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1、不同使用状态下Q690CF高强钢的焊接接头性能屈朝霞许磊王海涛（宝钢研究院焊接与表面研究所，上海201900）摘要针对煤矿机械、港口机械等对低成本焊接结构用高强钢的需求，宝钢开发了低成本TMCP高强钢Q690CFD，具有优异的综合力学性能和抗冷裂纹性能。但是该钢具有一定的淬硬倾向，焊后进行热处理对其接头的力学和使用性能至关重要。在制造过程中，根据用户不同的服役条件，焊接结构要求不同的使用状态，比如焊态、消氢处理态和消应力处理态。本文按照相关的国家标准，采用宝钢开发的配套气体保护焊丝BH700-II，分析了不同使用状态，包括焊态、300T消氢和580C消应力处理下Q690CFD接头的性能。结果表
2、明，焊态、消氢态和消应力态下，接头的力学性能均满足相关国家标准；相比起来，按接头性能优劣来分，从好到差的顺序为：消氢态、焊态、消应力态。消氢态可以一定程度上增加接头的冲击性能，但消应力处理使接头的冲击性能变差。关键词焊态，消氢处理，消应力处理，Q690CFD，接头性能引言随着机械工业生产迅猛发展，现代工程机械和煤矿机械等的焊接结构向着日益大型化、轻量化的趋势发展。钢材的强度级别越来越高。不仅要有良好的综合力学性能，而且要有良好的加工工艺性能，比如良好的焊接性1-2，应对这种需求宝钢开发了80kg级超低碳贝氏体钢Q690CFD。该钢碳当量低、强度高并且具有良好的塑韧性。在高强钢厚板的制造加工过程
3、中，根据用户不同的服役条件，焊接结构要求不同的使用状态，比如焊态、消氢处理态和消应力处理态。消氢可促进扩散氢溢出，防止冷裂纹；消应力处理可以消除焊接内应力，提高构件的尺寸稳定性，增强抗应力腐蚀性能，改善接头组织及力学性能，提高结构件长期使用的质量稳定性和工作安全性等。但是消应力处理有可能引起接头强度下降、晶粒长大，韧性下降等问题。因此焊后不同的使用状态下接头性能是否满足要求，需要进行探讨并给用户以指导。本文采用宝钢开发的富氩气保焊丝BH700-U,研究了不同使用状态下20mm厚的Q690CFD钢板的气保焊接头性能的变化，为其在工程技术上的使用，提供一定的理论基础支持。1试验材料介绍1.1母材介
4、绍Q690CFD钢供货状态为TMCP+回火。经传统的小铁研焊接试验和HAZ最高硬度试验，可以得到20mm厚的Q690CFD高强板可以不预热直接进行焊接。Q690CFD钢板的微观组织为细小贝氏体，如图1所示,其力学性能和化学成分见表1、表2。图1母材金相表1Q690CFD的综合力学性能Rp0.2/MPaRm/MPaA/%-20CAkv/J冷弯性能要求690770-94014.040180,d=3a实测值横向80085020.0200合格纵向76082021.0168合格表2Q690CFD的化学成分，wt%1.2焊接材料介绍CSiMnPSAlBPcm0.100.502.000.0200.0100.
