下一个钢板切割工件：14锰钼钒碳板加工的基木性能

普通低合金专业用钢的焊接 第六节-196°C用碳板加工的焊接 碳板加工，是我国工人阶级高举“鞍钢宪法”，结合我国资源特点创造的铁——锰——铝系统的低温ffl钢。对该钢种不仅进行了一系列低温性能试验，而且因陋就简、土法上马，成功地 进行了0前我国最低的爆破试验温度 196°C低温压力容器 爆破试验。结果表明，其综合性能良好。这种铁——锰——铝系统一196°C低温用钢的研制成功，将取代目前在深低温下广泛采用的镍、铬不锈钢及铜、铝等有色金属，而被用于深冷设备的制造方面，为我国深低温用钢开辟了一条新的道路。 碳板加工以热轧状态供货使用，其化学成分列于表10—26,16毫米厚热轧板的机械性能列于表10-27„从表10-26可看出，碳板加工是以提高锰来获得奥氏体组织，并以铝来稳定奥氏体的单相奥氏体钢。其中加入了少量或微量的钒、氮等合金元素，以细化品粒，进一步提高其性能。热轧状态的碳板加工的品粒度一般为7级。从表10—27中可看出，该钢种在一196°C温度下具有良好的低温韧性。 碳 锰 娃 磷 硫 铝 钒 铜 氮 稀土(加入里) 0.15— 0.25 21.0—26.0 ^1.0 <0.035 幺0.035 0.70— 1.20 0.06— 0.12 0.10— 0.20 0.03— 0.08 0.30 表10-27碳板加工热轧板机械性能 板厚 (1) 屈服强度 抗拉强度 延仲率 断面收缩率 冷弯 冲击值(公斤•米/遁米*) (公斤/毫米*〉 (公斤/奄米*) (90 (%) 180。 常温 -196°C 16 38.0—45.0 74.0—76.0 50.0—52.0 60.5一63.0 合格 16.0—17.8 9.4—12.5 一，碳板加工的加工制造工艺性能及可焊性 1. 机械加1性能一般认为，高锰钢的加工性能较差，因此，有关单位对碳板加工的机械加工性能进行了试验。从表面硬度来肴，该钢种的硬度HB在163〜207范围内，比18—8不锈钢的硬度Hb=212较低。从机械加工情况来看，碳板加工比一般普低钢较硬，但与18—8不锈钢差不太多。实践表明，对这种钢种足可以进行铌.刨、铣、车等各种机械加工的。 2. 加工成型性能通过低温爆破容器的制作表明，该钢种的加工成型性能良好。例如：4毫米热轧板冷卷成直径为250〜300奄米的_筒，不感困难，卷后没发现讧何缺陷；6毫米热轧板经冷冲以及20毫米热轧板经热冲成直径为300毫米，高为110毫米的封头，都很顺利；并可将20毫米的热轧板热卷成300毫米直径的园筒。 3. 氣一乙炔切割性能 氧一乙炔切割，是钢结构制造不可缺少的加工方法之一。对该钢种按表10—28屮切割规范进行了氧一乙炔切割，切割后观察其切割边断面，仍为单相奥氏体组织，经硬度测定表明，硬度的变化也不大。又如在进行“铁研式”裂纹试验时，用氧一乙炔切割 切割方法 切割速度 (-夺米/分） 氧气表二次汛力(公斤/厘米*) 咐头型兮 切割宽度(奄米） 割咀距板而距离(奄米) 手工 198 5.5 Az 4.5 5.0 其坡口，焊接后经表面宏观检查，并取断面进行显微检查，均末发现裂纹。因此，可以认为碳板加工是可以进行氧一乙炔切割的。 4.氣一乙炔火焰矫正试验 对碳板加工进行加热后自然冷却，加热后水浇以及加热后锤击等三种不同方法的矫形试验。其加热板尺I为350x350x16毫米（长X宽X厚），加热宽度为20〜30毫米，加热温度为1080°Co矫形后拉伸及冷弯试验结果列于表10—29。拉伸试验表明，这三种矫形方法对碳板加工的强度指标没什么彩响。冷弯试验表明，加热后锤击和加热后水浇的矫形方法，槊性有些降低；而加热后自然冷却的矫形力+法，对塑性影响不大，冷弯】80°仍合格。由此可见，该钢种在制造过程中可以进行氧一乙炔火焰矫正。 表1029碳板加工矫形后的拉伸及冷弯试验结果 矫形方法 抗拉强度(公斤/奄米1) 延伸率 (%) 冷弯 d-2a 180° 备注 加热后锤击 69.5 47.5 裂 拉伸断在加热区以外55亳米处。冷弯裂在火烤区。 加热后水浇 72.5 46.5 裂 拉伸断在加热区以外43毫米处。冷弯裂在火烤区。 加热后自然冷却 72.2 47.0 合格 拉伸断在加热区以外60奄米处。 5.可焊性试验 (1)刚性固定对接抗裂试验采用铁一锰一铝焊条进行焊接，试验方法见附录vn。试验规范和结果列于表10—309该试验表明，碳板加工可焊性良好。 焊条 焊接规范 裂纹书（％) 编V 电流（安） 电压（伏) 焊速 (进米/分） 表面 断面 nit 4f 135 29 136 9 0 裂在焊缝始端及中间。