程洪生，呂建魁，馮可云，劉 鵬

（1.山東光岳轉(zhuǎn)向節(jié)有限責(zé)任公司，山東 聊城 252000；2.山東建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101）

高溫回火對(duì)Q235/P91異種鋼熔焊接頭組織結(jié)構(gòu)與性能影響

程洪生1，呂建魁1，馮可云2，劉 鵬2

（1.山東光岳轉(zhuǎn)向節(jié)有限責(zé)任公司，山東 聊城 252000；2.山東建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101）

采用光學(xué)金相顯微鏡、維氏硬度計(jì)等測(cè)試方法，研究焊后不同保溫時(shí)間和高溫回火熱處理對(duì)Q235/P91異種鋼熔焊接頭顯微組織特征及硬度分布的影響。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)不同保溫時(shí)間的高溫回火處理，Q235鋼側(cè)熱影響區(qū)靠近熔合線附近，鐵素體組織比較細(xì)小；過(guò)熱區(qū)附近的奧氏體晶粒發(fā)生嚴(yán)重長(zhǎng)大；相變重結(jié)晶區(qū)將得到更加細(xì)小的鐵素體顯微組織。P91鋼側(cè)熱影響區(qū)分別是完全淬火區(qū)和不完全淬火區(qū)組織。且隨著焊接熱輸入的增大，熱影響區(qū)組織顯著變大，其硬度也顯著提高；而保溫時(shí)間越短，焊縫區(qū)組織越細(xì)小，硬度也越高。其中保溫1.5 h的焊縫區(qū)硬度比保溫2.5 h的高約40 HV，保溫2.5 h的焊縫區(qū)硬度比保溫3.5 h的高約40 HV。

P91鋼；Q235鋼；高溫回火；顯微組織；硬度

0 前言

P91鋼是一種改良型的馬氏體9Cr-1Mo鋼[1]，主要應(yīng)用于電力、石化等產(chǎn)業(yè)。它是在9Cr-1Mo基礎(chǔ)上添加V、Nb、N等一些合金元素加工而成，不僅具有高而穩(wěn)定的持久塑性和導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)良性能，而且具有線膨脹系數(shù)較小、高溫抗氧化性和抗腐蝕性能好等性能[2]。該鋼冷裂紋敏感性較強(qiáng)，有一定的熱裂紋傾向，同時(shí)還有接頭性能弱化（焊縫區(qū)韌性惡化和熱影響區(qū)的軟化）的問題。合理的焊接工藝是控制和改善鋼焊接性的重要技術(shù)手段[3-4]。Q235是我國(guó)壓力容器及石油行業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種優(yōu)質(zhì)碳素鋼，該鋼具有良好的強(qiáng)度、塑性、焊接性能和工藝性能[5-6]。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域已對(duì)P91鋼焊接接頭及Q235鋼焊接接頭的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能開展較多的研究[7-10]。在此主要針對(duì)兩種材料可能存在的異種金屬連接的問題，通過(guò)探索恰當(dāng)?shù)腟MAW焊接工藝實(shí)現(xiàn)Q235/P91異種鋼的焊接，并對(duì)熔焊接頭進(jìn)行不同保溫時(shí)間的高溫回火處理。利用光學(xué)金相顯微鏡、維氏硬度計(jì)等測(cè)試方法，研究焊后不同保溫時(shí)間的高溫回火熱處理對(duì)不同焊接參數(shù)下Q235/P91異種鋼熔焊接頭顯微組織特征及硬度分布的影響。

1 試驗(yàn)材料及工藝

試驗(yàn)材料為Q235鋼板和P91鋼管，Q235鋼板尺寸 350mm×100mm×5mm，P91鋼管尺寸 150mm×φ50 mm。焊條牌號(hào)為R507，直徑4.0 mm；焊機(jī)設(shè)備型號(hào)ZX5-400，熱處理設(shè)備為SX2-5-12型箱式電阻爐。焊前對(duì)P91鋼管側(cè)做開坡口處理，選用半V型坡口，如圖1所示。焊前P91鋼進(jìn)行250℃預(yù)熱處理[11]，焊接工藝參數(shù)如表1所示。焊后熱處理選用高溫回火處理，回火溫度730℃±10℃，回火保溫時(shí)間分別選擇1.5 h、2.5 h和3.5 h，保溫后空冷卻至室溫狀態(tài)。

