10Ni3MoVD锻炼焊接性试验

张一任，陈辉华

（1.合肥通用机械研究院，安徽合肥230088；2.中石化长岭分公司，湖南岳阳414012）

10Ni3MoVD锻炼焊接性试验

张一任1，陈辉华2

（1.合肥通用机械研究院，安徽合肥230088；2.中石化长岭分公司，湖南岳阳414012）

研究了-50℃低温乙烯球罐用10Ni3MoVD锻件的焊接性，包括最高硬度、斜Y型坡口裂纹、插销再热裂纹试验以及手工焊焊接接头的力学性能等。结果表明：10Ni3MoVD具有较低的焊接冷裂纹敏感性和一定的再热裂纹敏感性，焊接接头低温韧性良好，焊接性优良。

10Ni3MoVD；焊接性；-50℃低温乙烯球罐

0 前言

10Ni3MoVD钢锻件是20世纪80年代初为匹配日本 N-TUF490钢板而研制的配套锻件[1-2]，20世纪90年代列入了JB 4727-1994《低温压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》标准，但一直没有实际生产和使用。2007年中国石油化工集团公司重大装备国产化办公室组织大型低温球形储罐（设计温度-50℃）的国产化，合肥通用机械研究院和某法兰锻造公司对其配套的锻件10Ni3MoVD开展了试制工作。

合肥通用机械研究院曾就该锻件的焊接裂纹敏感性进行了试验研究[3]，现就该锻件的焊接性进行试验，为建造低温乙烯球罐提供一些有益的参考。

1 试验材料

焊接用焊条分别采用日本神钢的LB-65L和天津金桥的J607RHA，其熔敷金属的化学成分和力学性能分别如表1和表2所示。

2 锻板裂纹敏感性试验

2.1 最高硬度试验

对板48 mm厚10Ni3MoVD锻板分别采用φ4 mm的LB-65L和J607RHA焊条，按GB4675.5-1984《焊接热影响区最高硬度试验方法》的规定进行最高硬度试验。焊前预热温度分别为室温、75℃和100℃，试验焊缝在轧制面上进行，热影响区硬度分布如图1、图2所示。

由图1、图2可以看出，10Ni3MoVD锻板淬硬倾向明显，在不预热时，用进口焊条和国产焊条焊接的最高硬度试板的最高硬度为377 HV和364 HV，有一定的冷裂纹敏感性；在预热至100℃时，进口焊条和国产焊条的焊接热影响区最高硬度分别为288 HV和268 HV，热影响区最高硬度明显降低，可有效避免冷裂纹的产生。

2.2 斜Y坡口焊接裂纹试验

按GB4675.1-84《斜Y坡口焊接裂纹试验方法》的规定，对板厚为48mm的10Ni3MoVD锻板进行斜Y坡口焊接裂纹试验，分别采用直径为φ4.0 mm的LB-65L焊条和J607RHA焊条，按《斜Y坡口焊接裂纹试验方法》的要求焊接试板。焊接工艺规范为：焊前预热温度分别为室温、75℃和100℃，焊接电流170 A，焊接电压24～25 V，焊接速度150 mm/min。共制作了12块试板，试验结果如表3所示。

由斜Y坡口焊接裂纹试验结果可见：用LB-65L焊条制作的6个小铁研试样中，不预热时，两个试样的断面裂纹率和根部裂纹率均达到100%，有出现冷裂纹的倾向，只有在预热75℃以上时，才未出现断面和根部裂纹；故用LB-65L焊接48 mm厚的10Ni3MoVD锻板时，必须进行预热。

用J607RHA焊条制作的6个小铁研试样均未出现断面和根部裂纹，出现冷裂纹的倾向较小。

2.3 插销再热裂纹试验

插销试样是从48 mm厚的10Ni3MoVD锻板1/4板厚处切取，试样长度方向沿钢板轧制方向，试样的形状及尺寸参照插销冷裂纹的试样。

插销试样的焊接工艺规范为：焊接电流170 A，焊接电压24～25 V，焊接速度150 mm/min。本次试验中采用“断裂”准则，即试样经一定时间不断裂所承受的最大应力为钢材抗裂能力。试验是在JBL-1型插销试验机上进行，试验温度15℃～21℃，湿度60%～75%。

