孟祥锋

摘要：文章通过改变回火工艺参数，对比含钼和不含钼焊缝的性能。实验结果表明，采用NB-1SJ焊条焊接后，焊缝硬度下降，韧性提高。通过含钼和不含钼两种焊缝的对比，发现含钼焊缝的机械性能要优越于不含钼焊缝。

关键词：回火处理；焊缝性能；碳化物；晶粒细化；热处理 文献标识码：A

中图分类号：TG441 文章编号：1009-2374（2015）27-0076-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.040

钼的熔点高、耐腐蚀性好、室温下有较高的强度和塑性，而且在高温下仍具有良好的机械性能，因此在工业中得到广泛应用，特别是在调质和渗碳结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢、不锈耐酸钢、耐热钢、磁钢等各种钢常常作为合金元素应用。钼可以缩小奥氏体相区，在钢中可固溶于铁素体、奥氏体和碳化物中，也可与铁、碳形成复合的渗碳体。钼对铁素体有固溶强化作用，同时也提高碳化物的稳定性，从而提高钢的强度。钼对改善钢的延展性、韧性、耐磨性起到有利作用。

Q345是低合金高强度结构钢，广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压力容器、石油储罐、起重运输机械及其他承受较高载荷的工程与焊接结构件。Q345当含碳量较低时，由于本身含碳量少，又是通过固溶强化方式来获得较好的强度和韧性，因而其脆化倾向小。只有在线能量过大的情况下，才会造成过热区奥氏体晶粒严重粗化，冷却时形成魏氏组织，这时会出现脆化现象。当碳含量偏高时，线能量过大会形成魏氏组织而脆化，在线能量偏低，冷却速度过大时也会形成脆化。Q345本身化学成分没有强氮化合物形成元素，因而有一定的热应变脆化倾向，所以解决Q345焊缝脆化问题显得尤为重要。本文通过实验对比分析热处理工艺对含钼焊缝和不含钼焊缝硬度和韧性的影响，为含钼焊接材料的设计开发及推广应用提供支撑。

1 试样制备及试验方法

1.1 试样制备

焊接母材采用18mm厚的Q345钢板。为焊接方便，将Q345钢板加工成60°坡口。利用BX1-315型交流焊机进行焊接，焊接采用多道多层焊接。焊接后清除试样表面的熔渣残渣，沿垂直焊道方向切取试样。

1.2 焊接材料及焊接参数

本实验选用的焊接材料为J607Ni和J707Ni焊条，均为低氢钠型低合金高强度钢焊条，J607Ni具有良好的抗热烈性，J707Ni具有良好的综合力学性能。J607Ni的化学成分：C≤0.1%，Mn≥1.0%，Si≤0.8%，Ni=1.2%～1.5%，S≤0.03%，P≤0.035%；J707Ni的化学成分：C≤0.1%，Mn≥1.0%，Si≤0.8%，Ni=1.2%～1.5%，Cr≤0.2%，Mo=0.4%～0.6%，S≤0.03%，P≤0.035%。J607Ni和J707Ni焊接工艺参数：焊条直径4.0mm，电弧电压为22～30V，焊接电流为170A，焊接速度为90～110mm/min，采用直流反接。

1.3 试验方法

焊后分别进行200℃、400℃、600℃回火处理，保温时间为1.5h，然后空冷。从堆焊及热处理后的试验材料上切取力学性能试样，试样采用V型缺口，试样尺寸为10mm×10mm×55mm，制取试样3个，结果取平均值，冲击试验在JB-30A型冲击试验机上进行，对冲击试样的断口形貌利用SSX-550型扫描电镜SEM进行分析。硬度在HR-150B型洛氏硬度计上进行。

2 实验结果及分析

2.1 硬度

J607Ni焊后硬度为84HRB，200℃回火后为80HRB，400℃回火后为76HRB，600℃回火后为67HRB；J707Ni焊后硬度为89HRB，200℃回火后为84HRB，400℃回火后为79HRB，600℃回火后为73HRB。从硬度试验结果可以看出，用J707Ni焊条焊接的含钼焊缝硬度总体上比使用J607Ni焊条焊接的不含钼焊缝硬度大。钼是强碳化物形成元素，钼由于原子尺寸较大，在铁中溶解度较小，与铁可形成拉维斯相，该相是一种合金中的强化相，且钼可溶于Fe3C，形成合金渗碳体，比Fe3C有较高的稳定性，也可溶入碳化物或者置换碳化物的金属原子形成MC、M2C、M23C6、M6C等碳化物，因此，含钼焊缝硬度较高。由于回火能够消除焊缝的残余应力并且随回火温度的提高使铁素体条粗化长大，晶界、位错等缺陷数目减少，硬度降低，因此，J607Ni与J707Ni焊缝的硬度都随着回火温度的升高而降低。由于J707Ni中含有一定量的Cr、Mo，Cr、Mo是强碳化物形成元素，能够与C形成特殊的碳化物，形成的特殊碳化物产生沉淀强化，阻止组织粗化，导致焊缝的硬度较高，因此，在回火温度相同时，含Mo焊缝的平均硬度较大。

2.2 冲击韧性

J607Ni焊后冲击韧性为36.7J/cm2，200℃回火后为41.8J/cm2，400℃回火后为56J/cm2，600℃回火后为73.1J/cm2；J707Ni焊后冲击韧性为44J/cm2，200℃回火后为50.1J/cm2，400℃回火后为64.3J/cm2，600℃回火后为82.2J/cm2。从冲击实验结果来看，含钼的焊缝冲击韧性高，因为Mo使焊缝的组织细化。回火可以消除内应力，使组织分布均匀，使焊缝的综合性能得到改善，随回火温度的升高，J607Ni与J707Ni焊缝的冲击韧性都升高。但是由于Mo具有细化晶粒的作用，在相同的回火温度下，含Mo焊缝的冲击韧性较高。

通过观察宏观断口形貌，发现经回火处理后，J607Ni和J707Ni焊缝的宏观端口都可以观察到有粗糙均匀的纤维区和剪切唇，且放射区所占比例较小，塑性变形明显增加。回火温度越高，纤维区表面粗糙度越大，韧性越大。与J607Ni相比，J707Ni含钼焊缝的断口区域的放射区所占比例更小，且断口严重收缩变形，说明断口韧性更明显。从微观观察可以看出，含钼的焊缝断裂形貌为韧窝状，而不含钼焊缝断裂处撕裂棱不明显，微观断口形貌以河流花样为主，故韧性比含钼的焊缝低。

3 结语

（1）含钼焊缝硬度高于不含钼焊缝。经回火处理后，随回火温度的升高，焊缝硬度都下降，含钼焊缝平均硬度大于不含钼焊缝；（2）经回火处理后，两种焊缝的韧性均得到了改善。随回火温度的升高，断口纤维区和剪切唇所占断口区比例不断增加，放射区所占比例相应减少，韧窝尺寸和深度都不断增加，含钼焊缝的韧性相对更好。

参考文献

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（责任编辑：黄银芳）