表1 焊接工藝規(guī)范及參數(shù)

2 結(jié)果和討論

2.1 熱影響區(qū)金相組織

自從上次發(fā)生了爭(zhēng)執(zhí)，我心里窩了火，一直沒來(lái)阿花這兒。和高文鵬見面后，對(duì)阿花的看法有所改變，但又忙于東奔西跑，也沒來(lái)。直到今天，我拿了一摞訂單作為最豐厚的見面禮，來(lái)見阿花。相逢一笑泯恩仇，我們就像什么也沒發(fā)生過(guò)，擁在一起。我像一鍋水，被阿花的耳鬢廝磨燒開了，沸騰了。

圖1 焊接接頭及坡口形式

在焊接電流為130A和160A，高溫回火保溫時(shí)間分別為1.5 h、2.5 h、3.5 h條件下的熔合區(qū)及熱影響區(qū)的金相組織如圖2和圖3所示。

綜上所述，在新課程改革不斷深入的背景下，新時(shí)期我國(guó)在積極加強(qiáng)小學(xué)生人才培養(yǎng)的過(guò)程中，要求小學(xué)語(yǔ)文教師充分發(fā)揮學(xué)科優(yōu)勢(shì)，在積極進(jìn)行教材挖掘的基礎(chǔ)上，從傳統(tǒng)文化素養(yǎng)以及綜合素質(zhì)等角度出發(fā)，采取有效措施不斷促進(jìn)小學(xué)生身心健康發(fā)展。因此，新時(shí)期，小學(xué)語(yǔ)文教師應(yīng)對(duì)學(xué)生傳統(tǒng)文化素養(yǎng)培養(yǎng)的重要性產(chǎn)生深刻認(rèn)知，并從注重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)文化的情感基礎(chǔ)、通過(guò)傳統(tǒng)文化傳承培養(yǎng)小學(xué)生語(yǔ)文核心素養(yǎng)、結(jié)合教學(xué)內(nèi)容深入挖掘傳統(tǒng)文化精華等角度出發(fā)，為促進(jìn)小學(xué)生傳統(tǒng)文化素養(yǎng)的提升奠定基礎(chǔ)。

P91鋼側(cè)熱影響區(qū)金相組織如圖2所示。在130A 160 A的電流條件下，不同保溫時(shí)間的組織靠近P91與焊縫的熱影響區(qū)可分為兩部分——完全淬火區(qū)和不完全淬火區(qū)，靠近焊縫的屬于完全淬火區(qū)，相當(dāng)于不易淬火鋼的過(guò)熱區(qū)和完全重結(jié)晶區(qū)。易淬火鋼的脆硬傾向大，冷卻時(shí)將得到馬氏體組織，但因該區(qū)經(jīng)歷的熱循環(huán)不同，相當(dāng)于正火處理的部位得到的是細(xì)小的馬氏體，而過(guò)熱區(qū)部位得到的是粗大的回火馬氏體。完全淬火區(qū)內(nèi)的過(guò)熱區(qū)部分由于粗大的馬氏體組織生成使得該區(qū)域有較高的硬度、較低的塑性和脆性。與之相鄰的區(qū)域?yàn)椴煌耆慊饏^(qū)，在快速加熱的條件下，鐵素體很少融入奧氏體，而珠光體、貝氏體和馬氏體等轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。在隨后的冷卻過(guò)程中奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，原來(lái)的鐵素體也有不同程度的長(zhǎng)大，最終得到馬氏體和鐵素體的混合組織，此區(qū)域的脆性較大，僅次于過(guò)熱區(qū)。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)學(xué)界對(duì)高?？?jī)效評(píng)估內(nèi)涵的理解存在著簡(jiǎn)單化、機(jī)械化和片面性的問題。一方面，績(jī)效意識(shí)不足，學(xué)者們更重視探究應(yīng)然層面的績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建和實(shí)踐的應(yīng)用操作，而對(duì)為什么要實(shí)施績(jī)效評(píng)價(jià)以及高等教育內(nèi)部是否具有實(shí)施績(jī)效評(píng)價(jià)的需求研究很少。⑩另一方面，在績(jī)效內(nèi)涵上認(rèn)識(shí)不夠全面，往往是重業(yè)績(jī)輕效率，重投入輕產(chǎn)出，忽視了辦學(xué)效率。

