T91焊接接頭組織和力學性能分析

謝合勝

（山東職業學院,濟南 250104）

1 引言

T91鋼是一種改進的9Cr-1Mo鋼，是在T9（9Cr1Mo）鋼的基礎上通過添加V、Nb、N等合金元素而形成的一種改進的高強度馬氏體耐熱鋼[1]。技術人員必須掌握鋼的組織和性能，并采用合適的焊接工藝規范，另外還要配以合理的焊后熱處理方式，才能有效保證焊縫的質量性能要求。本文主要通過一系列的試驗，進行T91鋼的焊接接頭的組織觀察、分析和進行接頭的力學性能試驗，從金相組織照片上分析T91的金相組織，而從硬度，強度，彎曲情況來分析T9鋼的力學性能，從而找出一個合理的供技術人員參考的工藝規范。

2 試驗材料、設備及方法

2.1 試樣材料

試樣材料為4個T91鋼管：直徑42×5mm，長度200mm。

2.2 焊接材料

KJ191TIG焊絲，Ф2.0mm，噴嘴尺寸：Ф10mm，鎢極直徑：Ф2.5mm，型號：Wce-20。

2.3 試驗設備

（1）焊接設備。TIG焊機：ZX7-400ST，手工電弧焊焊機：ZX7-400STG。

（2）切割設備。電火花切割機：DK77，工作行程：400×320mm；砂輪切割機：S2ST-200。

（3）力學性能試驗設備。數顯萬能試驗機：WES-600；液體壓力萬能材料試驗機：WES-30(最大載荷為30噸)；沖擊萬能試驗機：JBN-300；箱式電阻爐型號：SX24-10；砂輪打磨機。

（4）金相試驗設備。電子顯微鏡；砂紙、拋光機、低高倍顯微鏡、顯微硬度試驗機、電解浸蝕試驗機、10%的草酸溶液、吹風機。

2.4 試驗方法

2.4.1 焊接試樣制備

試驗過程共分三種：用不同的電流，電流I=90A，I=110A，I=130A。其中電流I=90A的管子對焊2只，其它各1只。采用TIG焊：橫焊，60°V形坡口。

焊接完以后，其中，電流I=90A的兩只管子一只不進行熱處理，另一只和I=110A、I=130A的共三個管子一起進行750℃的退火處理，焊后熱處理需要在焊后24小時內進行[2]。焊后熱處理:室溫入熱處理爐，升溫速度為150℃/h，在750℃保溫1小時，溫度波動不超過10℃；保溫后降溫速度為150℃/h，室溫出爐。

而沒熱處理的切割成4塊后，其中兩塊進行350℃的熱處理，另外兩塊不進行熱處理。

2.4.2 金相、硬度試樣制備

首先把試樣在砂輪切割機上切割成需要的適當大小的小塊，然后在砂輪打磨機上進行初步打磨，把尖角、棱角打磨掉，以防磨制和拋光過程中劃傷砂紙和拋光機，之后依次在150#、200#、400#、600#、800#、1000#、1200#的砂紙上進行磨制，拋光在含有1-，0.3-和0.05-um的氧化鋁的尼龍布上進行拋光，再在含有10g草酸和100ml蒸餾水的溶液里電解浸蝕或用FeCl3進行浸蝕，然后在顯微鏡下觀察，如有劃痕，則再進行拋光，直至無劃痕；最后在掃描電子顯微鏡下進行拍照。

2.4.3 硬度測試

試驗使用維氏硬度計來測試硬度，所有硬度測試試樣焊接接頭位置及測試點如圖1所示，其中1、2、3點為焊縫，4、5、6點為熱影響區，7、8、9點為母材。

圖1

3 試驗結果分析

3.1 拉伸試驗結果

把做好的拉伸試樣（T91鋼）在萬能試驗機上進行拉伸試驗，表1是依次記錄下的各試樣的試驗結果。

表1

由試驗結果可知：當熱處理溫度相同時，隨電流的增大，強度增大；不進行熱處理和350℃熱處理的管材抗拉強度較高，而進行了750℃退火熱處理的管材抗拉強度降低。

3.2 金相組織分析

（1）焊接電流為90A時不同的熱處理狀態下的焊縫的金相組織照片（見圖2）

圖2

各個試樣的焊縫的金相組織照片為：(a)鐵素體+珠光體（b）珠光體+細小馬氏體（c）馬氏體

（2）焊縫在750℃熱處理條件下不同的焊接電流的金相組織照片（見圖3）

圖3

由以上的金相組織可以看到：(a)珠光體+鐵素體，（b）為板條狀馬氏體，(c)馬氏體。

3.3 硬度分析

按照硬度試驗操作規程進行硬度測試，最后查表可得硬度數據(HV100)，硬度曲線（見圖4）。

由硬度曲線可知：電流為110A，750℃的熱處理的硬度低于電流130A，750℃的熱處理的硬度，焊縫的硬度和母材接近，塑性好。硬度與熱處理狀況有關，在焊接電流相同時，熱處理溫度越高，硬度越小。

圖4

4 結論

通過試驗可以看出：不進行熱處理和350℃退火熱處理的管材強度較高，而進行了750℃退火熱處理的管材強度降低，在焊接電流為110A，焊后進行750℃退火熱處理是最理想的工藝方法，焊縫質量能夠得到保證。所以在焊接過程中采用合適的焊接電流等焊接規范，以及配以焊后適當的熱處理方式是非常必要的。

[1]任嵐明，張太剛.T91/P91鋼焊接性能分析[J].吉林電力，2002(04):54-56.

[2]王志紅，趙建忠，李太彬.T91與12Cr1MoV異種鋼的焊接工藝[J].焊接,2006(10):54-56.