魏氏組織對Q245R焊縫材質狀態的影響

趙志明

摘 要：該文通過研究級光學顯微鏡對Q245R焊接試板的焊縫區域以及過熱區域存在的魏氏組織進行了評級。結合魏氏組織形成的原因分析了Q245R焊接試板的焊縫區域及過熱區域存在魏氏組織的原因，驗證對Q245R焊接試板進行熱處理后的焊縫區域及過熱區域存在魏氏組織是一種常見現象，并通過金相組織分析、力學性能試驗、彎曲試驗、沖擊性能試驗、硬度試驗，研究了魏氏組織對Q245R焊縫材質狀態的影響。

關鍵詞：魏氏組織 焊縫材質狀態

中圖分類號：TG441.7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（b）-0034-03

Q245R板材是一種低合金高強度結構鋼，一般用于制作鍋爐、壓力容器等。這種材料在焊接過程中，由于焊接溫度高引起晶粒成長粗大，焊縫和熱影響區域易形成魏氏組織。目前人們普遍認為存在魏氏組織對鋼性能尤其是沖擊性能有很大的影響；也有一些人認為存在少量魏氏組織在某些情況下還會提高鋼的性能?，F用規格為δ60 mm的進行熱處理后的Q245R焊接試板研究該材料焊縫及熱影響區中的魏氏組織對焊縫材質狀態的影響。

1 試驗方法

對兩塊Q245R焊接試板退火處理后的焊縫區域進行100%X光射線探傷，編號為1#和2#，并分別對兩塊焊接試板進行取樣試驗，包括金相組織分析，拉伸試驗，彎曲試驗，沖擊試驗及硬度測試（見圖1、圖2）。

2 試驗結果與分析

2.1 金相分析

在每塊焊接試板上的熱影響區和焊縫區沿厚度方向每20 mm取一塊金相試樣，根據GB/T13299-1999[1]對焊縫區域和熱影響區域的魏氏組織進行評級，金相及顯微硬度（測3點取平均值）分析結果見表1，金相分析結果說明如下。

（1）兩塊試板焊縫組織為鐵素體+珠光體+魏氏組織，沿厚度方向均存在粗晶粒區和細晶粒區，具體劃分情況見圖3。多層多道焊，焊縫層與層之間區域為細晶粒區，蓋面及其他區域為粗晶粒區。

（2）焊縫部分粗晶粒區域存在等級為1～2級的魏氏組織。

（3）過熱區的部分區域存在等級為1～3級的魏氏組織。

（4）金相檢驗沒有發現裂紋、疏松、過燒和超標的異常組織[2]。

2.2 拉伸試驗分析

將兩塊規格為δ60 mm焊接試板每塊沿厚度方向每30 mm取一件焊接接頭試樣，試驗結果見表2，在存在魏氏組織的焊縫處取全焊縫拉伸試樣1件，拉伸試驗結果見表3。存在魏氏組織的焊接接頭與全焊縫拉伸試驗結果說明：（1）兩塊焊接試板存在魏氏組織的焊接接頭均斷裂在母材上，且滿足NB/T47016-2011[3]對焊接接頭抗拉強度值的要求；（2）兩塊焊接試板存在魏氏組織的全焊縫拉伸屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率均滿足NB/T47016-2011[3]對全焊縫合格標準的要求。

2.3 彎曲試驗分析

在每個焊接試板上以焊縫與母材厚度60 mm為寬度，取10 mm厚度的且包含焊縫（居中）、熱影響區、母材的彎曲試樣2件，彎曲試驗結果見表4。該彎曲試驗結果表明：兩塊試板存在魏氏組織的彎曲試樣彎曲后均未發現裂紋，滿足NB/T47016-2011[3]要求。

2.4 沖擊試驗分析

從每塊焊接試板上的焊縫及熱影響區各取兩組試樣進行沖擊試驗，沖擊性能結果見表5。該沖擊試驗結果說明如下。（1）1#焊接試板0 ℃焊縫沖擊平均值為157 J，熱影響區平均值為171 J，滿足NB/T47016-2011[3]和DL/T868-2014[4]要求；（2）2#焊接試板0 ℃焊縫沖擊平均值為157 J，熱影響區平均值為151 J，滿足NB/T47016-2011[3]和DL/T868-2014[4]要求。

2.5 硬度檢測

沿每塊焊接試板厚度方向δ60 mm取一件硬度試塊，對其母材、熱影響區及焊縫三區域分別測五處布氏硬度值并取其平均值，所得數值見表6。該項試驗結果說明：焊縫硬度值滿足DL/T869-2012[5]對同種鋼焊接接頭硬度值的要求。

3 Q245R過熱區魏氏組織形成原因及分析

焊接熱影響中的過熱區溫度較高，由于奧氏體晶粒過分長大，這種粗大的奧氏體在較快的冷卻速度（適合魏氏組織形成的冷卻速度）下會形成一種特殊的過熱組織，其組織特征為在一個粗大的奧氏體晶粒內會形成許多平行的鐵素體針片，在鐵素體針片之間的剩余奧氏體最終會轉變為珠光體，因此焊縫及熱影響區存在魏氏組織是一種常見現象，魏化組織形態示意圖見圖4。

評定魏氏組織，要根據析出的針狀鐵素體數量、尺寸和由鐵素體網確定的奧氏體晶粒大小的原則確定[1]，魏氏組織的級別越低其形態越均勻，魏氏組織的級別越高其組織越粗大且網狀形態越厚。對存在魏氏組織的兩塊試板進行分析之后，結果顯示焊縫區域局部存在1～2級魏氏組織，過熱區域局部存在2～3級魏氏組織，焊縫力學性能（拉伸、彎曲、沖擊、硬度）均滿足標準要求，并且數值處于較高水平，焊縫及過熱區強度與韌性均高于母材，焊縫及過熱區部分區域1～3級魏氏組織未對Q245R焊接試板產生明顯影響。

4 結語

（1）Q245R材料的焊縫及過熱區出現魏氏組織具有普遍性。

（2）焊縫與過熱區局部區域存在魏氏組織，普遍魏氏組織評級為1～2級，部分區域達到3級。

（3）兩塊焊縫與過熱區局部區域存在魏氏組織的Q245R焊接試板金相組織、力學性能、硬度測試均符合相關標準要求，說明Q245R這種材料的焊縫及過熱區局部區域存在魏氏組織不會對焊縫性能產生明顯影響。

參考文獻

[1]GB/T13299-1999，鋼的顯微組織評定方法[S].1999.

[2]TSG G0001-2012，鍋爐安全技術監察規程[S].2012.

[3]NB/T47016-2011，承壓設備產品焊接試件的力學性能檢查[S].2011.

[4]DL/T868-2014，焊接工藝評定規程[S].2014.

[5]DL/T869-2012，火電廠焊接技術規程[S].2012.

[6]郭秀文.金相技術問答[M].北京：化學工業出版社，2006.