摘要：對(duì)某低溫壓力容器用304L鋼，焊后去應(yīng)力退火后焊接組織與性能的影響進(jìn)行了試驗(yàn)。結(jié)果表明，該低溫壓力容器焊接接頭殘余應(yīng)力去除的最佳熱處理溫度取570℃較為適宜，在該熱處理溫度下，焊縫金屬組織結(jié)構(gòu)基本無(wú)變化，焊縫沖擊韌度仍維持較高值，并且熱處理后焊縫心部的應(yīng)力得到較充分的釋放，殘余應(yīng)力消除約40%。

　　對(duì)奧氏體不銹鋼來(lái)說(shuō)，因晶界析出Cr23C6，會(huì)降低不銹鋼的抗腐蝕性能；而無(wú)損于抗腐蝕性能的熱處理，又不可能使應(yīng)力充分消除；因此，在ASME規(guī)范中，既不要求也不禁止對(duì)奧氏體不銹鋼進(jìn)行消除應(yīng)力處理[4]。析出物Cr23C6不僅會(huì)造成晶間腐蝕，也會(huì)對(duì)焊縫的低溫沖擊韌度造成影響。對(duì)低溫壓力容器來(lái)說(shuō)，GB1502011《壓力容器要求奧氏體不銹鋼的焊縫和熱影響區(qū)在設(shè)計(jì)溫度下的低溫夏比(V形缺口)吸收能量不得<31>[5]。

　　1.1選用材質(zhì)

　　1.2焊接工藝規(guī)范及相關(guān)參數(shù)

　　圖1接頭簡(jiǎn)圖

　　焊層/焊道焊接方法焊接材料牌號(hào)規(guī)格/mm焊接電流極性電流/A電壓/V焊接速度/cmmin-11/1SMAWA0023.2DCEP/1SMAWA0024.0DCEP/2SMAWA0024.0DCEP背面清根4/1SMAWA0024.0DCEP/1SMAWA0024.0DCEP/2SMAWA0024.0DCEP

　　對(duì)按表1焊接工藝參數(shù)制作的304L焊板，截取6組試樣，分別按表2的溫度進(jìn)行熱處理。除A1無(wú)須熱處理外，其余試件采用爐內(nèi)整體加熱，熱處理溫度達(dá)到后，保溫時(shí)間為1h；降溫時(shí)，爐溫<400>

　　試件標(biāo)識(shí)熱處理溫度/℃沖擊試樣數(shù)量焊縫區(qū)熱影響區(qū)檢測(cè)位置A1焊態(tài)1組1組焊縫+熱影響區(qū)A25001組1組焊縫+熱影響區(qū)A35701組1組焊縫+熱影響區(qū)A46501組1組焊縫+熱影響區(qū)A57001組1組焊縫+熱影響區(qū)A67501組1組焊縫+熱影響區(qū)

　　對(duì)6組試件制作了金相試樣，用金相顯微鏡觀察不同熱處理溫度下，焊接接頭熔合線及焊縫中心組織的變化情況(見(jiàn)圖2～圖7)。圖2中，焊縫組織為奧氏體+鐵素體(A+F)，柱狀晶結(jié)構(gòu)；熔合線組織良好。圖3和圖4中，組織結(jié)構(gòu)相較焊態(tài)無(wú)變化。圖5中，組織結(jié)構(gòu)相較焊態(tài)無(wú)明顯變化，晶界附近開(kāi)始出現(xiàn)少量析出物。圖6中，晶界附近析出物較650℃熱處理試樣明顯增多。圖7中，晶界內(nèi)和晶間產(chǎn)生大量析出物。

　　圖2焊態(tài)金相組織

　　圖4熱處理溫度570℃金相組織

　　圖6熱處理溫度700℃金相組織

　　2.2低溫夏比(V形缺口)沖擊試驗(yàn)

　　表3各熱處理溫度下的吸收能量試驗(yàn)結(jié)果

　　從表3中可以看出，在570℃熱處理溫度下，試樣的吸收能量仍處于較好的水平；隨著熱處理溫度升高，試樣的吸收能量下降明顯；當(dāng)熱處理溫度>700℃后，試樣焊縫區(qū)的吸收能量已不能滿足>31J的要求。

　　對(duì)6組試件的焊接截面進(jìn)行了微觀硬度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如圖8所示。各熱處理溫度下的焊縫心部、焊縫背面和焊縫正面的平均微觀顯微硬度值用焊后熱處理溫度-硬度值二維圖如圖9所示。

　　c)570℃/1h

　　e)700℃/1h

　　圖8各熱處理溫度下微觀硬度檢測(cè)結(jié)果

　　從圖8和圖9中可以看出，焊縫心部的維氏硬度值高于焊縫表面，其原因?yàn)樾牟砍惺芎附討?yīng)力引起的應(yīng)變大于焊縫表面；高應(yīng)力區(qū)(焊縫心部)的硬度在經(jīng)570℃熱處理后下降明顯，其后隨著溫度升高，下降趨勢(shì)逐漸平緩；低應(yīng)力區(qū)(焊縫表面)硬度值在熱處理后略有下降；通過(guò)熱處理可以使焊縫心部與表面硬度差值縮小，使截面各處的應(yīng)變趨于一致。

　　2.4熱處理后殘余應(yīng)力去除效果試驗(yàn)

　　表4殘余應(yīng)力值測(cè)量結(jié)果

　　由表4可知，焊接試件經(jīng)570℃熱處理后，殘余應(yīng)力值約為焊態(tài)的60%，該結(jié)果與文獻(xiàn)[6]所得結(jié)論一致，即在540～650℃熱處理溫度內(nèi)，奧氏體不銹鋼的焊接殘余應(yīng)力僅能消除30%～40%；且在保證充分均勻熱透的前提下，再加長(zhǎng)熱處理保溫時(shí)間，對(duì)消除焊接殘余應(yīng)力并無(wú)效果。

　　[1]朱殿昱.-196℃奧氏體不銹鋼焊縫金屬?zèng)_擊韌性研究[J].蘭化科技，1997,15(3):166-168.

　　[3]周金枝,鐘斌.用熱處理方法消除奧氏體不銹鋼焊接殘余應(yīng)力[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007,22(4):88-90.

　　[5]GB1502011，壓力容器[S].

　　TestandResearchonEliminationWeldingResidualStressin304LAusteniteStainlessSteelwithHeatTreatmentMethod

　　(1.ChinaAerodynamicsResearchandDevelopmentCenter,Mianyang,China;2.WuhanRunzhidaPetrochemicalEquipmentCompany,Wuhan,China)

　　Keywords：austeniticstainlesssteel304L,weld,stressreliefannealing,temperature

　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B