WIDE AND HEAVY PLATE
宽厚板
Vol.22，No.6
December 2016 * H *
湘钢
15MnNiNbDR钢板焊接接头性能研究（二）
姚建华1
杨云清1
杨俊
1陆戴丁2章小浒2
(1华菱湘潭钢铁有限公司;2
摘要在前期湘钢
合肥通用机械研究院）
15MnNiNbDR钢板焊接工艺试验以及焊态焊接接头性能研究的基础上，对应力消除
热处理态焊接接头性能进行系列性能试验。结果表明:湘钢生产的15MnNiNbDR钢板焊接接头性能完全能够
满足压力容器制造的要求。
关键词钢板焊接应力消除热处理力学性能金相组织
Study on Mechanical Properties of Welding Joints of 15MnNiNbDR Steel Plate at Valin Xianggang (Part 2)
Yao Jianhua1，Yang Yunqing1，Yang Jun1，Lu Daiding2 and Zhang Xiaohu2
(1 Valin Xiangtan Iron and Steel Co . ,Ltd. ；2 Hefei General Machinery Research Institute)
dition for 15MnNiNbDR steel plate produced by Xianggang previously, the company carries out series mechanical tests
of welding joint after stress - relief heat treatment. The results of tests show that mechanical properties of welding joint for 15MnNiNbDR steel plate produced by Xianggang fully satisfy the requirements of pressure vessel manufacture.
Keywords Steel plate, Welding, Stress - relief heat treatment, Mechanical properties, Metallurgical structure
〇前言
为了向用户推荐焊接工艺和提供更好的服 务，湘钢对15MnNiNbDR钢板进行大量研究[1_2]， 并进行了焊接接头焊接性能试验[3]。试验研究 内容分为两部分，一部分为焊态性能研究，另一部 分为应力消除热处理（SR)性能研究。湘钢在前 期焊接接头焊接性能试验基础上进行了焊接接头 应力消除热处理态性能研究。结果表明：湘钢生 产15MnNiNbDR钢板在施焊条件下，焊接接头性 能优良，低温冲击性能良好，完全满足压力容器制 造的要求。
表1
厚度
Abstract Based on welding process tests and the study on mechanical properties of welding joint in welded con
1试验材料及试验项目
1.1试验钢板及其化学成分
试验钢板为湘钢生产的两种厚度规格
15MnNiNbDR钢板，20 mm厚钢板为正火+回火 态，58 mm厚钢板为正火态，钢板编号分别为 3215L93200和3215L92100,成品化学成分如表1 所示。
1.2系列力学性能试验项目
为了全面研究钢板焊接接头的性能，在前期 一系列焊接接头性能试验的基础上，还对 15MnNiNbDR钢板进行了应力消除热处理态系列
钢板成品化学成分（质量分数） ％
/mmC
0.160.16
Mn
1.491.48
Si
0.240.23
S
0.0020.002
P
0.0080.008
Ni
0.680.69
Ti+ Nb + V
0.0640.065
A1
0.0390.038
2058
•
12 •
宽厚板
第22卷
性能试验：（1)焊接接头拉伸、冷弯、冲击试验。 (2)应力消除热处理对15MnNiNbDR钢焊接接头 力学性能的影响。（3)焊接接头系列温度冲击试 验。（4)焊接接头无塑性转变温度落锤试验。 (5)焊接接头断裂韧性裂纹尖端张开位移试验 (CTOD)。（6)焊接接头金相组织检验。2
钢板对接焊接工艺试验
试验选用厚度为58 mm的钢板，焊条焊前经 400丈x 1 h烘干处理，焊接预热温度100丈，线 能量30 ~35 kj/cm，焊后立即进行250 T； x0.5 h 消氢处理，然后进行应力消除热处理。选择4组 应力消除热处理温度进行试验，其中焊接1组是 未进行焊后热处理的焊态试板，用于进行力学性
能对比，具体焊接规范如表2所示。按照JB4708 -2000《钢制压力容器焊接工艺评定》标准的要 求，对不同焊后应力消除热处理态焊接接头进行 拉伸、冷弯和冲击试验，试验结果如表3和表4所
钢板的焊接工艺和线能量试验在《湘钢
