-70℃低温钢09MnNiDR的工艺试验及应用

1、收稿日期:2005-06-10沈阳市110022 09MnNiDR钢的工艺试验研究聂万隆汪创华刘冬菊惠洪杰/沈阳鼓风机（集团）有限公司摘要:通过09MnNiDR钢工艺评定和分析的结果表明，W707DR焊条和H09MnNiDR焊丝是焊接低温压缩机机壳的理想焊材，其各项指标均可满足要求。关键词：低温钢焊材工艺评定金相及微观分析中图分类号：TG44文献标识码：B文章编号：1006-8155（2006）01-0019-03引言压缩机的焊接机壳采用了09MnNiDR低温钢材料，无论是此钢材还是焊材，我公司都是首次在压缩机焊接机壳上应用。为保证低温压缩机的焊接机壳焊接成功，焊接工艺人员进行了焊材选择并专门

2、进行了工艺试验研究，通过试验和焊接工艺评定，确定用W707DR焊条和H09MnNiDR，（p1.2mm混合气体保护焊焊丝，并采用手工电弧焊和混合气体保护焊，选用焊条、焊丝和焊条加焊丝3种焊接工艺方法，低温一70C材料的力学性能完全满足要求，而且还对焊缝金属进行了金相及微观分析。钢材与焊材介绍09MnNiDR钢的化学成分和机械性能09MnNiDR钢板已纳入GB3531-1996低温压力容器用低合金钢钢板标准，我公司采用的09MnNiDR低温-70C级钢板是舞阳钢铁公司生产的，供货状态为正火，组织为铁素体+少量珠光体。其化学成分及机械性能见表1和表2。表109MnNiDR化学成分CSiMnNiNb

3、AlPSGB3531标WW0.04W0.15WW准0.120.501.600.800.0250.020钢板0.090.391.420.460.0240.0480.0120.009表209MnNiDR机械性能钢板厚度/mm抗拉强度obb/MPa屈服强度Os/MPa延伸率6/%冷弯试验(b=2a.180)冲击试验(-70CAkv/J)66043056026023d=2a三27焊材的化学成分及机械性能焊接工艺人员询求到相应的W707DR，p4mm焊条。根据车间焊接机壳的实际生产情况，在保证质量的同时还要考虑生产效率。我公司与哈尔滨焊接研究所共同研制开发了H09MnNiDR，p1.

4、2mm气体保护焊焊丝。W707DR焊条和H09MnNiDR焊丝的化学成分及机械性能见表3和表4。表3W707DR焊条的化学成分及机械性能CSiMnNiSP抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%冲击功(-70CAkv/J)标准值W0.10W0.60W1.25W3.0W0.008w0.015$450$280$22$27实测值0.0510.200.852.220.00420.0086578486$2678,118,127表4H09MnNiDR焊丝的化学成分CSiMnNiSPCu标准W0.120.40W1.253.0WWW值0.803.750.0250.0250.35实测0.0210.560.97

5、3.58WW0.0值0.00320.00492碳当量计算焊接热影响区的淬硬和冷裂倾向，与钢材的化学成分有着密切的关系。在化学成分当中，碳对钢材的淬硬和冷裂的影响最为明显。通常把各种合金元素对淬硬和冷裂的影响都折合成碳的影响，再用碳当量公式进行计算。国际焊接学会(IIW)碳当量Ceq(%)公式为Ceq=C+MNi+CuCr+Mo+VTOC o 1-5 h z6155按此公式计算后Ceq=0.356日本JIS及WES标准规定为Ceq=C+MSiNiCrMoV624405414按此公式计算后Ceq=0.35309MnNiDR钢为铁素体+少量珠光体型低温用钢。由于含碳量低，属于低合金结构钢，Mn、Ni

