试件切取位置对热成形和热处理后力学性能试验结果的影响

试件切取位置对热成形和热处理后力学性能试验结果的影响丛轶。刘明亮，于晶，苑怡，于洪涛，王世强，苗琪1大连中集重化装备有限公司，辽宁大连116600；2大连锅炉压力容器检验研究院，辽宁大连116013摘要研究了在钢板不同部位切取样坯作为部件热成形和模拟PWHT的母材试件，其对热成形和模拟PWHT后力学性能试验结果的影响。结果发现，当钢板存在明显组织偏析时，试样的拉伸试验值无明显差异，但冲击试样的冲击吸收能量值差异很大。建议相关标准应明确规定热成形母材试件的切取位置。关键词热成形；模拟PWHT；母材试件；样坯位置；力学性能；相关性中图分类号TH142；TG156；TG11325文献标志码A文章编号10014837201412000706DOI103969JISSN10014837201412002EFFECTOFCOUPONSELECTEDLOCATIONONMECHANICALPROPERTYAFTERHOTFORMINGANDHEATTREATMENTCONGYI，LIUMINGLIANG，YUJING，YUANYI，YUHONGTAO，WANGSHIQIANGMIAOQI1DALIANCIMCHEAVYCHEMICALEQUIPMENTCO，LTD，DALIAN116600，CHINA；2DALIANBOILERPRESSUREVESSELSUPERVISIONINSPECTIONINSTITUTE，DALIAN116013，CHINAABSTRACTTHEEFFECTOFBASEMETALTESTCOUPONSSELECTEDLOCATIONONTHEVESSELPARTSPLATEONMECHANICALPROPERTYAFTERHOTFORMINGANDSIMULATEDPWHTWASDISCUSSEDITSHOWSTHATWHENTHESTEELPLATEHASCLEARMICROSTRUCTURESEGREGATION，THERESULTSOFTENSIONTESTHAVENOOBVIOUSDIFFERENCEBUTTHERESULTSOFIMPACTTESTSHOWGREATDIFFERENCESOFIMPACTABSORPTIONENERGYVALUEAMONGTHEDIFFERENTCOUPONSTHERELATIVESTANDARDSSHOULDCLEARLYSPECIFYTHESELECTEDLOCATIONOFBASEMETALTESTCOUPONSFORHOTFORMINGKEYWORDSHOTFORMING；SIMULATEDPWHT；BASEMETALTESTCOUPON；COUPONLOCATION；MECHANICALPROPERTY；RELATIVITY0引言由于钢材存在偏析和各向异性，在不同位置取样得到的性能试验结果并不相同，尤其是冲击韧性，不同部位取样的试验结果相差悬殊。因此，在GB713枷8锅炉和压力容器用钢板等卜材料标准中对性能试验样坯的切取位置都引用相关标准加以明确规定，以便试验得到的性能数据能代表材料的平均性能。对于锻件，则在NBTCPVT试件切取位置对热成形和热处理后力学性能试验结果的影响470082010承压设备用碳素钢和合金钢锻件中对性能试验的取样位置作出了明确规定。压力容器制造标准GB150420L1压力容器第4部分制造、检验和验收中要求对材料进行复验和制备母材、焊接试件时都未明确规定样坯的切取位置，也未在标准中引用相关取样标准。对于焊接试件样坯可以在部件下料后的剩余部分随意切取；对于承压件的热成形母材试件，如果为了节省材料也在下料后的材料剩余部分随意切取，其性能试验结果与产品的相关性就成了问题，尤其是组织偏析明显的材料，不同部位取样的冲击试验结果冲击吸收能量值相差数倍。因此，明确规定母材试件样坯的切取位置以及母材和焊接试件合并制备时样坯的切取位置是非常必要的。1供货钢板热成形和模拟PWHT后组织和性能变化表156MM厚Q345R钢板的化学成分元素CSIMNPSA1T标准值O20055120160002500100020实测值01603914200180O100040表256MM厚Q345R钢板力学性能抗拉强度R下屈服强度R断后伸长率冲击吸收能量K项目MPAMPA一20，10MM10MMJ标准值4906203152L41商定值复验值正火供货态574369304L。