15MnNiNbDR钢板焊接接头性能研究（一）》中已 经介绍[3]，在此不再赘述。2.1焊后应力消除热处理试验
表2
试板编号
焊接电流
170170170170
焊态试板焊接工艺规范
/A
电弧电压
25252525
/V
焊接速度/ (
mm . min _ 1 )
焊接线能量/(
33333333
kj'cm-1)
焊后热处理560 2 580 2
ABCD
80808080
txhtxhxhxh
600 ^ 2 620 ^ 2
表3
热处理温度
560580600620焊态
不同焊后热处理态焊接接头力学性能试验结果
断裂位置热影响区热影响区热影响区热影响区热影响区
弯轴直径
4040404040
/t
Rm/MPa
617,604608,604599,587594,605615,611
/mmi
支座间距
6363636363
/mm■弯曲角（°)
180180180180180
侧弯全部合格全部合格全部合格全部合格全部合格
表4
热处理温度
不同焊后应力消除热处理态焊接接头冲击试验结果
焊缝金属沿20 ,/T
^/j
-50 ,热影响区a
/j
-50 ,XX
20 ,276,271,283(277)274,271,262(269)264,277,262(268)276,260,262(266)
XX
560580600620
195,181,183(186)179,184,188(184)186,175,171(177)169,175,184(176)
151,168,160(160)155,159,163(159)148,139,141(143)132,131,118(127)
235,242,247(241)237,235,251(241)244,230,228(234)238,221,225(228)
从表3和表4看出，随着应力消除热处理温 度的升高，与焊态焊接接头相比，热处理态煙接接 头的抗拉强度稍有下降，焊缝金属、焊接热影响区
室温和低温冲击功有所下降，但平均值都大于
125 J。因此，在保温2 h的前提下，应力消除热处 理温度可以选择在560 ~620 t范围内。
第6期姚建华，等:湘钢15MnNiNbDR钢板焊接接头性能研究(二)
• 13 •
3焊接接头力学性能试验
58 mm厚钢板焊接工艺试验包括焊接线能量
应力消除热处理，焊接接头进行各项力学性能试 验。
3.1焊接接头系列温度冲击试验
对焊后应力消除热处理态焊接试板进行系列
温度冲击试验，试验结果见表5、表6,冲击功与试 验温度关系曲线见图1。
试验和焊后应力消除热处理试验，焊条直径04. 0
mm，焊条焊前经过400 SC xl h烘干处理，焊接预
热温度为1〇〇 T，线能量为30 ~35 kj/cm，焊后立 即进行250 t x0.5 h消氢处理以及580 t x2 h
表5
板厚/
取样 部位焊缝
试验温 度/$200-20-40-50-60-80-100-120
应力消除热处理态焊接接头系列温度冲击试验结果
晶状断面率/%0,0,0(0)0,0,0(0)0,15,9(8)11,27,4(14)20,4,32(19)31,23,40(31)95,96,95(95)100,100,100(100)100,100,100(100)
板厚/
取样 部位热影响区
试验温 度/$200-20-40-50-60-80-100-120
mm
58
kv2/j
186,184,180(183)193,181,189(188)187,163,170(173)168,142,176(162)155,178,141(158)144,156,137(146)44,40,47(44)14,8,9(10)10,11,8(10)
mm
58
KV2/i
257,261,251(256)268,273,255(265)264,259,267(263)271,255,272(266)234,251,227(237)147,189,191(176)157,184,143(161)12,81,109(67)14,10,9(11)
晶状断面率/%0,0,0(0)0,0,0(0)〇,〇,〇(〇)〇,〇,〇(〇)16,5,24(15)73,44,42(53)70,48,76(65)100,88,82(90)100,100,100(100)
表6
板厚
应力消除热处理态焊接接头的韧性特征值
状态热处理态热处理态
/mm
取样部位焊缝热影响区
vTe/X.-70.9-82.1
yTs/X.-71.6-81.4
冲击温度
-20-20
/t
kv2/j
158237
58
图1
应力消除热处理态焊接接头XF2-7'曲线
由表5、表6可知，材料应力消除热处理态焊 缝中心和热影响区的-50丈£72值>100 J，满足 使用要求。从表6还可看到，材料应力消除热处 理态煙缝中心及热影响区的脆性转变温度远低于
-50丈。从上述试验结果可看出：焊接热影响区
的冲击功均高于焊缝中心的冲击功。
3.2落锤试验测定焊接接头无塑性转变温度(NDTT)
