堆焊层化学成分对9CrMoV钢熔敷金属性能影响的研究

摘要：采用1crmo堆焊材料对9crmov~ g5-了埋弧焊堆焊试验，优化了堆焊工艺参数。针对不同堆焊层进行了化学成分分析，并研究

了堆焊层化学成分对熔敷金属力学性能和金相组织的影响。结果表明：距离母材越远，母材对熔敷金属的稀释率越小．堆焊层合金元

素含量越少，塑韧性越好；母材与堆焊层结合性能良好，没有产生界面分离现象。上述研究成果可为超超临界汽轮机转子轴颈堆焊技

术提供理论依据和技术支持。

关键词：堆焊； 化学成分；超超临界汽轮机； 转子轴颈

中图分类号：tg455 文献标识码：b

为了满足国民经济高速发展对电力的需求，赶超发达国

家电站设备制造技术的先进水平，超超临界汽轮机组研制

正向着大容量、高参数、高效率、低资源消耗、环保型方

向发展c1,2]。超超临界汽轮机转子在高温、高压条件下高速旋

转， 防止汽轮机转轴和轴瓦在高速旋转过程中发生黏滞、咬

合， 是保证汽轮机正常运行的技术关键。本论文通过对

9crmov钢进行堆焊试验，研究了堆焊层化学成分对焊缝组织

和性能的影响。

l 试验过程

采用埋弧焊方法对9crmov钢进行多层多道堆焊试验．焊

材为1crmo，母材及焊材的主要化学成分见表1。

表1 母材及焊材主要化学成分

化学成分(质量分数) (％)

材料 c cr v mo

9crmov 0．13 9．52 0、18 0．22

1crmo 0．06 1．12 n03 0．44

通过多次焊接工艺评定，最终确定了合理的焊接工艺参

数为： 预热温度180 ，焊接电流400 a， 电弧电压23 v，

焊接速度300 mm／min， 送丝速度450 mm／min。在焊接过程

中道间温度控制在300℃ 以内，并对焊后的试样进行焊后热

处理。

2 试验结果及讨论

堆焊层表面成形较好，没有产生裂纹等焊接缺陷，堆焊层

表面形貌如图1所示。

收稿日期：20__—10—12：修回日期：20o7一o7—17

图1 堆焊层表面形貌

2．1 堆焊层化学成分分析

不同堆焊层化学成分的变化状况如图2所示。

一

一

童

u

f

u

^

u

暑

距母材表面的距离／mm

(a) (c)与 (c)

2

4 6 8 10

距母材表面的距离／mm

(b)w(cr)与w(v)

堆焊层化学成分变化示意图

weldinz technology vol-36 no．5 oct．20__ ·试验与研究· 25

从图中可以看出。随着堆焊层数的增加， (c)是逐渐降低

的，由化学成分计算的 (c) 相应降低，采用的碳当量公式为：

w(c) (％)=c+mn／6+si／24+ni／60+crl，5+mo／4+v／14， (1)

从图2b的 (cr)变化曲线可以看出，w(cr)随着堆焊层

数的增加显著降低，w(v)也是降低的。

由于c，cr，v等主要化学成分的降低，使w(c) 降低，使

得堆焊层硬度降低，防止了堆焊层裂纹的产生。

2．2 堆焊层硬度试验分析

对堆焊层进行硬度分析，其布氏硬度分布曲线如图3所示。

可见．从母材到堆焊层，其硬度逐渐降低。硬度降低的主要原

因是堆焊材料中c，cr等合金元素的含量比母材的低，靠近母

材的堆焊层稀释率高。随着堆焊层的增加，母材对熔敷金属的

稀释率逐渐降低，使得堆焊金属硬度降低。

距母材表面的距离／mm

图3 堆焊层硬度分布曲线

图4为堆焊层显微硬度分布图， 由图可见， 由于熔敷金属

合金元素含量降低，使堆焊层的显微硬度比母材的显著降低。

热影响区的显微硬度高于母材，这是由于堆焊时，热影响区冷

却速度较快。形成的淬火组织引起热影响区的硬化。

测试点距离x0．2／ram

圈4 堆焊层显微硬度分布图

2．3 堆焊层力学性能

2．3．1 拉伸试验

表2为母材和堆焊层金属的拉伸试验结果。由结果可见，

母材的抗拉强度大大高于堆焊层的， 但母材的伸长率仅有

5．69％；而堆焊层金属虽然强度降低，但是塑韧性非常好，伸

长率达到了30．3％。

裹2 拉伸试验结果

l屈服强度 mpa 抗拉强度~~mpa 伸长 (％) 收缩率 (％) 备注

f 743．85 862．56 5．69 l5．83 母材

f 408 549 30-3 63．9 堆焊层

2-3．2 冲击试验

表3为对母材及堆焊层金属的冲击试验结果。由此可见，

堆焊层金属的冲击韧性比母材的显著提高，距母材越远的堆焊

金属，其冲击韧性越好，这与母材对堆焊层的稀释率有关。距

母材越远，母材对熔敷金属的稀释率越小，合金元素含量越

少，w(c) 越小，冲击韧性越好。

裹3 冲击试验结果

冲击位置 冲击吸收功a ，j

母材 26

距熔合线5 mm处 l62

距熔合线8 mm处 l67

距熔合线10 mm处 l7l

2．4 显微组织

图5为9crmov钢母材及其堆焊层的金相显微组织。由图5a

母材的金相显微组织可以看出！，母材组织由细小的铁素体+碳

化物组成，由于母材含有较高的合金元素， 因此形成了细小的

显微组织。

(a)母材 (b)堆焊层第3层

(c)堆焊层最上层 (d)界面

圈5 金相组织

图5b为堆焊层第3层的显微组织，该层组织也由铁素体+

碳化物组成，铁素体形貌由片状和块状2种形态构成。由于堆

焊层含有的合金元素比母材中的低，其结晶形成的晶粒比母材

的大，合金元素和碳含量降低，使析出的碳化物密度减小，从

而降低了堆焊层的强度，提高了堆焊层的塑韧性。

图5c为堆焊层最上层熔敷金属显微组织，可以看出铁素体

形貌以片状和块状2种形态构成。由于合金元素含量进一步降

低，因此形成的显微组织比第3层稍微增大，合金元素含量的

降低使熔敷金属的强度降低，进一步改善了堆焊层的塑韧性。

图5d为母材与堆焊层界面的显微组织。由图可见，界面熔合良好，没有产生分离现象，也没有产生裂纹、气孔、夹渣等缺

陷，使堆焊层与母材结合性能良好，提高了界面抗剥离性能。

3 结论

(1)随着堆焊层数的增加， 堆焊层中铬 含量显著降低，

碳、钒含量也逐渐降低。

(2)距离母材越远，母材对熔敷金属的稀释率越小，合金

元素含量越少，碳当量越低，堆焊层塑韧性越好。

(3)随着堆焊层数的增加，堆焊层合金元素含量降低，显

微组织中铁素体含量增大，碳化物减少．使熔敷金属强度降

低，塑韧性增强，并且母材与堆焊层熔合良好，未产生界面分

离现象，也未产生裂纹、气孔、夹渣等缺陷，界面抗剥离性能

良好。

参考文献：

[1]刘凯．超i艋界汽轮机组的发展及关键技术(一)、 (二)、

(三)、(四)[j]．江苏电机工程，20__，24 (1—4)：l9—24，24—

28，22—26，26—3o．

[2]黄瓯，阳虹，彭泽瑛．我国超超i艋界汽轮机的发展方向[j]．热

力透平，20__，33(1)：2_6．