5、0500.00200纹00-47-实测值7007952168.5212203170802.1焊接工艺20mm厚Q690CFD采用富氩气体保护焊，保护气体为80%A叶20%CO2,a）消氢处理曲线图2不预热焊接，具体焊接工艺如表4所示。焊后分别对接头进行了消氢处理和消应力处理，其温度一时间曲线的示意图见图2所示。表4实际的焊接工艺参数电流/A电压/V焊接速度/(mmmin-1)热输入/(kJcm-1)气体流量/Lmin-打底220223807.720填充盖面2802840011.82.2研究思路通过分析不同使用状态下接头拉伸、弯曲、冲击、硬度和金相组织等，得出不同使用状态对接头性能的影响规律，从
6、而为工程应用提供指导。接头的性能要求见表5。表5接头性能要求Rm/MPa-20CAkv/J冷弯性能180d=4a纹70完好3试验结果3.1接头拉伸性能分别对20mm厚的Q690CFD三种状态下的气体保护焊焊接接头进行了全板厚拉伸试验，拉伸试验结果见表6。由试验结果可以发现，三种状态下接头强度相差不多。表6接头拉伸试验结果状态编号试样尺寸/mm抗拉强度Rm/MPa断裂位置焊态1#20X12.5400820焊缝2#825焊缝消氢1#830焊缝2#840焊缝焊后热处理1#810焊缝2#830焊缝3.2接头弯曲性能分别对焊态、消氢态、消应力状态下的20mm厚的Q690CFD的气体保护焊接头接头进行了4
7、a，180的面弯、背弯试验，接头弯曲试验结果见表7。由接表7接头弯曲试验结果不同使用状态试样试样尺寸结果评定焊态2个面弯合格2个背弯合格消氢2个面弯20X20X30合格2个背弯0mm合格焊后热处理2个面弯合格2个背弯合格头的弯曲试验结果可见，焊态、消氢态、焊后消应力态下的的接头弯曲均合格。3.3接头冲击性能分别对焊态、消氢态、消应力状态下的20mm厚的Q690CFD的气体保护焊接头接头进行-20C下，不同位置的CVN冲击试验，V型缺口冲击试样取自焊接试板表面下2mm处。冲击结果见表&图3。从表8和图3可以看出，三种状态下接头的-20E冲击性能均满足要求。相比较来说，消氢态时接头各位置冲击性能最
8、好，焊态次之，消应力处理态最差表8Q690CFD气体保护焊接头-20C不同位置的冲击试验结果冲击位置Akv/J焊态消氢消应力处理单个值平均值单个值平均值单个值平均值WM136,111,146131174,192,18518459,69,6364FL178,75,429860,183,7210539,33,6445FL+185,149,168134200,204,13518044,114,6574图3-20E时，Q690CFD气体保护焊接头不同位置的冲击韧性3.4接头硬度图4Q690CFD气体保护焊接头的硬度曲线对20mm厚的Q690CFD气体保护焊焊接接头在三种使用状态下，进行10kg维氏硬度
9、试验测试，测试位置为焊接接头板厚的表面下2mm处，接头硬度HV10的测试结果如图4所示。图中的原点位置为熔合线处。由图4可知，三种状态下Q690CFD气体保护焊焊接接头的HAZ均未出现明显软化现象；焊缝区硬度区别不大，HAZ中粗晶区经消应力处理后硬度稍有下降，而消氢态的粗晶区硬度身高，最高硬度在360HV10,出现了马氏体组织。4分析与讨论焊接接头用4%HNO3酒精溶液进行腐蚀，得到金相组织，三种状态下,Q690CFD气体保护焊接头的宏观金相与微观组织分别如表9所示。表9接头金相组织宏观接头消应力处理消氢焊态焊缝粗晶区旳-sIA=_焊缝组织焊态时为晶粒度稍大的贝氏体，经消氢后焊缝组织的贝氏体变
10、得更为细小，增强了韧性，而经消应力处理后组织也为贝氏体，但晶粒度大于焊态和消氢态时，对冲击性能有不利影响。对于粗晶区，消氢态与焊态相比，大部分晶界内条状铁素体变少，析出的碳化物细小且弥散分布，同时出现了少量低碳马氏体，起到了改善韧性的作用，提高了抗脆能力。而经消应力处理后，晶界内条状组织变粗大或变为碳化物，碳化物在晶内聚集，分布不均匀，并且在焊后热处理回复过程中使位错密度下降较多，碳化物与位错缠结机会更大，使可动位错密度进一步降低，裂纹尖端塑性区中的应力集中作用减弱，这使冲击过程中裂纹过早地从韧性扩展过渡到脆性扩展，并使裂纹易于扩展，消耗很少的能量就能扩展很大的面积，造成热处理态试样冲击功低，
11、同时断口脆性特征明显。5结论(1) 对于20mm厚Q690CFD高强钢，气体保护焊的焊态、消氢态与消应力状态下，其焊接头的各项力学性能均满足要求，但三种状态对接头性能的影响较大。接头拉伸和弯曲性能相差不多，但消氢态可以一定程度上增加接头的冲击性能，消应力处理使接头的冲击性能变差。(2) 对于20mm厚Q690CFD，按接头性能优劣来分，从好到差的顺序为：消氢态、焊态、消应力态。在实际应用中，应在充分考虑满足工程应用设计要求的基础上选择焊后使用状态。参考文献1 史耀武，韩准祥，工程机械用800MPa低合金高强度钢焊接热影响区断裂韧性评价热加工工艺，2008，35(15):15.2 朱红波，付金良，刘旭，液压支架用80kg级高强钢焊接坡口角度优化研究.金属铸锻焊技术，2009,(11)：134136.3 张卫群，Q690低合金高强度钢的焊接工艺分析2008,(22)：5256.4 樊忠孝，焊后热处理对焊接接头组织性能影响的几个问题2004，(1)：45.
