X3CrNiMo134鋼低溫葉輪焊接工藝

林 彬/沈陽鼓風(fēng)機集團股份有限公司

張建民/北方重工集團有限公司

0 引言

X3CrNiMo134 鋼屬于超馬氏體不銹鋼，因其具有良好的淬透性、優(yōu)良的室溫和低溫力學(xué)性能、腐蝕疲勞強度和動靜態(tài)斷裂韌性，是國內(nèi)外大型水輪機鑄件（上冠、下環(huán)、葉片等）廣泛應(yīng)用的材料。離心壓縮機葉輪不僅承受高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心應(yīng)力和旋轉(zhuǎn)中的振動應(yīng)力，而且還可能承受溫度等各種環(huán)境因素的影響。因而作為離心壓縮機心臟部件的葉輪材料，不僅要具有高的綜合機械性能和疲勞抗力外，還應(yīng)根據(jù)葉輪的股役條件相應(yīng)具備低溫脆斷抗力等[1-6]。

我公司某壓縮機的工況溫度為 -120℃，葉輪材料選擇為X3CrNiMo134 鍛件，目前此材料葉輪母材的熱處理工藝已經(jīng)可以滿足設(shè)計要求，但是此壓縮機中的葉輪為焊接成型，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定焊接材料的最低溫度為-105℃，因此對于此材料焊接成型的葉輪提出了更高的要求，本文以X3CrNiMo134鋼母材和UTP E410NiMo-15 焊材為研究對象，通過相應(yīng)的焊接工藝參數(shù)及熱處理工藝參數(shù)等進行焊接工藝評定，以期合理制定焊接及熱處理工藝提供理論依據(jù)。

1 試驗材料與方法

1.1 母材

X3CrNiMo134 鋼焊接試板為與某產(chǎn)品使用葉輪同鍛造批次的鍛件，由意大利鍛造廠提供，規(guī)格為400×150×30mm，焊接葉輪鍛件標(biāo)準(zhǔn)值與母材金屬化學(xué)成分檢驗結(jié)果對照見表1。

表1 X3CrNiMo134化學(xué)成分表%

1.2 焊接材料

焊接材料選用德國UTP E410NiMo-15 焊條，歐洲材料標(biāo)準(zhǔn)（EN 1600）規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值與焊條熔敷金屬實際化學(xué)成分見表2。

表2 焊條熔敷金屬化學(xué)成分表 %

1.3 工藝規(guī)范參數(shù)

超低碳馬氏體不銹鋼是可調(diào)質(zhì)類型鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)后其強韌性較好，而焊縫熔敷金屬組織為鑄態(tài)板條馬氏體,由于回火條件的限制，其強度、硬度偏高，沖擊韌性偏低。為提高焊縫熔敷金屬的韌性，希望焊后回火溫度盡量高些[7]。然而，只作一次回火，材料的屈強比偏高，而兩次回火可以改變了材料的微觀組織狀態(tài)，殘余奧氏體的析出量增多，降低了鋼的強度提高了韌性，而且降低材料的屈強比[8-12]，因此此材料的熱處理工藝采用兩次回火處理。

先在鍛造成型的X3CrNiMo134 鋼上加工X型坡口，然后采用德國UTP E410NiMo-15 焊條焊接，利用Ф3.2mm 焊條打底，再用Ф3.2mm 和Ф 4mm焊條填充和蓋面[13]。預(yù)熱溫度：50℃～80℃，層間溫度：80℃～150℃，水平位置焊接，直流反接。具體焊接工藝規(guī)范參數(shù)見表3。

表3 X3CrNiMo134焊接工藝參數(shù)表

該焊條焊接時焊接工藝性良好，焊縫成形美觀，飛濺小，電弧穩(wěn)定。焊接試板經(jīng)X射線探傷，按照JB4730，評定為I級焊縫。

對于焊接試板進行720℃3h／消應(yīng)力+1 050℃1.2h／淬+600℃2h／回火+590℃2h／回火處理。熱處理完成后，將焊接試板加工一件拉伸試樣，按照GB228.1 在RSA250(F295)拉伸試驗機上進行拉伸試驗；三件沖擊試樣（V 型切口），按照GB229在JWB-300(F405)沖擊試驗機上進行沖擊試驗。

2 試驗結(jié)果與分析

焊接試板的機械性能如表4 和表5 所示，試驗結(jié)果顯示在保證常溫拉伸強度的基礎(chǔ)上，-120℃低溫夏比沖擊值完全達到了設(shè)計要求，低溫韌性良好，屈服和抗拉強度均達到設(shè)計要求，屈強比為0.84在合理范圍內(nèi)。

表4 板式拉伸試驗數(shù)據(jù)表

表5 夏比V型缺口沖擊試驗數(shù)據(jù)表

3 結(jié)論

1）選用德國UTP E410NiMo-15 焊條焊接X3CrNiMo134鍛件,焊縫成形良好，飛濺小，電弧穩(wěn)定。

2）X3CrNiMo134焊后經(jīng)720±10℃3h／消應(yīng)力+1 050±5℃1.2h／淬火+600±5℃2h／回火+590±5℃2h／回火，焊縫及熱影響平均沖擊值A(chǔ)Kv（-120℃）均大于27J，滿足設(shè)計要求；靜載拉伸試驗，表明抗拉強度和屈服強度滿足設(shè)計要求，屈強比在合理范圍內(nèi)。

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