。针对不同堆焊层进行了化学成分分析,并研究 了堆焊层化学成分对熔敷金属力学性能和金相组织的影响。结果表明:距离母材越远,母材对熔敷金属的稀释率越小.堆焊层合金元 素含量越少,塑韧性越好;母材与堆焊层结合性能良好,没有产生界面分离现象。上述研究成果可为超超临界汽轮机转子轴颈堆焊技 术提供理论依据和技术支持。 关键词:堆焊;化学成分;超超临界汽轮机;转子轴颈 中图分类号:TG455文献标识码:B 为了满足国民经济高速发展对电力的需求,赶超发达国 家电站设备制造技术的先进水平,超超临界汽轮机组研制 正向着大容量、高参数、高效率、低资源消耗、环保型方 向发展C1,2]。超超临界汽轮机转子在高温、高压条件下高速旋 转,防止汽轮机转轴和轴瓦在高速旋转过程中发生黏滞、咬 合,是保证汽轮机正常运行的技术关键。本论文通过对 9CrMoV钢进行堆焊试验,研究了堆焊层化学成分对焊缝组织 和性能的影响。 l试验过程 采用埋弧焊方法对9CrMoV钢进行多层多道堆焊试验.焊 材为1CrMo,母材及焊材的主要化学成分见表1。 表1母材及焊材主要化学成分 化学成分(质量分数)(%) 材料CCrVMo 9CrMoV0.139.520、180.22 1CrMo0.061.12n030.44 通过多次焊接工艺评定,最终确定了合理的焊接工艺参 数为:预热温度180,焊接电流400A,电弧电压23V, 焊接速度300mm/min,送丝速度450mm/min。在焊接过程 中道间温度控制在300℃以内,并对焊后的试样进行焊后热 处理。 2试验结果及讨论 堆焊层表面成形较好,没有产生裂纹等焊接缺陷,堆焊层 表面形貌如图1所示。 收稿日期:XX—10—12:修回日期:20o7一O7—17 图1堆焊层表面形貌 2.1堆焊层化学成分分析 不同堆焊层化学成分的变化状况如图2所示。 一 一 童 U F U ^ U 暑 距母材表面的距离/mm (a)(C)与(C) 2 46810 距母材表面的距离/mm (b)w(Cr)与w(V) 堆焊层化学成分变化示意图 WeldinzTechnologyVol-36No.5Oct.XX·试验与研究·25 从图中可以看出。随着堆焊层数的增加,(C)是逐渐降低 的,由化学成分计算的(C)相应降低,采用的碳当量公式为: w(C)(%)=C+Mn/6+Si/24+Ni/60+Crl,5+Mo/4+V/14,(1) 从图2b的(Cr)变化曲线可以看出,W(Cr)随着堆焊层 数的增加显著降低,w(V)也是降低的。 由于C,Cr,V等主要化学成分的降低,使W(C)降低,使 得堆焊层硬度降低,防止了堆焊层裂纹的产生。 2.2堆焊层硬度试验分析 对堆焊层进行硬度分析,其布氏硬度分布曲线如图3所示。 可见.从母材到堆焊层,其硬度逐渐降低。硬度降低的主要原 因是堆焊材料中C,Cr等合金元素的含量比母材的低,靠近母 材的堆焊层稀释率高。随着堆焊层的增加,母材对熔敷金属的 稀释率逐渐降低,使得堆焊金属硬度降低。 距母材表面的距离/mm 图3堆焊层硬度分布曲线 图4为堆焊层显微硬度分布图,由图可见,由于熔敷金属 合金元素含量降低,使堆焊层的显微硬度比母材的显著降低。 热影响区的显微硬度高于母材,这是由于堆焊时,热影响区冷 却速度较快。形成的淬火组织引起热影响区的硬化。 测试点距离x0.2/ram 圈4堆焊层显微硬度分布图 2.3堆焊层力学性能 2.3.1拉伸试验 表2为母材和堆焊层金属的拉伸试验结果。由结果可见, 母材的抗拉强度大大高于堆焊层的,但母材的伸长率仅有 5.69%;而堆焊层金属虽然强度降低,但是塑韧性非常好,伸 长率达到了30.3%。 裹2拉伸试验结果 l屈服强度MPa抗拉强度~~MPa伸长(%)收缩率(%)备注 f743.85862.565.69l5.83母材 f40854930-363.9堆焊层 2-3.2冲击试验 表3为对母材及堆焊层金属的冲击试验结果。由此可见, 堆焊层金属的冲击韧性比母材的显著提高,距母材越远的堆焊 金属,其冲击韧性越好,这与母材对堆焊层的稀释率有关。距 母材越远,母材对熔敷金属的稀释率越小,合金元素含量越 少,w(C)越小,冲击韧性越好。 裹3冲击试验结果 冲击位置冲击吸收功A,J 母材26 距熔合线5mm处l62 距熔合线8mm处l67 距熔合线10mm处l7l 2.4显微组织 图5为9CrMoV钢母材及其堆焊层的金相显微组织。由图5a 母材的金相显微组织可以看出,母材组织由细小的铁素体+碳 化物组成,由于母材含有较高的合金元素,因此形成了细小的 显微组织。 (a)母材(b)堆焊层第3层 (c)堆焊层最上层(d)界面 圈5金相组织 图5b为堆焊层第3层的显微组织,该层组织也由铁素体+ 碳化物组成,铁素体形貌由片状和块状2种形态构成。由于堆 焊层含有的合金元素比母材中的低,其结晶形成的晶粒比母材 的大,合金元素和碳含量降低,使析出的碳化物密度减小,从 而降低了堆焊层的强度,提高了堆焊层的塑韧性。 图5c为堆焊层最上层熔敷金属显微组织,可以看出铁素体 形貌以片状和块状2种形态构成。由于合金元素含量进一步降 低,因此形成的显微组织比第3层稍微增大,合金元素含量的 降低使熔敷金属的强度降低,进一步改善了堆焊层的塑韧性。 图5d为母材与堆焊层界面的显微组织。由图可见,界面熔合良好,没有产生分离现象,也没有产生裂纹、气孔、夹渣等缺 陷,使堆焊层与母材结合性能良好,提高了界面抗剥离性能。 3结论 (1)随着堆焊层数的增加,堆焊层中铬含量显著降低, 碳、钒含量也逐渐降低。 (2)距离母材越远,母材对熔敷金属的稀释率越小,合金 元素含量越少,碳当量越低,堆焊层塑韧性越好。 (3)随着堆焊层数的增加,堆焊层合金元素含量降低,显 微组织中铁素体含量增大,碳化物减少.使熔敷金属强度降 低,塑韧性增强,并且母材与堆焊层熔合良好,未产生界面分 离现象,也未产生裂纹、气孔、夹渣等缺陷,界面抗剥离性能 良好。 参考文献: [1]刘凯.超I艋界汽轮机组的发展及关键技术(一)、(二)、 (三)、(四)[J].江苏电机工程,XX,24(1—4):l9—24,24— 28,22—26,26—3O. [2]黄瓯,阳虹,彭泽瑛.我国超超I艋界汽轮机的发展方向[J].热 力透平,XX,33(1):2_6.
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