高強熱軋卷板SQ600MC焊接性研究

張 熹，董現春，鞠建斌，陳延清，章 軍

(首鋼技術研究院，北京 100043)

焊接材料

高強熱軋卷板SQ600MC焊接性研究

張 熹，董現春，鞠建斌，陳延清，章 軍

(首鋼技術研究院，北京 100043)

評價了SQ600MC的焊接性。采用熱模擬測定了首鋼生產的SQ600MC鋼焊接連續冷卻轉變曲線，得到SQ600MC熱影響區粗晶區的組織轉變規律；最高硬度試驗和斜Y冷裂紋敏感性試驗結果表明SQ600MC具有低的冷裂敏感性；焊接工藝試驗表明熱輸入在14.26～20.16 kJ／cm范圍內SQ600MC焊接接頭的力學性能夠滿足使用要求。

高強鋼；SQ600MC；焊接性

0 前言

工程機械行業是機械工業的重要組成部分，工程機械主要包括挖掘機械、鏟土運輸機械、工程起重機械、叉車、工業車輛等零部件。這些機械的制造所需的焊接結構部件用材通常稱為工程機械用鋼[1]。600 MPa級工程機械用鋼主要用于工程結構、煤機制造行業，如大型推土機底板、汽車起重機的液壓支架、挖掘機底板、液壓支架等。工程機械服役環境十分惡劣，除了承受負責的疲勞、沖擊承載外，在嚴寒地區服役還得受到低溫作業的考驗。這不僅要求工程機械用鋼母材的性能符合服役條件的要求，而且要求機械工程用鋼具有良好的焊接性，從而保證工程機械的安全服役[2]。為了滿足日益增長的工程機械用鋼需求，首鋼開發了SQ600MC熱軋板卷。為了全面、客觀地了解首鋼SQ600MC焊接性，本研究測定了SQ600MC的焊接連續冷卻曲線，評價了其冷裂敏感性并對實際焊接接頭進行了力學性能測試。

1 試驗鋼的成分和性能

為了提高工程機械用鋼的綜合性能和焊接性，首鋼采用微合金化技術，同時降低硫、磷等有害元素含量，提高鋼純凈度。試驗采用首鋼9.8mm厚SQ600MC熱軋板卷為試驗材料，成分和力學性能如表1、表2所示，其基體組織為鐵素體+貝氏體，如圖1所示。

表1 SQ600MC鋼板的化學成分%

表2 SQ600MC鋼板的力學性能

圖1 SQ600MC金相組織

2 SQ600MC焊接連續冷卻曲線(SHCCT)的測定

試驗采用Gleeble1500熱模擬試驗機，通過測定11種冷卻速率下SQ600MC鋼的組織轉變規律，得到了SQ600MC的焊接連續冷卻轉變曲線(SH-CCT曲線)，如圖2所示。熱影響區組織隨t8／5的變化規律如圖3、圖4所示，熱影響區組織的硬度隨t8／5的變化規律如圖5所示。

圖2 SQ600MC鋼的焊接連續冷卻轉變曲線

圖3 金相組織與冷卻速率(t8／5)的關系

由以上試驗結果可知：

(1)隨著焊接熱輸入的增加，焊后冷卻速度由快變慢，SQ600MC熱影響區粗晶區可能會發生M、M+ B、B、B+F、B+F+P、F+P(M—馬氏體；B—貝氏體；F—鐵素體；P—珠光體)六種組織轉變。t8／5＜3 s時粗晶區發生100%M相變；3 s≤t8／5＜40 s時粗晶區發生M+ B相變；40 s≤t8／5＜80 s時粗晶區發生100%B相變；80 s≤t8／5＜600 s時粗晶區發生B+F相變；600 s≤t8／5＜1 600 s時粗晶區發生B+F+P相變；t8／5≥1 600 s時粗晶區發生F+P相變。

(2)隨著t8／5的逐漸增加，即線能量的增加，粗晶區的維氏硬度HV10逐漸下降，熱影響區的硬度最高值為HV10291，最高硬度值較低，表明該鋼種淬硬傾向和冷裂敏感性較小。

圖4 組織比例與t8／5之間的關系

圖5 組織硬度與t8／5之間的關系

(3)熱模擬t8／5在15～100s時的熱輸入與氣保護焊12～32kJ／cm的熱輸入相當，熱影響區發生的B、B+M組織轉變，硬度值在HV10220～240之間，低于國際焊接學會提出的具有焊接冷裂紋傾向的臨界硬度值HV10350，因此該鋼在氣保護焊時冷裂傾向較小。

3 SQ600MC的冷裂傾向評價

(1)Ceq和Pcm的計算。

鋼的化學成分直接影響焊接熱影響區的冷裂傾向，常用碳當量評價鋼材的冷裂紋敏感性。對于中、高強度的非調質低合金高強度鋼，常用國際焊接學會(IIW)推薦的公式和日本提出的焊接冷裂紋敏感性當量Pcm來判斷鋼的焊接性優劣：

按以上公式計算，9.8 mm厚SQ600MC的碳當量Ceq＝0.332%，Pcm＝0.156%。表明該鋼種處于Graville焊接性評價圖的易焊區內，且計算的焊接冷裂敏感性當量符合Pcm＜0.2%，即該鋼種具有小的冷裂敏感性。

