熱處理方式對(duì)G17CrMoV5-10材料鑄件熔敷金屬硬度及組織的影響

劉顯有 肖章玉 李 川 馬正強(qiáng)

(二重集團(tuán)(德陽)重型裝備股份有限公司，四川618013)

熱處理方式對(duì)G17CrMoV5-10材料鑄件熔敷金屬硬度及組織的影響

劉顯有 肖章玉 李 川 馬正強(qiáng)

(二重集團(tuán)(德陽)重型裝備股份有限公司，四川618013)

采用低碳低合金成分的FOX DCMV焊條對(duì)G17CrMoV5-10材料進(jìn)行堆焊后，選擇不同的焊后熱處理方式，分析和討論母材與熔敷金屬的硬度、組織變化及對(duì)比。結(jié)果表明，焊后進(jìn)行690℃消應(yīng)后，母材及熔敷金屬硬度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，熔敷金屬區(qū)硬度略低于母材；焊后經(jīng)過950℃油淬+700℃重新調(diào)質(zhì)熱處理，母材硬度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，而熔敷金屬硬度則低于標(biāo)準(zhǔn)要求。

G17CrMoV5-10；鑄件；焊后消應(yīng)；焊后調(diào)質(zhì)

G17CrMoV5-10材料在535～570℃高溫和90個(gè)大氣壓下具有良好的熱強(qiáng)性，是制造大容量汽輪機(jī)高壓部分鑄件的主要鋼種，目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)汽輪機(jī)高負(fù)載的鑄鋼零部件，如進(jìn)汽側(cè)缸體、閥室、閥體、閥蓋等。

對(duì)于鑄件產(chǎn)品缺陷的修復(fù)，某公司采用“等強(qiáng)匹配”原則選擇了FOX DCMV牌號(hào)熔敷金屬進(jìn)行焊接修復(fù)，然而，由于焊后熱處理方式選擇的不當(dāng)，造成了缺陷修復(fù)區(qū)域熔敷金屬硬度不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的質(zhì)量事故。

針對(duì)G17CrMoV5-10材料鑄件缺陷采用FOX DCMV牌號(hào)熔敷金屬進(jìn)行焊接修復(fù)后，研究不同熱處理狀態(tài)下熔敷金屬區(qū)域母材硬度及組織變化。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 材料焊接

1.1.1 焊前準(zhǔn)備

選用材料為G17CrMoV5-10試塊(210 mm×110 mm×80 mm)作為堆焊的基體材料，基體成分見表1。焊接前將其表面打磨，清除表面的油污及鐵銹，并將其預(yù)熱到250℃，焊條電弧焊采用牌號(hào)為FOX DCMV的?5.0 mm焊條，焊條成分見表1，焊條經(jīng)350℃烘干，保溫2 h，使用過程放置焊條保溫筒內(nèi)。

1.1.2 焊接工藝

采用焊條電弧焊方法，在基體上堆焊厚度為30 mm，堆焊工藝參數(shù)按照表2要求，層間溫度控制在≤350℃。

1.2 材料熱處理

表1 本體及熔敷金屬主要化學(xué)成分對(duì)比(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Comparison of main chemical compositions of base metal and deposited metal (mass fraction, %)

表2 堆焊工藝參數(shù)Table 2 Parameters of build-up welding process

將堆焊好的試塊切分為2塊，分別標(biāo)記為試塊1與試塊2。

1.2.1 焊后消應(yīng)

將試塊1進(jìn)爐進(jìn)行焊后消應(yīng)熱處理，消應(yīng)溫度比材料的回火溫度低10℃以上，熱處理工藝參數(shù)見表3。

1.2.2 焊后調(diào)質(zhì)處理

表3 熱處理工藝參數(shù)Table 3 Parameters of heat treatment process

表4 焊后690℃消應(yīng)后母材及熔敷金屬硬度Table 4 The hardness of base metal and deposited metal after post weld stress relief at 690℃

(a)母材

(b)熔敷金屬圖1 焊后690℃消應(yīng)后母材及熔敷金屬顯微組織(500×)Figure 1 Microstructures of base metal and deposited metal after post weld stress relief at 690℃(500×)

將試塊2進(jìn)行焊后重新調(diào)質(zhì)熱處理，熱處理工藝參數(shù)見表3。

1.3 實(shí)驗(yàn)取樣

將兩種熱處理狀態(tài)下的試塊，分別取樣檢測基體及熔敷金屬的硬度及進(jìn)行金相分析。金相檢驗(yàn)采用DM15000M型設(shè)備，硬度檢測采用HVS-5型設(shè)備。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 焊后690℃消應(yīng)硬度及組織檢測分析

