魏氏组织对Q245R焊缝材质状态的影响

赵志明

摘 要：该文通过研究级光学显微镜对Q245R焊接试板的焊缝区域以及过热区域存在的魏氏组织进行了评级。结合魏氏组织形成的原因分析了Q245R焊接试板的焊缝区域及过热区域存在魏氏组织的原因，验证对Q245R焊接试板进行热处理后的焊缝区域及过热区域存在魏氏组织是一种常见现象，并通过金相组织分析、力学性能试验、弯曲试验、冲击性能试验、硬度试验，研究了魏氏组织对Q245R焊缝材质状态的影响。

关键词：魏氏组织 焊缝材质状态

中图分类号：TG441.7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）02（b）-0034-03

Q245R板材是一种低合金高强度结构钢，一般用于制作锅炉、压力容器等。这种材料在焊接过程中，由于焊接温度高引起晶粒成长粗大，焊缝和热影响区域易形成魏氏组织。目前人们普遍认为存在魏氏组织对钢性能尤其是冲击性能有很大的影响；也有一些人认为存在少量魏氏组织在某些情况下还会提高钢的性能。现用规格为δ60 mm的进行热处理后的Q245R焊接试板研究该材料焊缝及热影响区中的魏氏组织对焊缝材质状态的影响。

1 试验方法

对两块Q245R焊接试板退火处理后的焊缝区域进行100%X光射线探伤，编号为1#和2#，并分别对两块焊接试板进行取样试验，包括金相组织分析，拉伸试验，弯曲试验，冲击试验及硬度测试（见图1、图2）。

2 试验结果与分析

2.1 金相分析

在每块焊接试板上的热影响区和焊缝区沿厚度方向每20 mm取一块金相试样，根据GB/T13299-1999[1]对焊缝区域和热影响区域的魏氏组织进行评级，金相及显微硬度（测3点取平均值）分析结果见表1，金相分析结果说明如下。

（1）两块试板焊缝组织为铁素体+珠光体+魏氏组织，沿厚度方向均存在粗晶粒区和细晶粒区，具体划分情况见图3。多层多道焊，焊缝层与层之间区域为细晶粒区，盖面及其他区域为粗晶粒区。

（2）焊缝部分粗晶粒区域存在等级为1～2级的魏氏组织。

（3）过热区的部分区域存在等级为1～3级的魏氏组织。

（4）金相检验没有发现裂纹、疏松、过烧和超标的异常组织[2]。

2.2 拉伸试验分析

将两块规格为δ60 mm焊接试板每块沿厚度方向每30 mm取一件焊接接头试样，试验结果见表2，在存在魏氏组织的焊缝处取全焊缝拉伸试样1件，拉伸试验结果见表3。存在魏氏组织的焊接接头与全焊缝拉伸试验结果说明：（1）两块焊接试板存在魏氏组织的焊接接头均断裂在母材上，且满足NB/T47016-2011[3]对焊接接头抗拉强度值的要求；（2）两块焊接试板存在魏氏组织的全焊缝拉伸屈服强度、抗拉强度、断后伸长率均满足NB/T47016-2011[3]对全焊缝合格标准的要求。

2.3 弯曲试验分析

在每个焊接试板上以焊缝与母材厚度60 mm为宽度，取10 mm厚度的且包含焊缝（居中）、热影响区、母材的弯曲试样2件，弯曲试验结果见表4。该弯曲试验结果表明：两块试板存在魏氏组织的弯曲试样弯曲后均未发现裂纹，满足NB/T47016-2011[3]要求。

2.4 冲击试验分析

从每块焊接试板上的焊缝及热影响区各取两组试样进行冲击试验，冲击性能结果见表5。该冲击试验结果说明如下。（1）1#焊接试板0 ℃焊缝冲击平均值为157 J，热影响区平均值为171 J，满足NB/T47016-2011[3]和DL/T868-2014[4]要求；（2）2#焊接试板0 ℃焊缝冲击平均值为157 J，热影响区平均值为151 J，满足NB/T47016-2011[3]和DL/T868-2014[4]要求。

2.5 硬度检测

沿每块焊接试板厚度方向δ60 mm取一件硬度试块，对其母材、热影响区及焊缝三区域分别测五处布氏硬度值并取其平均值，所得数值见表6。该项试验结果说明：焊缝硬度值满足DL/T869-2012[5]对同种钢焊接接头硬度值的要求。

3 Q245R过热区魏氏组织形成原因及分析

焊接热影响中的过热区温度较高，由于奥氏体晶粒过分长大，这种粗大的奥氏体在较快的冷却速度（适合魏氏组织形成的冷却速度）下会形成一种特殊的过热组织，其组织特征为在一个粗大的奥氏体晶粒内会形成许多平行的铁素体针片，在铁素体针片之间的剩余奥氏体最终会转变为珠光体，因此焊缝及热影响区存在魏氏组织是一种常见现象，魏化组织形态示意图见图4。

评定魏氏组织，要根据析出的针状铁素体数量、尺寸和由铁素体网确定的奥氏体晶粒大小的原则确定[1]，魏氏组织的级别越低其形态越均匀，魏氏组织的级别越高其组织越粗大且网状形态越厚。对存在魏氏组织的两块试板进行分析之后，结果显示焊缝区域局部存在1～2级魏氏组织，过热区域局部存在2～3级魏氏组织，焊缝力学性能（拉伸、弯曲、冲击、硬度）均满足标准要求，并且数值处于较高水平，焊缝及过热区强度与韧性均高于母材，焊缝及过热区部分区域1～3级魏氏组织未对Q245R焊接试板产生明显影响。

4 结语

（1）Q245R材料的焊缝及过热区出现魏氏组织具有普遍性。

（2）焊缝与过热区局部区域存在魏氏组织，普遍魏氏组织评级为1～2级，部分区域达到3级。

（3）两块焊缝与过热区局部区域存在魏氏组织的Q245R焊接试板金相组织、力学性能、硬度测试均符合相关标准要求，说明Q245R这种材料的焊缝及过热区局部区域存在魏氏组织不会对焊缝性能产生明显影响。

参考文献

[1]GB/T13299-1999，钢的显微组织评定方法[S].1999.

[2]TSG G0001-2012，锅炉安全技术监察规程[S].2012.

[3]NB/T47016-2011，承压设备产品焊接试件的力学性能检查[S].2011.

[4]DL/T868-2014，焊接工艺评定规程[S].2014.

[5]DL/T869-2012，火电厂焊接技术规程[S].2012.

[6]郭秀文.金相技术问答[M].北京：化学工业出版社，2006.