T91焊接接头组织和力学性能分析

谢合胜

（山东职业学院,济南 250104）

1 引言

T91钢是一种改进的9Cr-1Mo钢，是在T9（9Cr1Mo）钢的基础上通过添加V、Nb、N等合金元素而形成的一种改进的高强度马氏体耐热钢[1]。技术人员必须掌握钢的组织和性能，并采用合适的焊接工艺规范，另外还要配以合理的焊后热处理方式，才能有效保证焊缝的质量性能要求。本文主要通过一系列的试验，进行T91钢的焊接接头的组织观察、分析和进行接头的力学性能试验，从金相组织照片上分析T91的金相组织，而从硬度，强度，弯曲情况来分析T9钢的力学性能，从而找出一个合理的供技术人员参考的工艺规范。

2 试验材料、设备及方法

2.1 试样材料

试样材料为4个T91钢管：直径42×5mm，长度200mm。

2.2 焊接材料

KJ191TIG焊丝，Ф2.0mm，喷嘴尺寸：Ф10mm，钨极直径：Ф2.5mm，型号：Wce-20。

2.3 试验设备

（1）焊接设备。TIG焊机：ZX7-400ST，手工电弧焊焊机：ZX7-400STG。

（2）切割设备。电火花切割机：DK77，工作行程：400×320mm；砂轮切割机：S2ST-200。

（3）力学性能试验设备。数显万能试验机：WES-600；液体压力万能材料试验机：WES-30(最大载荷为30吨)；冲击万能试验机：JBN-300；箱式电阻炉型号：SX24-10；砂轮打磨机。

（4）金相试验设备。电子显微镜；砂纸、抛光机、低高倍显微镜、显微硬度试验机、电解浸蚀试验机、10%的草酸溶液、吹风机。

2.4 试验方法

2.4.1 焊接试样制备

试验过程共分三种：用不同的电流，电流I=90A，I=110A，I=130A。其中电流I=90A的管子对焊2只，其它各1只。采用TIG焊：横焊，60°V形坡口。

焊接完以后，其中，电流I=90A的两只管子一只不进行热处理，另一只和I=110A、I=130A的共三个管子一起进行750℃的退火处理，焊后热处理需要在焊后24小时内进行[2]。焊后热处理:室温入热处理炉，升温速度为150℃/h，在750℃保温1小时，温度波动不超过10℃；保温后降温速度为150℃/h，室温出炉。

而没热处理的切割成4块后，其中两块进行350℃的热处理，另外两块不进行热处理。

2.4.2 金相、硬度试样制备

首先把试样在砂轮切割机上切割成需要的适当大小的小块，然后在砂轮打磨机上进行初步打磨，把尖角、棱角打磨掉，以防磨制和抛光过程中划伤砂纸和抛光机，之后依次在150#、200#、400#、600#、800#、1000#、1200#的砂纸上进行磨制，抛光在含有1-，0.3-和0.05-um的氧化铝的尼龙布上进行抛光，再在含有10g草酸和100ml蒸馏水的溶液里电解浸蚀或用FeCl3进行浸蚀，然后在显微镜下观察，如有划痕，则再进行抛光，直至无划痕；最后在扫描电子显微镜下进行拍照。

2.4.3 硬度测试

试验使用维氏硬度计来测试硬度，所有硬度测试试样焊接接头位置及测试点如图1所示，其中1、2、3点为焊缝，4、5、6点为热影响区，7、8、9点为母材。

图1

3 试验结果分析

3.1 拉伸试验结果

把做好的拉伸试样（T91钢）在万能试验机上进行拉伸试验，表1是依次记录下的各试样的试验结果。

表1

由试验结果可知：当热处理温度相同时，随电流的增大，强度增大；不进行热处理和350℃热处理的管材抗拉强度较高，而进行了750℃退火热处理的管材抗拉强度降低。

3.2 金相组织分析

（1）焊接电流为90A时不同的热处理状态下的焊缝的金相组织照片（见图2）

图2

各个试样的焊缝的金相组织照片为：(a)铁素体+珠光体（b）珠光体+细小马氏体（c）马氏体

（2）焊缝在750℃热处理条件下不同的焊接电流的金相组织照片（见图3）

图3

由以上的金相组织可以看到：(a)珠光体+铁素体，（b）为板条状马氏体，(c)马氏体。

3.3 硬度分析

按照硬度试验操作规程进行硬度测试，最后查表可得硬度数据(HV100)，硬度曲线（见图4）。

由硬度曲线可知：电流为110A，750℃的热处理的硬度低于电流130A，750℃的热处理的硬度，焊缝的硬度和母材接近，塑性好。硬度与热处理状况有关，在焊接电流相同时，热处理温度越高，硬度越小。

图4

4 结论

通过试验可以看出：不进行热处理和350℃退火热处理的管材强度较高，而进行了750℃退火热处理的管材强度降低，在焊接电流为110A，焊后进行750℃退火热处理是最理想的工艺方法，焊缝质量能够得到保证。所以在焊接过程中采用合适的焊接电流等焊接规范，以及配以焊后适当的热处理方式是非常必要的。

[1]任岚明，张太刚.T91/P91钢焊接性能分析[J].吉林电力，2002(04):54-56.

[2]王志红，赵建忠，李太彬.T91与12Cr1MoV异种钢的焊接工艺[J].焊接,2006(10):54-56.