堆焊层化学成分对9crmov钢熔敷金属性能影响的研究

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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．