關于鉻鎳不銹鋼低溫沖擊問題的探討

1、 材 料 工 程 關于鉻鎳不銹鋼低溫沖擊問題的探討Discussion on the Low Temperature Impact Test ofCr - Ni Stainless Steel Weleded Joints金州重型機器廠戰(zhàn)奇 李玉虎 梁玉國 王剛合肥通用機械研究所李平瑾Based on the engineering practice and the analysis to the speci

2、fications for the impact test of Cr -Ni stainless steel welded joints , which are written both in Chinese and foreign standards or codes forpressure vessels , an argument on the reasonability of the specifications which

3、are written in Chinesestandards for the impact test of Cr - Ni stainless steel welded joints is set up. It is considered by theauthors that it is more reasonable to use the side extension as a acceptance condition of imp

4、act tests forthis kind of stainless steel welded metals.關鍵詞 : 不銹鋼 低溫沖擊 探討奧氏體不銹鋼因其具有優(yōu)良的低溫韌性和較高的抗脆性斷裂的能力 , 被廣泛用于制作低溫下和深冷狀態(tài)下運行的壓力容器。但是、單相奧氏體母材經焊接熱循環(huán)及焊接冶金作用 , 使焊接接頭形成非均勻組織 , 該區(qū)段的低溫韌性明顯低于母材。因此 ,有關規(guī)范對特定條件下不銹鋼的焊接工藝評定和產品焊接試板

5、要求低溫做沖擊試驗。本文結合工程實踐 , 對國內外規(guī)范的評定指標進行了探討和評論。1 有關規(guī)范對不銹鋼沖擊試驗溫度的規(guī)定111 我國標準規(guī)定(1) G B150 — 1998《鋼制壓力容器》附錄 C(低溫壓力容器) C114 C) 條規(guī)定 : “設計溫度低于 - 100 ℃ 時 , 應按 JB4708 進行焊縫金屬的低溫夏比 (V 形缺口) 沖擊試驗 , 且符合 C. 21117 的要求” 。(2) 化工行業(yè)標準 HG20585

6、 — 1998《鋼制低溫壓力容器技術規(guī)定》11013 (3) 規(guī)定 : “設計溫度小于 - 70 ℃ 焊接工藝評定時 , 應進行焊縫金屬的低溫沖擊試驗 , 且符合表 4 — 2 要求” 。我國標準規(guī)定以設計溫度作為是否作沖擊試驗依據 , 一般情況下 , 沖擊試驗溫度為設計溫度。112 美國規(guī)范的規(guī)定ASME Ⅷ— 1 卷 U HA — 51 (b) 闡明 : 對焊接結構當焊接接頭的任一種材料按本規(guī)范要求進行沖擊試驗時 , 其焊接工藝

7、評定應包括焊縫和熱影響區(qū)的沖擊試驗 , 試驗應符合 U G— 84 (h) 和 U HA —51 (a) 的要求” 。ASME Ⅷ 從抗脆性斷裂角度 , 提出了 MDM T (最低設計金屬溫度) 的概念。通過計算鋼材的 MDM T , 再根據 MDM T 與材料種類、板厚、熱處理狀態(tài)、填充金屬種類及材料含碳量等組合確定是否進行沖擊試驗 (包括熱影響和焊縫)及沖擊試驗的溫度。11211 對鉻鎳不銹鋼熱影響區(qū)免作沖擊的規(guī)定為 :(1)

8、304、304L 、316、316L 、321 和 347 型材· 0 2 ·例 , 其 A KV平均值分別為 30、2916、25J 。單個最小值分別為 22、27、24J 。埋弧焊 3# 試樣的沖擊功最低 , 即使是氬弧焊 (4# 試樣) 其 A KV 值也剛剛達標。只有焊后經固熔處理的 5# 試樣 , 其 A KV 值明顯提高到 100J 左右 , 但這種處理在工程上一般難以實現。表 2 - 196 ℃ 沖擊

9、試驗結果試件號 材料 厚度 mm 焊接方法 電流A電壓VA K V J焊縫 熱影響區(qū)1 # 0Cr18Ni9 12 SMAW 140～160 22～26 34 , 34 , 22 65 , 85 , 7930 76132 # 0Cr18Ni9 18 SMAW 120～145 22～26 35 , 27 , 27 78 , 78 , 742916 76163 # 0Cr18Ni9 16 SAW 400～450 28～32 25 , 2