弧坑裂纹长12奄米。 140 29 135 0 0 弧坑裂纹长12奄米。 (2)十字接头抗裂试验方法详见附录W。 试验采用铁一锰一铝焊条。试验规范和结采列于表10—3】。该试验也同样表明，碳板加工具有满意的焊接性能。 表1031十字接头抗裂试验规范和结果 焊条编兮 焊 接规范 裂纹 率(%) 电流（安） 电压（伏） 焊速 (*米/分） 断而 4# 120—150 27—30 180—138 0 0 125—150 27-30 175—130 0 0 二、碳板加工的手工电弧焊 碳板加工用手工焊焊条，选用铁一锰一铝焊条较为合适。焊缝金属的化学成分列于表10—32。应该指出，人们曾习惯的认为，含锅的焊条工艺性能较差，而且锅的过渡系数很低。在试制铁一锰一铝焊条的过程中，实践表明，采用萤石含量较高的低氢型碱性焊条药皮，不仅可以使铝的过渡系数显著提高，而且可以获得较良好的工艺性能。 表10-32焊缝金属的化学成分（％) 分 条编 碳 铽 ftJl 磷 硫 铝 钒 铜 氮 稀土 4# 0.19 21.9 1.84 0.019 0.002 2.16 0.04 0.10 0.011 0.032 5# 0.17 29.9 1.24 — — 3.24 0.26 0.37 — — 从碳板加工的可焊性试验中可以看出，铁一锰一铝焊条虽易形成弧坑裂纹，但具有良好的抗裂纹扩展能力。为了避免弧坑裂纹，在焊接大刚性工件时，应当注怠填满弧坑，也可采取将火口收在焊缝坡口边缘处，或者向回焊将火口收在已焊过的焊缝上。有些单位试验表明，在制造轶一锰一铝焊条时，如采用铝酸钠水玻璃，代替硅酸钠水玻璃做粘结剂时，就可避免由于铝、锰等活泼元素的还原作用所引起的焊缝增硅现象，而使焊缝的含硅fl达止常值，从而可以避免弧坑裂纹，并可进一步提高低温冲击韧性。 用铁一锰一铝焊条所焊接的碳板加工焊缝金厲的机械性能列于表10—33。由表中n]•以肴出，铁一锰一铝焊条的强度、塑性及低温韧性指标均能满足要求，4做为一196°C用碳板加工的焊接材料。 表1033用铁锰铝焊条所焊接的焊缝金属机械性能 焊条1屈服强度 抗拉强度 延伸率 断而收缩 断口 冷弯d—2a180。 焊缝冲击值(公斤•米/«米*) 编丨0. (公斤/毫米2) (公斤/毫米2) (%) 率（％) 位S 常温 —196。。 4# 40.5-40.0 73.5-73.0 46.5-44.0 54.0-56.5 断在熔 合线及 焊缝 合格 18.5-18.9 8.2-9.3 40.2 73.2 45.2 55.2 18.7 8.8 5# 44.8 66.0 47.0 62.0 (焊缝 合格 12.4—13.3 金域) 12.8 碳板加工及铁一锰一铝焊条均呈单相奥氏体组织。硬度试验表明，焊后整个接头淬硬倾向不大。然而，在焊接施工时，为了防止焊接区过热，在可能的条件下，最好采用小直径的焊条，并尽fit用较小的焊接规范进行快速多层多道焊接，以进一步保证和提高焊接接头的低温件能。实践证明，如采用较大的规范进行慢速摆动施焊时，其焊缝金属在一196°C低温下的冲击韧性往往会降低3〜5公斤•米/厘米2。 三，碳板加工及其焊接接头的低温性能碳板加工及其焊接接头一196°C低温拉仲性能列于表10—34；不同温度下的冲击值列于表10—35。由此可见，随着温度的 材料 屈服强度(公斤/奄米a) 杭拉强度(公斤/*米2) 延仲率 (%) 断而收缩串 (%) 断U位贸 16亳米热 54.5—60.0 101.0—133.0 42.0—56.0 53.0一56.0 轧钢板 57.0 117.0 49.0 55.0 焊接接头(4本铁一锰一铝焊条） 59.5 113.5 22.0 23.0 烨縫及 母材 表1035碳板加工在不同温度下的冲击值 验們 树-度 料'、 冲 值 (公斤•米/旭米1) 常温 -40°C -100°C -130°C -150°C -196°C -253°C 16•老米热 16.0-17.8 24.2-17.1 15.1-16.8 10.6—20.0 9.4-12.5 12.6—12.8 轧钢板 17.0 16.0 16.0 15.0 11.4 12.7 焊缝金屈(4#铁一•锰 一铝焊条） 18.5-18.9 12.8—16.9 11.5—11.5 8.7—11.2 8.2-9.3 7.4—7.8 18.7 15.3 11.5 10.0 '8.8 7.6 下降，该钢种及其铁一锰一铝焊条的强度有较多的提高，但仍具冇较好的塑性。