第４２卷第１期 ２０１３年３月 Ｖｏ１．４２ Ｎｏ．１ Ｍａｒ．２０１３ ２ Ｃｒｌ２ＮｉＭｏｌ Ｗ１ Ｖ钢补焊焊缝氮化层性能分析 李玉艳，丁玉明，刘 霞，王晓娟 （上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂，上海２００２４０） 摘要：２Ｃｒｌ２ＮｉＭｏｌＷ１Ｖ钢在汽轮机行业应用于阀杆、阀碟、扩散器等零部件时，常因小缺陷而报废。通过在 ２Ｃｒｌ２ＮｉＭｏｌＷ１Ｖ试板上模拟同质焊补试验和渗氮试验，研究了焊缝金属氮化层的性能，表明焊缝金属的氮化 层硬度、深度和脆性均能够满足使用要求，说明该试验结果具有工程应用价值，为此类缺陷的修复提供参考依 据。 关键词：２Ｃｒｌ２ＮｉＭｏｌＷ１Ｖ；焊补；气体渗氮 中图分类号：ＴＫ２６６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—５５４９（２０１３）０１－００６２－０３ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｒｅｐａｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｇａｓ Ｎｉｔｒｉｄｉｎｇ ｏｎ ２Ｃｒｌ２ＮｉＭｏｌＷ１Ｖ Ｓｔｅｅｌ ＬＩ Ｙｕ—ｙａｈ，ＤＩＮＧ Ｙｕ－ｒｕｉｎｇ，ＬＩＵ Ｘｉａ，ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｊｕａｎ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｌｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｐｌａｎｔ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２４０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｗｈｅｎ ２Ｃｒｌ２ＮｉＭｏｌ Ｗ１ Ｖ ｓｔｅｅｌｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｖａｌｖｅ ｒｏｄ，ｖａｌｖｅ ｄｉｓｃ ａｎｄ ｄｉｆｆｕｓｅｒ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ ｐａｒｔｓ， ｔｈｅｙ ａｒｅ ｏｆｔｅｎ ｓｃｒａｐｅｄ ｄｕｅ ｔｏ ｓｍａｌｌ ｄｅｆｅｃｔ．Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｎｉｔｒｉｄｉｎｇ ｌａｙｅｒ ｆｒｏｍ ｗｅｌｄ ｍｅｔａｌ ｉｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ａｆｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｒｅｐａｉｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｇａｓ ｎｉｔｒｉｄｉｎｇ ｔｅｓｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ，ｄｅｐｔｈ ａｎｄ ｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｎｉｔｉｄｅ ｌａｙｅｒ ｓａｔｒｉｓｆｙ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｗｉｌｌ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｒｅｐａｉｒ ｇｕｉｄｅ ａｎｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ２Ｃｒｌ２ＮｉＭｏｌ Ｗ１ Ｖ；ｒｅｐａｉｒ ｗｅｌｄｉｎｇ；ｇａｓ ｎｉｔｒｉｄｉｎｇ ２Ｃｒｌ２ＮｉＭｏｌＷ１Ｖ钢是一种高温马氏体不锈 钢，常用作锅炉、汽轮机、动力机械等高温下工作 的零部件，在汽轮机中主要应用于阀杆、阀碟、扩 散器等部件。由于工况的要求，这些零部件表面 需要进行渗氮处理。在生产过程中这些零部件常 １ 工艺试验 １．