按Murray推荐的公式计算[4]测定再热裂纹“C”形曲线加载初应力0：

试验结果如图3所示，可以看出10Ni3MoVD的再热裂纹敏感温度约为600℃。

3 焊接线能量试验

为了研究焊接线能量对10Ni3MoVD锻件焊接接头性能的影响，采用不同的焊接线能量对厚度为48 mm的10Ni3MoVD锻件焊制试板，分别采用直径φ4 mm的LB-65L和J607RHA焊条进行试验。得到焊接线能量与焊接接头冲击韧性的关系如图4、图5所示。

由图4可见，随着线能量的增加，焊缝的冲击韧性有所下降，但均大于规范的要求值。尤其是在较大的线能量时，仍能保持较高的冲击韧性水平。

由图5可见，随着线能量的增加，焊缝的冲击韧性大幅下降。当线能量增大到一定时，冲击功已经处于较低的水平，无法满足制造技术条件的要求。

由此可见，用LB-65L焊条焊接10Ni3MoVD锻板，在较大的线能量范围内，焊缝和热影响区均具有较高的冲击韧性，尤其是在较大的线能量时仍能保持较高的冲击韧性水平。故在大型球罐安装中的平、横、仰位置的焊接中，10Ni3MoVD锻板具有较大的线能量适应范围。

4 焊接接头力学性能试验

对48 mm厚的八块10Ni3MoVD锻板分别采用φ4.0mm的LB-65L和J607RHA焊条（400℃×1h烘干）手弧对接焊，焊前预热125℃。焊接试板热处理状态分别为焊态和焊后加1次SR处理状态。

4.1 焊接头拉伸试验

每种热处理状态试板制取两个试样。不同热处理状态锻板的拉伸试验结果如表4所示。

试验结果表明，不同热处理状态下采用不同焊条施焊焊接接头的抗拉强度均满足技术要求（Rm≥610MPa）；焊后1次SR处理状态的焊接接头抗拉强度略低于焊态值。

4.2 不同状态焊接接头系列温度仪器化（示波）冲击试验

对分别采用LB-65L和J607RHA焊条施焊的不同热处理状态锻板焊接头的焊缝（简称WM）及热影响区（简称HAZ）制取夏比（V型缺口）冲击试样，其试样轴线均位于试板厚度（48 mm）方向t/4处，缺口轴线分别位于焊缝中心和最大限度地通过热影响区且垂直于板厚方向。不同热处理状态焊缝金属及锻板焊接热影响区取样的系列温度仪器化（示波）冲击试验结如图6～图11所示。

由图6～图9可知，相同试验温度下，采用不同焊条施焊的不同状态焊缝金属的裂纹扩展能量及总冲击能量相比较，采用LB-65L焊条施焊的焊缝金属，焊后状态的裂纹扩展能量及总冲击能量在-50℃以上时略高于焊后1次SR处理状态的，随着试验温度的降低，焊后状态的低于焊后1次SR处理状态的；而采用J607RHA焊条施焊的焊后状态焊缝金属的裂纹扩展能量及总冲击能量远高于焊后1次SR处理状态，并随着试验温度的降低其趋势更加明显（见图6和图10）；相同试验温度下，采用不同焊条施焊的不同状态锻件热影响区的裂纹扩展能量及总冲击能量相比较，焊后状态

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Research on weldability of 10Ni3MoVD steel forging

ZHANG Yi-ren1，CHEN Hui-hua2
（1.HefeiGeneralMachineryResearchInstitute，Hefei230088，China；2.ChanglingPetro-chemicalCo.，Yueyang 414012，China）

Weldability of 10Ni3MoVD steel forging has been evaluated by the maximum hardness and Y-groove test method.The mechanical properties of welding joints have been also investigated.Results show that 10Ni3MoVD steel forging has low cold cracking susceptibility,certain extent reheat cracking susceptibility and excellent low temperature toughness.

10Ni3MoVD steel；weldability；ethylene spherical tank below-50℃temperature

TG406

：B

：1001-2303（2014）02-0019-05

10.7512/j.issn.1001-2303.2014.02.04

2014-01-07

张一任（1955—），男，教授级高工，主要从事承压设备材料研究开发、工程总承包以及监理工作。