5779模拟热成形930，风冷52837129226090PWHT62028H表362MM厚Q345R钢板力学性能抗拉强度R下屈服强度R断后伸长率A冲击吸收能量K项目MPAMPA一2O，10MM10MMJ标准值4906203052041商定值复验值正火供货态55739L29698090模拟热成形930OC，风冷54339227586476PWHT62028H对两批不同规格的Q345R钢板化学成分见表1在GBT29751998钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备中规定的位置分别切取复验样坯和模拟热成形样坯，样坯尺寸均为300MM200MM板厚，用火焰切割，每边留出20MM热影响区，加工试样时切除。所有力学性能试验试样均按GBT29751998钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备规定加工制备，样坯均在按GBT94522012热处理炉有效加热区测定方法检测合格的类炉中、按照相同热处理制度加热、冷却。8图L56MM厚Q345R钢板正火供货态的显微组织CPVT试件切取位置对热成形和热处理后力学性能试验结果的影响VO131NO122014表456MM厚Q345R钢板封头母材试件930。风冷模拟PWHT62028H力学性能试验结果抗拉强度R下屈服强度R断后伸长率A冲击吸收能量项目MPAMPA一20，10MM10MMJ标准值490620305320941商定值16243822248，44，342605382252950。2736373822537，48，4245863822452，47，465561369223L，26，2866113762347，29，27试件75733822540，30，308586382273329，2596L138926172232106L140822222444115923762934，38，3O126053952560，52，48表5热成形封头开孔处切取样坯930。风冷模拟PWHT62028H力学性能试验结果抗拉强度R下屈服强度R断后伸长率A冲击吸收能量项目MPAMPA一20，10MM10MMJ标准值4906203052O341商定值L5694342L42，96，10425294642247，105，12335224572361，81，10945634272184，129，148558L45L2147，7684653335929133，116，148封头样坯75694342L61。98，1118566429214776，84955738829110，130，14210543378274954，6011528372274259，77125454312165，117，13510第31卷第12期压力容器第265期表6封头热成形焊接试件930，风冷模拟PWHT62028H力学性能试验结果冲击吸收能量抗拉强度室温RMPA弯曲试验180。一20，10MM10MMJ试样尺寸试验值试样厚度弯心直径试验试样尺寸MMMMMM结果焊接方法试验结果MM20021904480WM塑断L040合格SMAW1010173，168，182WM20021884510BM塑断1040合格SMAW1O10158，168，196HAZ20021834485WM塑断1040合格SAW1O10139，131，130WM1040合格SAW10X10152，207，152HAZ3分析和讨论表2，3的力学性能试验和图14的金相组织检查结果表明，当钢板存在组织偏析时，即使供方质量证明书和需方复验结果力学性能都合格，重新在正火温度加热后，力学性能试验的冲击吸收能量值仍可能出现不合格，并且3个冲击试样相差悬殊。文献5指出，带状组织偏析造成钢的各向异性，且采用常规正火等热处理不能消除带状组织。虽然快冷可以不出现带状组织如水冷获得较均匀的贝氏体组织，但重新在正火温度加热并缓冷包括厚板的风冷又会出现带状组织。关于组织偏析对冲击性能的影响及解决办法，文献69中都有详细论述。由于压力容器制造标准GB1504_20L1压力容器第4部分制造、检验和验收中并未具体规定母材试件的切取位置，像焊接试板样坯那样在同规格、不同批钢板的不同位置随意切取试件，在存在组织偏析的情况下，其力学性能试验结果的代表性就值得怀疑。即使在同一张板的不同部位切取的12个试件见图5，在与成形封头相同加热和冷却条件下，冲击吸收能量值也各不相同，并相差数倍见表4，其中只有4件合格。