2Cr12NiMo1W1V钢补焊焊缝氮化层性能分析

　　2Cr12NiMo1W1V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行渗氮试验，为今后这些零部件的缺陷修复提供依据。

　　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出现块状铁素体，否则将引起渗碳层脆性脱落[1]。本文对2Cr12NiMo1W1V钢(化学成分见表1)进行980℃×2h +680℃×3h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。

　　1.2 焊接

　　针对2Cr12NiMo1W1V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。

　　1.3 焊后热处理

　　试板焊后在80～100℃保温2h，然后进行350℃×2h的后热处理。将试板从中间锯开，编号11和12两条焊缝不进行焊后热处理，编号13和14 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上制取20×20×45mm 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 气体渗氮

　　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[2]。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0.63μm。