化壓力為動(dòng)力，北醫(yī)三院始終堅(jiān)持以用能數(shù)據(jù)為導(dǎo)向，推動(dòng)能源管理精益發(fā)展。醫(yī)院1999年就建立了電力監(jiān)控系統(tǒng)，2011年鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)正式上線，多級(jí)計(jì)量穩(wěn)步推進(jìn)。2015年，在原國(guó)家衛(wèi)生計(jì)生委專項(xiàng)資金支持下，醫(yī)院完成了信息化能耗監(jiān)管系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了能源資源的在線監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)分析和智能管理；2016年，后勤專業(yè)團(tuán)隊(duì)開展大數(shù)據(jù)的分析和挖掘，摸索能耗規(guī)律，挖掘節(jié)能潛力；2017年運(yùn)用科學(xué)管理工具，促進(jìn)節(jié)能項(xiàng)目更加深入有效開展，實(shí)現(xiàn)能源管理的精益發(fā)展。

圖2 P91鋼側(cè)熱影響區(qū)金相組織

圖3 Q235鋼側(cè)熱影響區(qū)金相組織

2.3 高溫回火保溫時(shí)間對(duì)接頭硬度分布的影響

Q235鋼側(cè)熱影響區(qū)金相組織如圖3所示。熔合區(qū)附近的熱影響區(qū)特征明顯，相比母材部分有著不一樣的組織形態(tài)，晶粒粗大。在相同焊接熱輸入和相同保溫時(shí)間的條件下，焊縫中的柱狀晶都是垂直于熔合線的。通過(guò)比較在相同熱輸入條件下不同保溫時(shí)間的組織圖片發(fā)現(xiàn)，Q235側(cè)熱影響區(qū)分為3部分：第一部分是靠近熔合線的，鐵素體組織比較細(xì)小，可能是受熱循環(huán)的影響，相當(dāng)于對(duì)近焊縫的區(qū)域進(jìn)行了一次熱處理工藝，因而使得此處的組織顯得更加細(xì)小。第二部分是遠(yuǎn)離焊縫方向靠近熔合線附近的組織，可以看到顯得特別粗大，這是熱影響區(qū)的過(guò)熱區(qū)，它的形成是由于金屬處于過(guò)熱狀態(tài)，奧氏體晶粒發(fā)生嚴(yán)重的長(zhǎng)大現(xiàn)象，冷卻之后得到粗大的組織（焊后晶粒度為1～2級(jí)）。此區(qū)的韌性較低，易發(fā)生脆化和裂紋等。過(guò)熱區(qū)的大小與焊接方法，焊接線能量與母材厚度等相關(guān)。第三部分是遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域，可以看到更加細(xì)小的鐵素體顯微組織，此處是熱影響區(qū)中的相變重結(jié)晶。焊接或熱處理時(shí)母材金屬被加熱到Ac3以上的溫度，發(fā)生重結(jié)晶（即鐵素體和珠光體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體），然后在空氣冷卻就會(huì)得到均勻而細(xì)小的珠光體和鐵素體，相當(dāng)于熱處理時(shí)的正火組織，此時(shí)的組織機(jī)械性能很好。

通過(guò)上述有關(guān)接頭各區(qū)域顯微組織分析，各區(qū)域經(jīng)過(guò)不同保溫時(shí)間的高溫回火處理后組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，因此可以通過(guò)顯微硬度分析來(lái)反映組織和影響因素之間的關(guān)系。Q235/P91異種鋼焊接接頭高溫回火+不同保溫時(shí)間處理后的顯微硬度分布試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖4 焊縫區(qū)金相組織（160 A）

2.2 焊縫區(qū)金相組織

對(duì)于焊縫區(qū)組織，當(dāng)采用焊接電流130A或160A時(shí)其組織變化不十分明顯。焊縫區(qū)主要由大量的下貝氏體+馬氏體（基體）組成。在500倍的光學(xué)顯微鏡下，可以看到許多呈黑色針狀或竹葉狀的下貝氏體，并且針與針之間呈一定角度，白色部分為馬氏體基體，如圖4所示。在相同焊接熱輸入的條件下，隨著保溫時(shí)間的增長(zhǎng)，黑色針狀或針葉狀的組織越來(lái)越粗大，馬氏體基體（白色部分）的面積也越來(lái)越大。