但是，分别与试件同炉加热并以同样条件冷却的不同批号板材的成形后封头，在其封头接管开孔部位取样进行的冲击试验却全部合格，尽管其冲击吸收能量值也相差很大。从表4，5对比可以看出，在板材存在组织偏析实质是成分偏析的情况下，以L2件同炉试件力学性能试验结果来判定12个封头力学性能是否合格显然是不合理的。同理，随意切取样坯制成的母材和焊接合并试件，母材力学性能试验结果也不一定和产品一致，用以判定产品是否合格也同样是不合适的。但是，由于焊缝金属部位不存在明显的偏析，3个试样冲击吸收能量值却很接近，由于焊接试件的焊接热影响区经过重新相变，在与实际产品焊接和热处理规范一致时，试件的力学性能试验结果可以代表焊接接头的力学性能见表6。文献1012研究了试样制备及取样位置与力学性能相关性问题，不同部位取样，力学性能试验结果相差明显。由于材料供货标准GB7132008锅炉和压力容器用钢板中并未对成分和组织偏析作出规定，在何处切取试件能代表产品实际性能是需要重新认识的问题。4结论与建议41结论1当板材存在组织偏析时，在不同批号、相同规格板材不同部位随意切取的母材试件，与实际产品不具相关性，力学性能试验结果，尤其是冲击试验结果不能用于判定产品力学性能是否合格；2由于焊接试件不受母材偏析的影响，焊接接头力学性能试验结果与产品焊缝性能一致；3母材试件与焊接试件合并时，样坯切取位置也应有明确规定，不能像焊接试件一样随意11CPVT冷旋压加工对高压气瓶性能的影响VO131NO122014切取。42建议建议压力容器制造标准GB15042011压力容器第4部分制造、检验和验收中应明确规定成形部件母材试件的切取位置。在可能的情况下，应在成形部件上切取试样进行力学性能试验，并与规定位置切取试件力学性能试验结果相比较，以判定产品性能是否合格。参考文献1GB7L32O08，锅炉和压力容器用钢板S2GBT29751998，钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备S3NBT470082010，承压设备用碳素钢和合金钢锻件S4GB1504_2011，压力容器第4部分制造、检验和验收S5刘云旭低碳合金钢中带状组织的成因、危害和消除J金属热处理，2000，2512136赵路遇，邢建东，王任甫，等连铸钢板中心偏析及其对组织和韧性的影PIEJ钢铁，2005，401162667杜民献，彭华厦低碳贝氏体高强钢中心偏析对冲击性能的影响J金属热处理，2014，3981431458冯光顺带状组织对钢板冲击韧性的影响及对策J南钢科技，2002214159王智轶，王彩虹Q345E低温冲击不合分析J宽厚板，2011，17616一L910王承忠金属材料试样制备与力学性能试验结果的相关性J理化检验一物理分册，2008，441333611齐文宽，宋玉平，王建西取样部位对16MN冲击试验结果的影响J甘肃科学学报，19991868812张利伟，苑怡，丛轶，等厚壁复合钢板锥体热成形后冷却速度对组织和性能的影响J压力容器，201431102933收稿日期20141103修稿日期20141210作者简介丛轶1983一，男，工程师，主要从事过程装备材料焊接工艺、部件成形、材料热处理工艺及设备设计工作，通信地址116600辽宁省大连市保税区IIIB一21大连中集重化装备有限公司，EMAILYITONGCIMCCOIN。上接第17页3冷旋压后壁厚回弹量平均值055MM，34CRMO4一H的壁厚回弹量以及外径公差和不圆度公差比34CRMO4稍大一些。4冷旋压加工后材料延伸率提高约05，横向冲击韧性提高105JCM以上，带状组织结构有一定的改善。参考文献1郑津洋，李静媛，黄强华，等车用高压燃料气瓶技术发展趋势和我国面临的挑战J压力容器，2014，31243512翟德梅，罗大金挤压工艺及模具M北京化学工业出版社，20043赵云豪，李彦利旋压技术与应用M北京机械工业出版社，213084刘建华，杨合，李玉强旋压技术基本原理的研究现状与发展趋势J重型机械，20023145何艳斌，程秀全，夏琴香旋压件的成形质量及其控制参数J机电工程技术，2005，3493739126周宇静，程秀全，夏琴香细长薄壁筒形件错距旋压成形工艺研究J轻合金加工技术，2011，39830347汪发春，赵云豪薄壁壳体变薄旋压成形试验研究J新技术新工艺，2005937388王宾，秦建平，王