对焊态焊接接头的焊缝金属和580丈x2 h 应力消除热处理态焊接接头的焊缝金属进行了落
• 14 •
宽厚板
第22卷
锤试验，以测定钢板的无塑性转变温度，试验结果 见表7。
表7
焊后应力消除热处理态焊接接头焊缝
中心落锤试验结果
试验温度
状
态
--60 -55 -50
0
由表7可知，应力消除热处理态材料焊缝中 心的NDTT矣-50丈，满足设计的要求。3. 3
裂纹尖端张开位移试验（CTOD)
对580丈x 2 h应力消除热处理态焊接接头 的煙缝金属和热影响区进行了 -50 t裂纹尖端
/T
-400,0
-300,0
-50
-45 0,0
张开位移试验，试验按照GB/T2358 - 1994标准 进行，试验结果分别见表8、表9和图2。
热处理态
,x
注:〇表示未断，表示断裂
x
表8
钢板手工焊焊缝中心应力消除热处理态CTOD试验结果
B/ mm
25.0025.0225.0225.0125.0325.0025.02注
W/mm
30.0130.0130.0230.0030.0130.0230.01
a/mm
14.9815.0414.9915.0715.0215.0315.01
Aa/mm
0.070.140.260.380.450.520.63
P/kN
33.636.838.739.439.340.441.6
Vp/mm
0.620.841.291.681.972.583.01
5
^/mm
0.2120.2810.4120.5210.6030.7760.901
=1.225(0.082+加）；；=0. 16 ；5〇 〇<相关系数7?=0. 993
mm;50.2〇 =〇■ 35 mm(
表9
钢板手工焊焊缝热影响区应力消除热处理态CTOD试验结果
B/ mm
25.0225.0325.0325.0225.0225.0325.03
W/mm
30.0230.0230.0330.0230.0330.0330.02
a/mm
15.0515.0715.0215.0114.9714.9615.06
Aa/mm
0.080.160.330.390.500.580.75
P/kN
37.438.839.540.641.942.844.4
Vp/mm
0.711.151.592.222.683.023.42
5
s/mm
0.2450.3710.4970.6770.8110.9101.019
注:知=1.255(0.081 +如）0.889 ;相关系数 =0.991 ;50.05 =0.21
mm;50.20 =0.41 mm。
图2应力消除热处理态焊接接头的-50 TCTOD曲线
第6期姚建华，等:湘钢15MnNiNbDR钢板焊接接头性能研究(二)
• 15 •
从图2可知，材料焊后应力消除热处理态的 断裂軔性完全满足球罐制造需要，焊缝热影响区 的断裂韧性高于焊缝中心。
3.4焊接接头不同部位金相组织检验
分别对焊接接头的不同部位进行金相组织检
验，焊接钢板采用30. 0 ~ 35. 0 kj/cm线能量施 焊，焊后经过580丈
x2 h应力消除热处理，金相
试样取自焊接钢板1/4厚度处。图3、图4分别 示出焊接接头宏观照片以及焊缝金属、焊接熔合 区、焊接热影响区的金相组织。
(a)焊缝金属 （b)焊接熔合区 （c)热影响区
图3
接接、：UV:力消除热处理态金相组织
(a)焊接接头宏观组织(1.5 x) (b)焊缝金属 （c)焊接培合区 nl,l热MWlx
图4
焊接接头焊态金相组织
从图3可知，焊接接头焊缝金属、焊接熔合区 和热影响区的应力消除热处理态组织均勻过渡，
没有出现粗大异常晶粒。通过对图3和图4的对 比发现，相对于焊态组织，焊接接头应力消除热处 理态热影响区组织中的粒状贝氏体基本消失，表 明应力消除热处理后热影响区的軔性更好。4
结论(1)
匀过渡，没有出现粗大的异常晶粒。
(4)湘钢开发的15MnNiNbDR钢板焊接性能 完全满足低温球罐的使用要求。
参考文献
1
蒋凌枫，杨云清，唐治宇，等.15
MnNiNbDR钢板试制与性能研 MnNiNbDR钢板力学性能研究
MnNiNbDR钢板焊接接头
究[].宽厚板,2015,21(01) :1 -10.2
杨云清，蒋凌枫，唐治宇，等.15
J
[].宽厚板，2015 ,21(04) :9-16.
J
试板在15 ~ 40 kj/cm焊■接线能量范围内 3姚建华，杨云清，杨
俊，等.湘钢15
施焊，焊接接头的强度和韧性均能满足要求，应力
消除热处理温度在560 ~ 620丈范围内。
(2)
无塑性转变温度（NDTT)矣-50 I，断裂韧性满 足设计要求。
(3) 试板焊接接头应力消除热处理态组织均
性能研究（一）[].宽厚板,2016，22(04).
J
试板焊接接头脆性转变温度< -50 T，
勒匕建华，男，2005年毕业于安徽工业大学金属压力加工
专业，工程师。
收稿日期:2016 - 05 - 22
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