試驗(yàn)結(jié)果表明，P91母材與焊縫和Q235母材與焊縫有著非常明顯的熔合區(qū)，焊縫與母材間形成不規(guī)則結(jié)合且呈現(xiàn)參差不齊的分界面，非自發(fā)晶核會(huì)依附在這個(gè)表面上以柱狀晶的形態(tài)向焊縫中心生長(zhǎng)，形成柱狀晶區(qū)。但由于在化學(xué)成分和組織性能上都有較大的不均勻性，該區(qū)域?qū)附咏宇^的強(qiáng)度和韌性有較大影響，如產(chǎn)生裂紋和脆性破壞。

小學(xué)英語(yǔ)應(yīng)該得到教師和家長(zhǎng)的重視，因?yàn)殡S著我國(guó)開放程度的不斷加深，融入世界的腳步逐漸加快，英語(yǔ)已經(jīng)成為了世界上的主流語(yǔ)言，要想有更好的發(fā)展，必須從基礎(chǔ)抓起，那么就要在小學(xué)的英語(yǔ)教學(xué)中采用科學(xué)合理地方法，在翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法中制定教學(xué)策略，以下是一些解決方法：

圖5 不同焊接電流下接頭硬度分布

在熱輸入為130 A的條件下，折線的趨勢(shì)是先下降再上升，然后再下降，可以看到在Q235熱影響區(qū)的硬度最低，這是由于熱影響區(qū)中的組織粗大和不均勻造成，P91熱影響區(qū)的硬度最高，這是由于熱影響區(qū)中粗大馬氏體的原因造成的。相反，在熱輸入160 A的條件下，折線的趨勢(shì)是先上升后下降，Q235母材的硬度低于熱影響區(qū)的硬度，這是由于高溫回火對(duì)熱輸入大的熱影響區(qū)產(chǎn)生了一定的作用，從而提高了熱影響區(qū)的硬度。比較不同保溫時(shí)間的折線可知，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，焊縫組織的硬度逐漸變小，保溫1.5 h的焊縫區(qū)硬度比保溫2.5 h的高約40 HV，保溫2.5 h的焊縫區(qū)硬度比保溫3.5 h的高約40 HV，這可能是隨著保溫時(shí)間的增長(zhǎng)，黑色針狀或針葉狀的組織越來(lái)越粗大，馬氏體基體（白色部分）的面積也越來(lái)越大，進(jìn)而導(dǎo)致硬度降低。

結(jié)合顯微組織分析表明，高溫回火對(duì)Q235/P91異種鋼熔焊接頭組織性能影響明顯，得到的組織成分復(fù)雜，焊接熱輸入和保溫時(shí)間是影響其變化的重要因素。隨著焊接熱輸入增大，熱影響區(qū)組織變粗，硬度提高。保溫時(shí)間越短，焊縫區(qū)組織越細(xì)小，硬度越高。

3 結(jié)論

采用焊條電弧焊對(duì)Q235/P91異種鋼進(jìn)行焊接，研究焊接熱輸入和保溫時(shí)間對(duì)接頭組織和硬度的影響。結(jié)果表明：

（1）經(jīng)過(guò)不同保溫時(shí)間的高溫回火處理，Q235側(cè)熱影響區(qū)靠近熔合線的鐵素體組織比較細(xì)??；過(guò)熱區(qū)奧氏體晶粒發(fā)生嚴(yán)重的長(zhǎng)大現(xiàn)象，冷卻之后得到粗大的組織；相變重結(jié)晶區(qū)得到均勻而細(xì)小的珠光體和鐵素體。P91鋼側(cè)熱影響區(qū)的完全淬火區(qū)內(nèi)主要由粗大的馬氏體組織為主。不完全淬火區(qū)主要由馬氏體和鐵素體的混合組織組成。

（2）隨著焊接熱輸入增大，熱影響區(qū)組織變粗，硬度提高。保溫時(shí)間越短，焊縫區(qū)組織越細(xì)小，硬度越高。保溫1.5 h的焊縫區(qū)硬度比保溫2.5 h的高約40 HV，保溫2.5 h的焊縫區(qū)硬度比保溫3.5 h的高約40 HV。

[1]Williams J A.Parker J D.Strain Generated at Austenitic：Ferritic Dissimilar Welds During Elastic Pressure Changes at HighTemperature[J].Material Science andEngineeringA.，1995（4）：242-250.

