-70℃用低温压力容器钢的焊接一直是难点问题,原因是经历焊接热循环后,焊缝区和热影响区的组织会被粗化,导致其低温冲击韧性难以达到要求。对焊缝而言,可以利用焊条或焊丝来调节成分和组织,从而获得良好的强韧性。但热影响区晶粒、组织粗化比较严重,且无法进行成分调整,是焊接接头的最薄弱环节,特别是随着温度的降低,焊接接头产生裂纹扩展的几率越大。因此作为低温钢,尤其是低温钢焊后的HAZ,很重要的一个技术指标就是低温冲击韧性。
实验用-70℃用低温压力容器钢板的厚度为30mm,为正火态,其化学成分(质量分数,%)为:0.071C,1.44Mn,0.23Si,0.495Ni,0.044Cr,0.048Cu,0.037Als,0.021Nb,0.002Mo,0.004V,0.014Ti,0.01P,0.005S。将其加工成尺寸为400mm×200mm×30mm(厚)的焊接试板,并根据GB/T3190-1997《船体结构焊接坡口型式及尺寸》、GB/T985-1988《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》制备出不对称X形坡口。实验采用手工电弧焊,直流反接,电弧电压22~25V,焊接电流160A,为了减小焊道过热,减小焊缝热输入,采用快速(150mm/min)多层多道焊工艺,焊接热输入为15kJ/cm。根据等强度匹配及JB/T4709-2000要求,焊接材料选用哈尔滨焊接研究所研制的W707DR焊条,直径为4mm,其焊缝成分(质量分数,%):C<0.1,Si<0.2,Mn<2.0,P<0.035,S<0.035,Cu<0.7,其熔覆金属-70℃时AKV≥27J。焊后消除应力热处理:560℃,保温1.5h。按照JB4744-2000及GB/T229-1994制备焊接接头热影响区冲击试样(10mm×10mm×55mm,V型缺口),进行低温冲击试验。
实验钢板的Rp0.2=355MPa,Rm=460MPa,A5=36.5%,AKV(-70℃)=242J。可见,其-70℃时的冲击功242J远大于GB3531-1996标准值27J。
已有研究表明,针状铁素体具有良好的低温韧性。实验钢HAZ部位主要由针状铁素体和准多边形铁素体的复合组织组成,这种复合组织具有优良的综合力学性能,尤其是低温韧性,-70℃时冲击功平均值达到200J以上,可满足低温容器钢的使用要求。(榕霖)