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1、09MnNiDR材料焊接和热处理工艺Abstract ： The welding ， heat treatment and thermoforming processes have been investigated for the 09MnNiDR steel in this studyThe main influence factors for the performance of welded joints and raw materials after thermoforming were summarizedAccordingly ， reasonable welding ， hea
2、t treatment and thermoforming processes were determined for this steel.0 前言09MnNiDF为铁素体+少量珠光体型低温用钢，可用于制备-45-70 C低温压力容器。Mn Ni为其主要合金元素，Mn通过固溶强化来提高钢材的强度，而 Ni 能改善铁素体的低温韧性，并具有明显降低冷脆转变温度的作用。目前， 09M nNiDF钢主要应用于石油、化工设备的低温容器制造。标准GB35312014低温压力容器用钢板中，将09MnNiDR在-70 c低温冲 击值提高到了 60 J，同时硫含量降低至冬0.008%相比于GB 3531200
3、8低温压力 容器用低合金钢板有较大的提高。特别是对冲击值要求的提高，增大了其焊接和热 成型的难度，之前的研究结果不一定 适应于新标准的要求。因此，文中从焊接材料的 选型、焊接过程中规范的控制、焊后热处理温度及热成型温度的选择等方面开展试验 研究。1 焊接工艺研究1.1 母材要求标准规定09MnNiDR氐温钢母材的合金成分及力学性能见表1及表2。原材料供货状态为正火状态，正火温度为910 C。1.2 焊材选型1.2.1 试验条件根据母材性能，焊条电弧焊选择了3种焊材，分别是焊条M1 ,焊条M2焊条M3自动焊焊材有两种，分别是W1和W2对以上焊材采用如图1所示的坡口进行堆焊全焊缝金属，焊接参数见表
4、3。在厚度为50 mm勺试板上堆焊完后，按照620 C温度进行焊后热处理3 h，如图2所示。1.2.2 试验结果焊材熔敷金属合金化学成分见表 4。堆焊焊缝金属勺拉伸、弯曲、冲击（按NB/T4701 2011承压设备焊接工艺评定，下同）等力学性能试验结果见 表 5。从表 4， 5看出， 3 种焊条均能满足标准要求勺抗拉强度和屈服强度值，弯曲也合格，焊条M2的抗拉强度最高，与其化学元素Si，Mn含量高有关，这两种元素均为强化元素。焊条M3冲击吸收能量不满足标准规定的60 J。焊条M1, M2均满足要求且数据很接近。因此，焊条M1, M2可以作为09MnNiDR （氐温钢焊条电弧焊焊接材料。从表5数
5、据显示，W1和W2自动焊焊材的抗拉强度均满足GB35312014低温压力容器用钢板标准要求，弯曲合格，冲击吸收能量W1 W2满足要求，且有较大的富裕度。因此，W1和W2埋弧焊焊材均能满足标准要求，可以用于09Mn NiDR低温钢的焊接。根据上述试验，在后续试验中，焊条选择M1,埋弧焊焊材选择W21.3焊接工艺试验1.3.1 试验条件6。在不同焊接热输入和热处理规范下进行试验，具体试验条件见表坡口如图 3 所示。 LM1.3.2 试验结果试样的性能数据见表 7。从表 7 可见，在热输入较小和层间温度较低的情况下，焊接接头经历 退火后，焊 接接头中的热影响区和焊缝处的力学性能均能满足 GB 351
6、32014低温压力容器用 钢板标准要求。1.3.3 分析HJ*4/73种焊条熔敷金属化学成分值大致接近，但M2焊条的Si含量较高，是M1焊条的2倍，接近M3焊条的4倍，Mn含量也较其它两种高出约 1/3，通过对比可知其强度也明显比其它两种焊材要高，这是因为Si，Mn两种元素 均为强化元素。埋弧焊的两种焊接材料熔敷金属化学成分很接 近，均符合低温钢埋弧 焊焊丝 Ni 含量在 3.50%左右的要求。从B1与B2, C1与C2, D1与D2的对比知，在其余条件相同的情况下，590 C和620 C热处理的焊缝和热影响区的冲击吸收能量均能达到标准要求，相对来说590 C 热处理的焊缝冲击吸收能量比620
