900 MPa鋼與Q345B異種鋼焊接接頭的組織與力學性能分析

張舒婷，周友龍，李雄兵，王譽靜，王家平，羅永劍

（西南交通大學材料科學與工程學院，四川成都610031）

900 MPa鋼與Q345B異種鋼焊接接頭的組織與力學性能分析

張舒婷，周友龍，李雄兵，王譽靜，王家平，羅永劍

（西南交通大學材料科學與工程學院，四川成都610031）

異種鋼的焊接結構在很多行業得到了一定的應用，為保障該結構的可靠性，有必要進行焊接接頭的組織和性能的研究。針對900 MPa與Q345B異種鋼手工電弧焊（SMAW）平焊焊接接頭，分析了兩種母材的焊接性，對該焊接接頭進行拉伸、彎曲、沖擊等力學性能試驗，并采用微觀金相觀察和硬度檢測手段對接頭顯微組織及硬度進行試驗分析。試驗結果表明，900 MPa鋼焊接性較差，正確工藝條件下獲得的異種鋼接頭力學性能良好，接頭抗拉強度位于兩母材之間，接頭組織與硬度不均勻性較大，該焊接接頭性能和組織均滿足相關材料與行業標準。

900鋼；異種鋼焊接接頭；力學性能；微觀組織

0 前言

異種鋼焊接結構在車輛、石油化工、礦山等行業得到了一定的應用。由于異種鋼的物理性能、化學性能和成分差異使異種鋼的焊接較為困難，若焊接工藝控制不當，則無法保證焊接接頭質量，900MPa鋼為優質低合金高強度結構鋼，具有高的綜合機械性能，其焊接性較差，Q345B具有高的力學性能和良好的焊接性。關于兩種材料的焊接方面的研究未見報道。在此針對900 MPa鋼/Q345B異種鋼手工電弧焊（SMAW）平焊焊接接頭，通過對焊接接頭進行常規力學性能試驗、微觀金相觀察和硬度分布檢測，研究900 MPa與Q345B異種鋼焊接接頭的組織與力學性能狀況，對解決該異種接頭的焊接具有較高的實用價值。

1 材料及焊接性分析

本試驗母材900 MPa鋼/Q345B異種鋼接頭所用板材板厚為16mm，其中900MPa鋼為調質狀態，Q345C為熱軋狀態，其化學成分見表1，材料力學性能如表2所示。焊材采用超低氫型焊條CHE507RH，該焊條具有優良的塑性、低溫韌性和抗裂性能。

表1 母材化學成分 %

表2 材料力學性能

根據日本焊接協會碳當量計算母材材料碳當量

Q345B鋼的碳當量Ceq=0.38%，其淬硬傾向較小，金屬焊接性良好，但900 MPa鋼的碳當量Ceq= 0.57%，該鋼種具有較高的碳當量，焊接性較差，焊接時具有一定的淬硬傾向，需要焊前預熱，嚴控層間溫度，并嚴格控制焊接線能量，焊后進行熱處理消除焊接殘余應力和改善組織狀況。因此對該異種鋼接頭進行焊接時需要進行適當預熱和控制層間溫度，并按合適的焊接工藝焊接[1]。

2 試驗過程

采用SMAW進行兩種材料平焊位置的焊接，所用焊條為超低氫型焊條CHE507RH，該焊條具有優良的塑性、低溫韌性和抗裂性能，焊接規范工藝參數如表3所示，按照承壓設備焊接工藝評定（NB47014-2011）標準取樣，采用液壓式萬能試驗機、擺錘式沖擊試驗機進行焊接接頭的拉伸、彎曲、沖擊試驗，采用卡爾蔡司A1m顯微鏡和HVS-30數顯維式硬度計進行焊接接頭金相組織觀察和硬度分布檢測和分析。

