Page 102 - 机械工程材料2025年第三期

2025 年 3 月 第 49 卷 第 3 期 Vol. 49 No. 3 Mar. 2025

DOI：10. 11973/jxgccl240160

热输入对低温高锰钢焊接接头组织和性能的影响

郭广飞，任明皓，姜 恒，吴 锴，汪志福，章小浒
（合肥通用机械研究院有限公司，合肥 230031）

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摘 要： 采用CHW-SMn埋弧焊丝和配套CHF610焊剂，在不同热输入（12.0，16.0，20.0 kJ · cm ）
下对低温高锰钢进行埋弧焊焊接，研究了热输入对接头显微组织和性能的影响。结果表明：不同热
输入下焊缝组织均由柱状晶+析出相组成，热影响区组织为奥氏体、少量夹杂物和析出相；随着热
输入的增大，热影响区组织粗化，粗晶区宽度增加。随着热输入的增大，焊接接头强度和韧性下降，
焊缝显微硬度先降后升，热输入为12.0，16.0 kJ · cm −1 下焊接接头弯曲后焊缝表面未观察到裂纹，
当热输入为20.0 kJ · cm −1 时出现裂纹；不同热输入下接头的拉伸断口和冲击断口均呈韧窝形貌，断
裂方式为韧性断裂。当热输入为12 kJ · cm −1 时，焊接接头力学性能较优。
关键词： 低温高锰钢；热输入；显微组织；硬度；冲击韧性
中图分类号：TG14；TG115 文献标志码：A 文章编号：1000-3738（2025）03-0094-06

0 引 言 的埋弧焊和手工电弧焊，发现V形坡口有利于高锰
钢接头的力学性能。郭广飞等 ［11］ 利用国产焊材分别
液化天然气（LNG）储罐是天然气储备的重要
对高锰钢进行埋弧焊、手工电弧焊及熔化极气体保
装备，其工作温度为−163 ℃， 对罐体材料的低温性
［1］ 护焊，发现埋弧焊接头的拉伸性能最好，冲击吸收能
能要求极高 。目前，罐体材料主要采用06Ni9DR
量优于熔化极气体保护焊接头，与手工电弧焊接头
钢 ［2-3］ ，但该钢成本较高。低温高锰钢是通过以锰代
相近。
镍而开发的新钢种，锰质量分数达23%以上，能在
鉴于埋弧焊在LNG储罐的建造上具有效率高
−163 ℃下稳定工作，其加工性能优于镍合金钢，焊
接性能优于不锈钢 ［4-5］ ，价格更低（仅为镍合金钢和 及自动焊参数易调可控等优势，作者对国产新型低
不锈钢的70%~80%） ，经济性突出，具有良好的应 温高锰钢进行埋弧焊，研究了热输入对焊接接头组
用前景 ［6-7］ ，在建造LNG储罐上优势巨大 ［8-9］ 。 织及性能的影响，拟为LNG储罐的实际生产提供技
针对低温高锰钢焊接，国外早已开发出适用于 术支持，推动新型国产低温高锰钢及相应国产焊材
埋弧焊、氩弧焊及气体保护焊等技术的各种焊材 ［10］ ， 在LNG储罐国产化中的应用。
国内随后也成功开发出LNG高锰钢储罐用焊材 ［11］ ， 1 试样制备与试验方法
所得焊接接头性能与国外同类焊材焊接接头相当，
提高了我国相关焊材的自主保障能力。国内各研究 母材为舞阳钢铁有限公司研制的Q400GMDR
机构采用国内外不同焊材及不同焊接工艺，对低温 低温高锰钢，尺寸为 400 mm×300 mm×20 mm，
高锰钢焊接接头的性能开展了研究。杨江 ［12］ 通过 显微组织（见图1） 为奥氏体，奥氏体晶粒内部可见
热模拟试验研究了低温高锰钢接头热影响区的脆化
机理及调控机制，发现导致脆化的关键因素是晶界
碳化物的析出。樊晓雨 ［13］ 使用镍基焊材进行高锰钢

收稿日期：2024-03-27；修订日期：2025-01-02
基金项目：国家重点研发计划项目（2022YFB4003003） ；安徽省自然

科学基金资助项目（2108085ME146） ；合肥通用机械研究
院有限公司博士基金项目（2020011747） ；中国石油化工股
份有限公司高锰钢LNG全容罐研究及工程技术开发项目
（324088） 图 1 母材的显微组织
作者简介： 郭广飞（1983—），男，安徽蒙城人，高级工程师，博士 Fig. 1 Microstructure of base material
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