7、 C热处理的焊缝冲击吸收能量高一些，这与相关资料1研究结果比较符合。通过B1与C1，B2与 C2比较可得出这样一个规律，焊接热输入增大对热影响区和焊条电弧焊焊焊缝的冲击 吸收能量影响较明显， 热输入增大， 冲击吸收能量降低， 在一定范围内，对埋弧焊焊 缝影响不大，冲击功没有降低，仍能保持较高的冲击吸收能量。由C1与D1比较， C2与D2比较可得出这样一个规律，层间温度升高，热影响区的冲击吸收能量降低， 焊条电弧焊焊缝的冲击吸 收能量也降低，对埋弧焊影响不明显。2 热成型工艺研究由于在制造过程中，母材要通过高温卷圆，而材料冷脆转变温度与铁 素体晶粒直 径有着线性关系，母材经热成型后应保证其晶粒度
8、级别不降 低。为此母材高温卷圆加 热温度的选择是在保证合金元素充分溶入固溶体 的前提下， 控制加热温度不过高于正 火温度。 如果高温卷圆加热温度过高， 容易造成晶粒粗大， 后续正火校圆过程其细化 晶粒、 恢复性能效果会稍差。 正火校圆由于变形量相对小，其温度刚好控制在原材料 正火温度区间，这样既可正火校圆也可对母材进行正火。按照GB 150-2011压力 容器规定最终产品还要进行焊后热处理，因此母材经历的热处理状态为 正火卷圆 + 正火校圆或正火 +焊后热处理。为了便于热压，一般希望热压温 度较高， 但较高的热 压温度是否会对性能有影响， 需要在试验中进行研究。2.1 原材料热成型工艺研究2.
9、1.1 试验条件 对于热卷筒节和封头压制，由于经历热成型和其后的热校圆或 正火，需要进行两次 Ac3 以上的热处理，之后还要进行整体焊后热处理。因此， 具体试验条 件见表 8。2.1.2 试验结果原材料经过不同正火热处理后，力学性能见表 9。通过表 9数据可知， 经 2#热处理方案热处理后， 综合力学性能最佳。 3#，4# 冲击吸收能量中各出现一值低于标准要求，这与正火卷圆温度过高 有关。2.2 接头热成型工艺研究2.2.1 试验条件对于热卷筒节，由于热卷在纵缝焊接前进行，因此焊缝只经历一 次正 火+一次焊后热处理。对于封头，由于焊缝要经历热压 +正火 +焊后热处理，因此需要两次正火 +一次焊
10、后热处理，结合 2.1 的结果，为保证原材料性 能，对经历 两次正火的焊缝，选择910 C +910 C +590 C进行验证试验。具体试验条件见表10。2.2.2 试验结果不同热处理规范下焊接接头力学性能见表 11。从表 11 中数据可知，焊条电弧焊接头单次正火 +焊后热处理后，其接 头力学性 能更为优异，但其经过两次正火后，虽然焊缝冲击值明显降低， 但仍能满足要求。2.3 分析 正火温度通常在奥氏体化温度以上，不同的正火温度对试样的组织影 响 很大。奥氏体化的保温温度与保温时间对晶粒的粗细起着重要的作用， 在奥氏体化保 温时间相同的情况下，奥氏体化温度越高，原子扩散越快、 晶界迁移速度越快
11、、 晶粒 长大的速度也就越快、 得到的奥氏体晶粒越粗大， 最终冷却后得到的组织也就越粗大 2。根据公式a s=a 0+Kd-1/2 3可知，金属材料的晶粒变粗大后，会导致原材料强 度降低。因此，焊缝经过 正火后，晶粒发生显著长大，导致其强度有不同程度的下 降。3 结论( 1) 焊接热输入、层间温度对冲击吸收能量有影响，随着热输入量 和层间温度的 升高，热影响区和焊条电弧焊焊缝的冲击吸收能量降低。焊 条电弧焊热输入宜在 15 kJ/cm以内，埋弧焊热输入在15 kJ/cm以内，层间温度不超过160 C可满足要求。(2)焊后热处理温度对接头冲击吸收能量有一定的影响，590 C热处理的接头冲击性能优于 620 C。(3)对于热成型的产品，热成型温C,最终退火温度应为590620C，最佳规范为910 C +910 C +590 C。希望以上资料对你有所帮助，附励志名言 3 条1、理想的路总是为有信心的人预备着。H 曰 nn-罗曼罗兰2、最可怕的敌人，就是没有坚强的信念。一3、人生就像爬坡，要一步一步来。丁玲
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