[2]潘全喜，王均杰，陳文靜，等.20g與P91異種金屬焊接接頭組織及其性能分析[J].熱加工工藝，2015，15（44）：216-221.

[3]黃向紅.P91鋼的焊接特點(diǎn)及工藝[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011（6）：263-265.

[4]孫咸.T91/P91鋼的焊接性及其焊接工藝[J].機(jī)械工人，2006（10）：28-32.

[5]姜鶴.Q235鋼焊接接頭組織結(jié)構(gòu)對(duì)焊縫耐蝕性能的影響研究[D].黑龍江：東北石油大學(xué)，2014.

[6]尹文峰.316L/Q235異種鋼焊接接頭性能研究及焊接過(guò)程數(shù)值模擬[D].四川：西南石油大學(xué)，2013.

[7]牛銳鋒，孟衛(wèi)如，趙健倉(cāng)，等.P91與10CrMo910異種鋼焊接接頭特性分析[J].焊接學(xué)報(bào)，2005，26（8）：56-60.

[8]喻巧紅，劉超，龐曉露，等.Q235焊接接頭的縫隙腐蝕行為[J].金屬學(xué)報(bào)，2014，50（11）：1319-1326.

[9]黃本生，劉閣，劉記，等.時(shí)效處理對(duì)Q235/316L異種鋼焊接頭組織及性能的影響[J].材料熱處理學(xué)報(bào)，2013，34（10）：139-145.

[10]王可，鄭振太，薛海濤，等.254SMO/Q235B異種鋼焊接接頭顯微組織[J].焊接學(xué)報(bào)，2013，34（2）：105-109.

[11]康煜平.金屬固態(tài)相變及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：85-89.

Influence of high temperature temper on microstructure and properties of welded joints of fusion welding for Q235/P91 dissimilar steel

CHENG Hongsheng1，LV Jiankui1，F(xiàn)ENG Keyun1，LIU Peng2
（1.Shandong Guangyue Steeing Knuckle Co.，Ltd.，Liaocheng 252000，China；2.School of Materials Science and Engineering，Shandong Jianzhu University，Ji'nan 250101，China）

The influence of different postweld heat preservation times and high-temperature temper treatments on the microstructural characteristics and hardness distribution of welded joints of fusion welding for Q235/P91 dissimilar steel are studied by the optical metalloscope and Vickers.The results show that the heat affected zone of Q235 steel is near the fusion line，the ferritic structure in this zone is fine，the austenite grains near the overheated zone grow seriously，and the finer ferrite microstructure is obtained in the phase change recrystallization region.The heat affected zone of P91 steel are complete hardened layer and incomplete hardened layer respectively.It is exactly same as the characteristics of the heat affected zone of easy quenching steel(annealing).With the increase of welding heat input，the microstructure of heat affected zone obviously enlarges and its hardness obviously enhance.The shorter the heat preservation time,the finer the microstructure of weld zone and the higher the hardness.The average hardness of weld zone with heat preservation time of 1.5 h is more about 40 HV than that with heat preservation time of 2.5 h.The average hardness of weld zone with heat preservation time of 2.5 h is more about 40 HV than that with heat preservation time of 3.5 h.

P91 steel；Q235 steel；high-temperature temper；microstructure；hardness

TG401

A

1001－2303（2017）06－0073-05

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.06.16

2017-01-22；

2017-03-23

程洪生（1971—），男，工程師，學(xué)士，主要從事汽車轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)加工與成型技術(shù)開發(fā)工作。E-mail：leofengky@163.com。

本文參考文獻(xiàn)引用格式：程洪生，呂建魁，馮可云，等.高溫回火對(duì)Q235/P91異種鋼熔焊接頭組織結(jié)構(gòu)與性能影響[J].電焊機(jī)，2017，47（06）：73-77.