10、4 , 26 50 , 60 , 6925 59164 # 1Cr18Ni9Ti 8 GTAW 100～120 12～14 16 , 17 , 17 48 , 46 , 451616 46135 # 1Cr18Ni9Ti 35 SMAW 150～160 22～26 110 , 98 , 104 72 , 84 , 78104 78注 : ① SMAW 采用 A107 焊條。SAW 采用 H0Cr20Ni10Ti 焊絲配 107 焊劑 ,

11、 GTAW 采用 H1Cr18Ni9Ti 焊絲。② 4 # 試樣為 5 × 10 × 55mm 小試樣。③ 5 # 試樣焊后經固熔處理。④ 沖擊功的分母為三個試樣的平均值。表 3 沖擊功與側向膨脹量測試結果試件厚度mm焊接 方法焊縫 熱影響區(qū) 試樣A K VJ側向膨脹量mmK %A K VJ側向膨脹量mmK %尺寸 mm1# 16 SM A W56 , 50 , 45 0174 , 017 , 0166 1132

12、 , 114 , 1146 74 , 73 , 691108 , 0198 , 01881146 , 1134 , 112810 × 10 × 5525 , 24 , 240172 , 0166 , 01622188 , 2175 , 2158 Π Π Π 5 × 10 × 552# 16 S A W 18 , 19 , 200126 , 0134 , 0138 1144 , 1179 , 119

13、 Π Π Π 10 × 10 × 5510 , 11 , 13 0128 , 0134 , 017 212 , 212 , 219 Π Π Π 5 × 10 × 553# 7 SM A W21 , 18 , 28 0147 , 014 , 017 212 , 212 , 219 31 , 37 , 24 0174 , 0194 , 015 213 , 215 , 211 5 × 10 &

14、#215; 554# 7 G T A W34 , 26 , 160164 , 0162 , 0132 119 , 213 , 210 5 × 10 × 55注 : K 為側向膨脹量與沖擊功比值 ( %) 。312 按側向膨脹量驗收眾所周知 , 沖擊功是由消耗試樣彈性變形的彈性功、直至產生裂紋前的塑性變形產生的塑性功和裂紋產生并擴展至斷裂的撕裂功三部分組成。從防止脆性斷裂的角度看 , 體現材料防止裂紋產生及擴展的能

15、力 , 主要取決于塑性功和撕裂功。不同材料的沖擊功中 , 其試樣三種能量所占的比例不同。對高強鋼 , 彈性功所占比例較大 , 但塑性功和撕裂功相對比例較小 ; 而不銹鋼 , 彈性功較小 , 其沖擊能量主要消耗在塑性變形及防止裂紋產生擴展及斷裂上。若以采用沖擊功的絕對值作為唯一的衡量不銹鋼焊縫金屬的韌性準則 , 未必能反映不銹鋼焊縫金屬的韌性。ASME Ⅷ— 1 卷 (95 版) 充分考慮不銹鋼的特點 , 提出了以沖擊試樣缺口對面?zhèn)认蚺蛎?/p>

16、量作為沖擊試驗的驗收依據。313 沖擊功與側向膨脹量的關聯為探討沖擊功與側向膨脹量的關聯 , 我們作了一些試驗 , 在測定沖擊功的同時也測量了側向膨脹量。試驗用母材為 0Cr19Ni9 , 焊接方法為 SMAW ,SAW , GTAW。焊 接 材 料 分 別 為 A137 焊 條 ,H0Cr20Ni10 Ti 焊絲配 107 焊劑 , H0Cr20Ni10 Ti 焊絲。試驗結果見表 3。根據試驗數據 , 繪制了沖擊功與側向膨脹量關系

17、曲線 (見圖 1) 。從表 3 的數據和圖 1 可以看出 ,隨著沖擊功的增加 , 側向膨脹量也相應增加 , 但非線性關系。側向膨脹量或與沖擊功的比值 K 在一定范圍內變化 : 10 × 10 × 55mm 試樣約為 115 % , 5× 10 × 55mm 試樣約為 214 %。在圖中曲線 1 是以縱座標 31J , 所對應的全尺寸試樣的側向膨脹量數· 2 2 ·CPV T