其低温冲击韧性随温度的降低，下降的也较为缓慢，不仅在一196°C温度下具有良好的冲击韧性，在一253°C也具备较满怠的结果。而a冲击断丨丨均为纤维状断口，通过金相分析，其组织仍为中相奥氏体组织。由此iij■以表明，该钢种及其铁一锰一铝焊条，在较低的温度下仍具有较稳定的组织和性能。奥氏体组织的铁一锰一铝钢及其焊条的这一特点，是使其能够用于深低温设备上的重要原因。 固溶或常化处理后的低温冲击韧性见表10—36。从表中可看出，如将该钢种进行固溶或常化处理，其低温冲击韧性还会进一步提高，达到或超过18--8不锈钢的水平。 考虑到加丁.制造过程中的实际情况，对16毫米热轧板进行了时效低温冲击试验，当拉伸变形10%后,在一196°C温度下的冲击值为10.7〜12.8公斤.米/ffl米2,当变形10%并经250°C保温2小时处理后，在一196°C温度下的冲击值为11.4〜12.4公斤•米/厘米2。 验温度 冲击值 (公斤•米/厘米2) 一1960C ~253°C 16奄米热轧板 11.4 12.7 16奄米尚溶（1100°C)板 16.8 21.3 16毫米常化（1100°C)板 21.3 21.5 27奄米18—8不锈钢板 18.0 21.2 从而说明了碳板加工经变形并加热时效后，低温冲击韧性没什么变化。 为了考核该钢种在低温下长期保温后的冲击韧性，将16毫米热轧板加工的冲击试件放于液氧中（一183°C)，保温64天（屮间隔断20天)，然后做一183°C冲击试验，冲击值仍达11.3〜13.0公斤•*/厘米2，因而表明，该钢种在低温下保温较长时间，其冲击韧性并不下降。 在低温设备的实际工作过程中，其工作温度往往会发生突然升降的剧烈变化。为了考核该钢种在这种工作条件下的冲击韧性，对16毫米热轧板的冲击试件进行了研究，由室温到一196°C急冷，急热往复30次的试验，然后再做一196°C冲击试验，所得冲击值为10.5〜13.4公斤•*/座米2。表明了该钢种在急冷急热条件下的低温冲击韧性并不降低。 四、摸拟实际焊接结构的压力容器低溫爆破试验 为了全面考核碳板加工及其铁一锰一铝焊条在一196°C温度下的综合性能，某厂广大革命职工高举毛泽东思想伟大红旗，发扬了敢想敢干的革命精神，因陋就简，土法上马，在我国首次成功地实现了一190°C深低温鏺破试验，为我国深低温材料的试验研究开创了一条新的途径。 该钢种的低温爆破试验，采用小型园柱形光简容器，结构尺寸为0300X700x4毫米（筒体内径x筒体长x壁厚），焊接材料为铁一锰一铝焊条。低温爆破容器的温度是通过装入的液体氮达 到的（常压下液体氮的沸点为一196°C)，而压力则是通过另一个密封“加压缸”内液体氮本身的蒸发所产生的压力而获得的。图10—3示出了一196°C低温爆破试验方法。在爆破过程中，虽然爆 图10-3—196°C低温爆破试验方法示意图 破容器的整体温度分布不是十分均匀（上部偏高），但是中部和底部还是完全能够接近或达到预计爆破温度的。例如：对3*爆破容器的实际测温表明，容器中部爆破前为一183°C，而底部为—190°C。爆破容器的起爆处也都在容器温度最低的底部。试验表明，这种低温爆破方法，可以考核板材及焊接材料在一196°C温度下的综合件能。 碳板加工低温爆破试验结果列于表10—37。从爆破试验 表10-37碳板加工低温燦破试验结果 指标 强度指标 塑性指标 韧性指标 Ps Pb Ps PS Pb PS PsP设 Q 'V 1-1。一1。 s-s0 ~sr 起爆处 及断口 宏观特 征 碎 片 数 (块） 总 (奢 2# 5f 铁-锰-铝焊条 -160°C 180 242 0.75 3.72 2.77 / 6.40 11.20 纵缝热 影响区 45°m 应力断 口 0 / 3# 5# 铁-锰-铝焊条 -190。。 180 242 0.75 3.72 2.77 / 2.50 13.4 纵缝热影晌区45°剪座力断P 0 / 注：表中符矽见农10_6之说明。 的强K指标米宥，燦藕氐力®过了设计压力二倍之多；从塑性和 韧性指标来看，容器爆破前不仅有一定的塑性变形，而且其断口均为45°剪切断口，g爆后被撕开而没有碎片。山此可以看出，该钢种及其铁一錳一培焊条，在一196°C的低温下具有良好塑性和鑛性等嫁合住齷•珥用于一196°C温度下工作的深低温设备上。 最各有■关学位还准各进行4600X1200X12亳米（筒体把.3-夭•§莩）的大型园柱形容器的低温爆破试验。以进—夕f扶汶弼押烫其铁—锰—铝焊条在一196°C温度下的适用性。aa. 其饮一遣一铝焊条制造低溫装置等设备。