6、为其主要合金。Mn主要是通过固熔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折温度的作用。其碳当量W0.44，淬硬倾向小，不易形成冷裂纹,焊缝具有较好的塑性和韧性，通常无需预热。当板厚超过一定的厚度、接头刚性拘束较大或碳当量偏高时，应考虑预热。但预热温度不要过高，否则会使热影响区晶粒长大，并在晶界析出氧化物。所以，焊接时应控制焊接线能量和层间温度，焊后还应进行消除应力的热处理。三种工艺评定手工电弧焊采用W707DR,(p4mm焊条，试板25mm，单面45坡口对接，工艺评定编号为PQR0415，如图3所示。组合式焊接手工电弧焊用W707DR,申4mm焊条打底；焊至坡口

7、的一半时，用H09MnNiDR,甲1.2mm焊丝填充和封面；板厚40mmX型60坡口对接，工艺评定编号为PQR0416,如图4所示。混合气体保护焊采用H09MnNiDR，申1.2mm焊丝，板厚40mmX型60坡口对接，工艺评定编号为PQR0417，如图4所示。焊条牌号：W707DR，cp4mm焊条；电源极性：直流反接；焊接电流：120150A；焊接电压：2022V；焊接速度：240mm/min；层间温度控制在110150C。气体保护焊焊接工艺参数焊丝牌号：H09MnNiDR；焊丝直径：p1.2mm；电源极性：直流反接；焊接电流：150200（A）；焊接电压：2428V；气体保护：80%Ar+2

8、0%C02；焊接速度：250mm/min；层间温度控制在110150C；干伸长：1015mm；气体流量：25L/min；控制层间温度：110150C。工艺评定结果用W707DR，p4mm焊条，H09MnNiDR，p1.2mm混合气体保护焊焊丝及焊条加焊丝做工艺评定，试板焊后经过X光射线探伤，按JB4730-1994标准评定，符合II级标准，低温钢09MnNiDR材料的力学性能，-70C低温冲击性能按GB/T228-2002、GB/T229-1994、GB/T232-1999标准评定，完全符合国家标准。09MnNiDR钢板焊接工艺评定机械性能试验结果见表5。表509MnNiDR钢板焊接工艺评定机

9、械性能试验结果焊接方法焊接材料抗拉强度b/MPa屈服强度/sMPa弯曲试验d=4.0-70C冲击韧性试验类型角度/()断裂长度位置试验结果SMAWW707DR530塑断母材侧弯180完好无裂熔合线164166164SMAWW707DR525塑断母材侧弯180完好无裂热影响区88124138SMAWW707DR530塑断母材侧弯180完好无裂焊缝160146130MAGH09MnNi555塑断母侧弯180完好无熔合线112100550530535 MAGMAGDRH09MnNiDRH09MnNiDRW707DRSMAW+MAGH09MnNiDR545530材塑断母材塑断母材塑断母材塑断母材塑断母

10、材侧弯侧弯侧弯侧弯侧弯180180180180180裂完好无裂完好无裂完好无裂完好无裂完好无裂热影响区焊缝熔合线热影响区焊缝841046013492_8F908096541701701749096140金相及微观分析宏观组织(焊缝、熔合线、热影响区)如图5所示。从上述金相组织中可以看到：母材组织为铁素体与珠光体呈带状组织分布；焊缝组织为铁素体+少量珠光体；热影响区组织为细小铁素体与珠光体呈带状组织分布两种焊接材料，三种焊接方法的金相组织基本一致。熔合线X200左侧丸母筮，右上甬为熱爲响区熱爲响区X200组织：细(小铁秦体与珠光体呈皓状组织分布母材组织X200组织：铁素悴与珠光体呈带狀组织労布遇筮X200组织:铁素体+少屋珠光体图5宏观组织结论用W707DR焊条进行手工电弧焊，用H09MnNiDR焊丝进行混合气体保护焊及用焊条加焊丝进行组合式焊，这3种工艺方法，焊缝的各项指标均可满足设计要求，特别是-70C低温冲击韧性已超过规定值，且有较大的富裕量。采用H09MnNiDR,1.