１母材预处理 为保证渗氮件具有较高的综合力学性能，渗 氮前需进行调质处理。需渗氮的工件表层不允许 因渗氮区域有缺陷而造成报废。这些零部件就其 本身的材料特点而言是可以通过焊补的方式进行 缺陷修复的，但因焊补区域也需要进行渗氮处理， 而焊补区域的渗氮效果如何目前尚无参考依据。 本文研究的目的就是通过模拟焊补条件并进 出现块状铁素体，否则将引起渗碳层脆性脱 落…。本文对２Ｃｒｌ２ＮｉＭｏｌＷ１Ｖ钢（化学成分见 表１）进行９８０ ｃｌＣ Ｘ ２ ｈ＋６８０℃Ｘ ３ ｈ的调质处理， 使组织由马氏体转变为回火索氏体，具有较高的 塑性和韧性。 行渗氮试验，为今后这些零部件的缺陷修复提供 依据。 表１ ２Ｃｒｌ２ＮｉＭｏｌＷ１Ｖ钢化学成分（质量分数％） 收稿日期：２０１２＿ｏ３－０ｌ 修订日期：２０１３－０１—１１ 作者简介：李玉艳（１９７８ ），女，毕业于甘肃工业大学，本科，工程师，主要从事汽轮机高温部件如汽缸、ｔ￣Ｊ＇３等的焊接工艺技术的研究。 囵ＩＩＩＲ ２Ｃｒｌ２ＮｉＭｏｌＷ１Ｖ钢补焊焊缝氮化层性能分析 １．２焊接 针对２Ｃｒｌ２ＮｉＭｏｌＷＩＶ这种马氏体耐热不锈 钢的焊补一般有两种方案：同质热补焊法和异质 补焊法。同质热补焊法是采用与母材相类似的焊 材进行等强匹配焊接，焊前预热，焊后进行热处理 除应力；异质冷补焊法主要是采用镍基焊材焊接， 其焊缝为奥氏体组织，它在焊接热循环过程中不 发生相变，因此理论上讲奥氏体焊缝不要求预热 和焊后热处理。本文选用１２ＣｒＭｏＶ焊丝进行手 工钨极气体保护焊（ＧＴＡＷ）的同质焊补，焊丝的 化学成分见表２。试板上预制坡口，并分别焊接 四段焊缝，如图１所示。焊接工艺参数如表３所 示。 表２ １２ＣｒＭｏＶ焊丝化学成分（质量分数％） Ｎｉ Ｃｒ Ｍｏ Ｖ Ｗ Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｐ Ｓ ０．６ ｌｌ １ ０．３ ０．５ ０．２ Ｏ．４ ０．６ ０．０ｌ ０．００５ 表３焊接工艺参数 …………层 度 方法 ｍｍＡｏＣ℃ … ＧＴＡＷ 击２．４ １１５～１２０ ＞２００ ＜３００ １０ ｔ－［ ：、 ．—ｊ■ 卜取样位罾一．［ ■ ．一一 －＝＝一， 一ｌｉ １３ 广 ＝ 。ｌ 广 Ｅ＝一， ・ｌ ｌ４ Ｌ ．丁～取样位置— －Ｌ． －Ｊ 瘫 图１坡口形式及取样位置图 １．３焊后热处理 试板焊后在８０～１００ｃ【＝保温２ｈ，然后进行３５０ ｏＣ×２ ｈ的后热处理。将试板从中间锯开，编号 １１和ｌ２两条焊缝不进行焊后热处理，编号１３和 ｌ４两条焊缝进行焊后热处理，热处理参数如图２ 所示。 １．４试样制备 焊后热处理后，进行射线探伤和渗透探伤，未 发现缺陷，然后按图１所示取样位置在两块试板 热力透平 图２热处理曲线 上制取２０ Ｘ２０×４５ ｍｍ试样，并在试样上打钢印 进行标识，选择１１号和１３号试样进行后续试验， 其余２个试样做备料。试样制备好之后在１１号 和１３号试样上打硬度，然后进行渗氮。 １．５气体渗氨 钢铁表面渗氮由介质的分解、吸收和扩散３ 个基本过程组成。温度是影响渗氮的重要参数， 温度的高低直接影响渗氮层的硬度和深度，并且 还影响零件变形的大小，因此必须严格控制渗氮 温度 Ｊ。渗氮前试样表面应洁净，无油垢、污物、 锈斑、划痕、磕碰、污渍等；试样表面的粗糙度Ｒａ 为０．６３ ｍ。 渗氮工艺过程包括：通氨洗炉、升温、渗氮保 温（温度５６０ ４－１０℃，保温时间５０ｈ）、退氮、冷却、 出炉检查。出炉检查１ １号和１３号试样表面无裂 纹、凹坑、剥落和气泡等缺陷，可以进行后续测试。 ２试验结果及性能分析 渗氮后按照ＧＢ／Ｔ １ １３５４ 对补焊焊缝渗氮 层进行硬度、脆性及渗氮层深度检验，并与阀杆、 阀碟、扩散器等零部件的使用要求进行比较。 ２．１ 硬度 氮化层维氏硬度要求≥８００ＨＶ，２个试样的 ｉ贝０试结果都符合要求。渗氮前、后及去除氮化层 后基体的硬度值如表４和表５所示。编号为１１ 的试样未进行焊后热处理，热影响区的硬度值比 较高，而且分布不均匀；而编号为１３的试样经过 焊后热处理，焊缝和热影响区的硬度降到与母材 接近，且硬度分布比较均匀。合金元素对氮化层 硬度的影响非常显著，２Ｃｒｌ２ＮｉＭｏｌＷ１Ｖ钢和焊缝 中铬、钼、钒等都属易形成氮化物元素，并且还易 溶于铁素体，能大大提高氮化层的硬度。而镍元 素不形成氮化物，会阻碍氮原子的渗人，使氮的扩 散速率降低，对硬度几乎没有影响。因此本文没 ￣１１１１１１囵