表4與圖1為試塊1在執(zhí)行690℃、保溫12 h消應(yīng)熱處理后的母材與熔敷金屬的維氏硬度及金相檢測結(jié)果。母材消應(yīng)后組織為回火貝氏體組織，熔敷金屬為回火貝氏體及少量鐵素體組織。熔敷金屬區(qū)的硬度略低于母材硬度，但均能滿足用戶標(biāo)準(zhǔn)要求，其主要原因是堆焊焊接時(shí)，焊接熔池金屬冷卻較快，且其消應(yīng)(回火)溫度低于母材的回火溫度，導(dǎo)致兩者的組織及晶粒度差別不大。鐵素體產(chǎn)生原因與微區(qū)焊接熔池金屬冷卻不均勻及焊接時(shí)循環(huán)高溫?zé)彷斎胗嘘P(guān)。

2.2 焊后調(diào)質(zhì)硬度及組織檢測分析

表5與圖2為試塊2在執(zhí)行焊后調(diào)質(zhì)熱處理后的母材與熔敷金屬的維氏硬度及金相檢測結(jié)果。從表5可以看出，母材硬度能滿足用戶標(biāo)準(zhǔn)要求，而熔敷金屬硬度低于標(biāo)準(zhǔn)要求。其主要原因?yàn)槿鄯蠼饘賲^(qū)成分與母材成分相比C含量較低(見表1)，雖然兩者調(diào)質(zhì)后的組織均為貝氏體組織，但由于C含量的差別，在貝氏體轉(zhuǎn)變的孕育期內(nèi)和轉(zhuǎn)變過程中，C含量越少，從奧氏體中析出碳化物就越少，其碳化物彌散強(qiáng)化作用越弱，進(jìn)而導(dǎo)致材料的強(qiáng)度越低。另外也存在因隨著C含量的減少，使其貝氏體轉(zhuǎn)變溫度升高，而隨著貝氏體轉(zhuǎn)變溫度升高，鐵素體中碳的過飽和程度及位錯(cuò)密度越小，從而導(dǎo)致其強(qiáng)度、硬度降低。

表5 焊后調(diào)質(zhì)后母材及焊區(qū)硬度Table 5 The hardness of base metal and welding zone after post weld quenching and tempering heat treatment

3 結(jié)論

(1)G17CrMoV5-10材料產(chǎn)品采用FOX DCMV-G焊條進(jìn)行堆焊(焊補(bǔ))后執(zhí)行690℃消應(yīng)熱處理，其熔敷金屬硬度略低于本體硬度，焊區(qū)及本體硬度均能滿足用戶標(biāo)準(zhǔn)要求。

(a)母材(b)熔敷金屬

圖2 焊后調(diào)質(zhì)后母材及熔敷金屬顯微組織(500×)
Figure 2 Microstructures of base metal and deposited metal after post weld quenching and tempering heat treatment(500×)

(2)G17CrMoV5-10材料產(chǎn)品采用FOX DCMV-G焊條進(jìn)行堆焊(焊補(bǔ))后執(zhí)行調(diào)質(zhì)(950℃油淬+700℃回火)熱處理后，其母材平均值硬度達(dá)到198～202HV，滿足用戶標(biāo)準(zhǔn)要求。焊區(qū)熔敷金屬硬度平均值為169～170HV，低于標(biāo)準(zhǔn)要求的本體硬度下限，不合格。

(3)G17CrMoV5-10材料鑄件缺陷如果采用C含量較低的FOX DCMV-G焊條進(jìn)行焊補(bǔ)修復(fù)，為確保焊區(qū)熔敷金屬的性能，產(chǎn)品只可進(jìn)行焊后消應(yīng)熱處理，不能進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。

編輯 杜青泉

Effect of Heat Treatment on Hardness and Microstructure of the Deposited Metal of the Casting with G17CrMoV5-10 Material

Liu Xianyou, Xiao Zhangyu, Li Chuan, Ma Zhengqiang

After DCMV FOX welding rod with low carbon and low alloy composition was used for build-up welding of G17CrMoV5-10 material, different post weld heat treatment processes have been adopted, and the hardness and microstructure of the base metal and deposited metal have been analyzed and compared. The results show that after post weld stress relief at 690℃, the hardness of the base metal and deposited metal meet the standard requirement, and after post weld oil quenching at 950℃ and renewed quenching and tempering heat treatment at 700℃, the hardness of base metal meet the standard requirement, and the hardness of deposited metal is lower than the standard requirement.

G17CrMoV5-10; casting; post weld stress relief; post weld quenching and tempering

2016—08—01

TG156

B