12Cr1MoV低冷板焊接处组织、显微硬度的检验和分析

12Cr1MoV低冷板焊接处组织、显微硬度的检验和分析

1 焊接部位的组织与显微硬度

　　从中观察到，焊接处质量较好，焊接表面较光滑，无表面砂眼和小孔洞等缺陷，焊纹圆滑，表面光亮。对12Cr1MoV取样后进行拉伸和冷弯试验，力学性能检测结果均符合标准要求。其基体与焊接处化学成分见表2 。 从表2 看出，基体(母材) 的w (C) 、w (Mn) 很低，几乎处于标准值下限，w (Si) 也不高;焊缝处焊料各元素的质量分数比基体稍高一些。

　　在焊接处截取试样，经磨制、抛光酒精吹干后检验，结果是存在硫化物015～1 级，球状氧化物1～2 级。 图1 表2 表2 焊接部位组织主要分为焊缝区、粗晶区(过热区) 、细晶区和基体[1 ] 。焊缝区的组织主要是先共析铁素体+ 贝氏体(图2) ，先共析铁素体内部贝氏体晶粒度大于10 级，先共析铁素体晶粒度约3 级;粗晶区(过热区) 组织主要为贝氏体+ 铁素体，晶粒粗大，最大晶粒度约3～4 级，且大小不均(图3) ;细晶区为贝氏体+ 铁素体，晶粒细小，晶粒度7～8 级(图4) ; 基体组织主要为铁素体+ 珠光体，晶粒度约8 级(图5) 。

2 焊接部位的显微组织与硬度

　　拉伸试验结果符合标准，但抗拉强度很低。其原因是，断裂位置在母材上，焊接处的抗拉强度肯定比断裂位置处要高，这符合使用要求。从母材成分上分析，母材成分中的w (C) 、w (Mn) 几乎都在下限，w (Si) 也较低;而普通低合金钢最常用且起固溶强化作用(使铁素体强度、硬度提高) 的元素是锰，其次是硅[2 ] ; 由于母材中w (C) 、w (Mn) 、w (Si) 都很低，其共同作用使母材抗拉强度较低，同时硬度也较低。焊接处夹杂物主要有硫化物015～1 级，球状氧化物1～2 级，对焊接处性能的影响不是很大。

（1）焊缝区域

　　焊缝区域的组织由先共析铁素体+ 细小贝氏体组成。其中贝氏体晶粒细小，晶粒度大于10 级;先 共析铁素体晶粒度约3 级。这种组织的低合金钢焊缝具有较高的强度[3 ] ，也同时具有较高的硬度。一 般是硬度值高的区域则强度值也高[ 1 ] ;反之，强度值高的区域则硬度值也高。由表3 知，焊缝区的显微硬度值平均值为297 HV ，比粗晶区、细晶区、基体组织的硬度值要高。这是该区域的组织、成分、晶粒度 共同作用的结果:该区域的组织为贝氏体+ 铁素体;焊缝处w (C) 、w (Mn) 、w (Si) 较高;晶粒度大于10 级，晶粒细小。

（2）粗晶区

　　粗晶区的组织被加热范围为TKS (晶粒开始急剧粗化温度) ～ TM (熔点) 。当加热至约1 100 ℃以上时，奥氏体晶粒开始急剧长大，尤其在约1 300 ℃以上晶粒更是十分粗大，焊后该区的平均晶粒度达3 级以上(手工电弧焊和气焊) [1 ] 。检验结果表明，该区域组织为贝氏体+ 铁素体，晶粒粗大，最大晶粒度 达3～ 4 级， 且大小不均; 显微硬度平均值为222HV ，比焊缝处硬度值低，比基体硬度值高一些。其原因是:该区域组织为贝氏体+ 铁素体;化学元素的质量分数比焊缝处稍低，与基体成分相同;但该区域晶粒十分粗大。这些因素的共同作用则使该区域硬度值比焊缝处低，比基体高(基体组织为铁素体+ 珠光体) 。

（3）细晶区

　　细晶区的组织被加热温度范围为Ac3 ～ TKS (为晶粒开始急剧粗化的温度) 。该区域的温度范围约 为900～1 100 ℃，此时该区的铁素体+ 珠光体全部转化为奥氏体。由于焊接时加热速度很快，且在高 温下停留的时间又较短，因此即使被加热至1 100 ℃左右，奥氏体晶粒还未十分长大。该区域焊后经空冷能得到均匀、细小的贝氏体+ 铁素体，晶粒度约为7～8 级;显微硬度平均值为287 HV ，比焊缝处硬度 值低，比粗晶区的要高;但细晶区与焊缝处硬度值相近。其原因是，该区域的组织为细小的贝氏体+ 铁 素体;元素成分与粗晶区和基体成分同，比焊缝处的质量分数稍低;晶粒度为7～8 级，但比焊缝晶粒稍 大。以上共同因素的作用则使该区硬度值比焊缝处低，但比粗晶区的要高。

（4）基体

　　基体组织为焊前母材的原始状态，组织为铁素体+ 珠光体，晶粒度约8 级，显微硬度平均值150 HV ，基体组织显微硬度值较低。其原因是:组织为铁素体+ 珠光体，比贝氏体软;基体晶粒度比焊缝、 细晶区晶粒大;基体的w (C) 、w (Mn) 、w (Si) 比焊缝处低，以上共同作用使得基体硬度低，相差较大。

3 结语

　　经过对12Cr1MoV低合金钢管的分析，了解到焊接后其力学性能(抗拉强度、屈服强度、伸长率、拉 断位置、冷弯性能) 都符合标准要求。在焊接组织中，焊缝及热影响区组织为贝氏体+ 铁素体，焊缝处 晶粒细小，元素成分较高，故焊缝处硬度值亦较高;在细、粗晶区，晶粒相对较粗或很粗，元素成分较低，故该处硬度值较低;基体组织为铁素体+ 珠光体，元素成分也较低，故硬度值更低。总体来说，其焊接组织及硬度值基本符合标准要求和用户使用需求。