(2)焊接熱影響區最高硬度試驗。

焊接熱影響區最高硬度試驗按照JIS Z 3101-1990(GB4675.5-1984)“焊接熱影響區最高硬度試驗方法”進行。不預熱(室溫0℃)進行最高硬度試驗，試驗結果如圖6所示。最高硬度結果表明，其不預熱下熱影響區的最高硬度為HV10222.88，遠小于國際焊接學會提出的具有焊接冷裂紋傾向的臨界硬度值HV10350，表明該鋼種淬硬傾向較小。

圖6 SQ600MC熱影響區最高硬度

(3)斜Y坡口冷裂敏感性試驗。

斜Y坡口冷裂敏感性試驗參考JIS Z 3158-1993(GB4675.1-1984)“斜Y型坡口焊接裂紋試驗方法”進行。試驗焊絲采用HS-70，不預熱(室溫0℃)試驗時，焊后48 h后滲透著色檢驗表面裂紋，然后將試樣機械加工并經過研磨拋光后，通過金相顯微鏡放大100倍檢驗斷面裂紋，試驗結果如表3所示。試驗結果表明：表面裂紋率0%，斷面裂紋率遠小于20%，由于斜Y裂紋敏感性試驗試驗條件比較苛刻，表明該鋼在不預熱焊接時產生冷裂紋的幾率很小。

表3 斜Y坡口冷裂敏感性試驗結果(規格：9.8 mm厚)

4 焊接工藝研究

焊接試板尺寸9.8 mm×200 mm×600 mm，開雙面60°坡口，采用HS-70氣保護實心焊絲，使用φ(Ar) 80%+φ(CO2)20%氣體保護焊，兩種線能量下焊接試板兩付。焊接前不預熱(環境溫度0℃)，層間溫度150℃～200℃，具體焊接規范如表4所示。

焊接后對兩付試板進行力學檢驗，按照標準GB2650-2652進行焊接接頭的力學性能檢驗，試驗結果如表5、表6所示。焊接接頭的拉伸、冷彎性能合格，拉伸斷裂位置雖然位于焊縫，但性能滿足使用要求；沖擊結果顯示(試樣尺寸5mm×10mm×55 mm)，焊接板的焊縫中心和熱影響區0℃、-20℃沖擊功都保持較高水平，可以滿足相關標準的要求。線能量在14.26～20.16 kJ／cm內，線能量較高時焊縫中心的沖擊功較線能量較低時要低，根據圖7可知，不同線能量下焊縫沖擊功的差異是由焊縫中針狀鐵素體的晶粒度不同造成的，即線能量大時焊縫中的針狀鐵素體比線能量小時粒度要??；線能量在14.26～20.16 kJ／cm范圍內時，線能量對熱影響區的沖擊功影響較少。由圖8可知兩種線能量下粗晶區都為貝氏體且晶粒度相當，因此導致了熱影響區的沖擊功在該線能量范圍內差別較小。

表4 氣體保護焊工藝參數

表5 試板焊接接頭力學性能

表6 焊接接頭沖擊韌性

圖7 焊縫中心金相照片(500×)

5 結論

(1)采用Gleeble1500測得的SQ600MC的焊接CCT曲線表明：t8／5＜3s時粗晶區發生100%M相變；3s≤t8／5＜40 s時粗晶區發生M+B相變；40 s≤t8／5＜80 s時粗晶區發生100%B相變；80 s≤t8／5＜600 s時粗晶區發生B+F相變；600 s≤t8／5＜1 600 s時粗晶區發生B+ F+P相變；t8／5≥1 600 s時粗晶區發生F+P相變。

(2)焊接熱影響區最高硬度試驗和斜Y冷裂敏感性試驗表明：SQ600MC的冷裂紋敏感性較低，在不預熱(室溫0℃)條件下焊接，產生冷裂紋的幾率很小。

(3)焊接工藝試驗表明，熱輸入14.26～20.16 kJ／cm內進行焊接，焊接接頭的拉伸和沖擊性能能夠滿足使用要求，HS-70氣保護焊絲與母材匹配合適。

圖8 粗晶區金相照片(500×)

[1]李燦明，王建景，閆志華.國內工程機械用鋼發展現狀和市場預測[J].山東冶金，2008(5)：9-11.

[2]史耀武，韓準祥.工程機械用800MPa低合金高強鋼焊接熱影響區斷裂韌性評價[J].熱加工工藝，2006(15)：1-5.

Study on the weldability of high strength hot roll bending steel plate SQ600MC

ZHANG Xi，DONG Xian-chun，JU Jian-bin，CHEN Yan-qing，ZHANG Jun
(Shougang Research Institute of Technology，Beijing 100043，China)

The article evaluates the weldability of SQ600MC.The welding continuous cooling transformation curve of Shougang'SQ600MC was determinated and the transformation regularity of coarse grain zone'microstructure was acquired.The results of maximum hardness test and Y-slit type cracking test indicated that the cooling crack sensibility of SQ600MC is lower.While the heat input from 14.26 to 20.16 kJ／cm，the mechanical properties of welding joint satisfied operation requirement.

high strength steel；SQ600MC；weldability

TG457.1

A

1001-2303(2011)05-0093-04

2010-11-03

張 熹(1980—)，男，天津人，碩士，主要從事板材焊接性的研究工作。