表3 焊接工藝參數

3 試驗結果分析

3.1 焊接接頭性能

900 MPa鋼/Q345B異種鋼焊接接頭力學性能試驗結果如表4所示。由表4可知，其抗拉強度在兩母材之間，滿足設計標準要求。由彎曲試驗結果可知，所得異種鋼焊接接頭在面彎和背彎處均未出現裂紋，彎曲性能合格。沖擊功值如表5所示。焊接工藝試驗結果顯示，異種鋼的焊接接頭均能滿足材料標準要求。Q345C鋼側的沖擊性能最好，焊縫區沖擊功最低。

表4 拉伸試驗結果

表5 0℃低溫沖擊試驗結果J

3.2 焊接接頭硬度分布

900 MPa鋼/Q345B異種鋼接頭的硬度分布如圖1所示，其中900 MPa側的HAZ區硬度值最高，Q345C側母材硬度值最低。

圖1 900 MPa鋼/Q345B異種鋼焊接接頭硬度曲線

3.3 焊接接頭金相組織

900 MPa鋼/Q345B異種鋼接頭的微觀金相組織如圖2所示。

圖2a為Q345B母材組織，主要為鐵素體+珠光體，由圖2可知，沿軋制方向呈帶狀分布；圖2b為900MPa鋼母材組織，主要為貝氏體，組織較為均勻。圖2c為焊縫區顯微組織，為回火貝氏體組織，并含少量珠光體+鐵素體組織，晶粒細小，綜合力學性能良好。Q345B側的過熱區出現貝氏體和針狀鐵素體組織，硬度值比母材有所提高，900 MPa側的過熱區出現細小的回火索氏體和粒狀貝氏體組織，硬度值較高。

通過焊后回火處理的焊接接頭組織狀況良好，具有良好的綜合機械性能，滿足NB47014-2011和相應的材料標準，驗證了焊接工藝評定中制定的焊接工藝是正確的，可以用于實際的焊接結構生產。

圖2 900 MPa鋼/Q345B異種鋼接頭微觀組織（200×）

4 結論

（1）制定的焊接工藝所焊接的900MPa鋼與Q345B異種鋼焊接接頭力學性能良好滿足相關標準要求，可以用于指導焊接結構生產。

（2）焊接接頭的組織經焊后熱處理后，晶粒較為細小，是接頭具有良好綜合機械性能的保證。

（3）兩種母材性能和組織差異大，是造成接頭硬度分布梯度變化大的主要原因。

[1]李雄斌，周友龍.900 MPa低合金高強度結構鋼焊接工藝試驗[J].電焊機，2014（8）：44-47.

[2]包曄峰，宋曉科.雙相不銹鋼鋼管埋弧焊焊接接頭微觀組織及力學性能[J].石油化工設備，2008，37（4）：4-7.

[3]何金光，曾菲圓.022Cr23Ni5Mo3N與Q345B異種鋼焊接接頭的組織與力學性能分析[J].電焊機，2012（42）：104-107.

[4]周振豐.焊接冶金學（金屬焊接性）[M].北京：機械工業出版社，1996.

Analysis on Microstructure and Mechanical Properties of the welded joints on 900 MPA and Q345C dissimilar steels

ZHANG Shuting，ZHOU Youlong，LI Xiongbing，WANG Yujing，WANG Jiaping，LUO Yongjian
（State Nuclear Power Engineering Company，Shanghai 200233，China）

Dissimilar steel welding structure is used in many industries.It is important to research the microstructure and properties of the welding dissimilar joints which could ensure the reliability of the structure.For the dissimilar flat welding joints of the 900 MPa steel and Q345C steel by manual arc welding（SMAW），the weldability of the parent metal is analyzed.The mechanical properties of the welded joint such as tensile，bending，impact performance are measured.The microscopic metallographic is observed.The hardness distribution of the joint is tested.The results show that the weldability of 900 MPa steel is poorer.Correct welding process conditions is important to obtain satisfactory properties of dissimilar metal weldments.The microstructure and hardness of the joints appear larger nonuniformity.The properties and microstructure of the joints meet the demands of the relevant materials and industry standards.

900 steel；dissimilar steel welded joints；microstructure

TG111

：A

1001-2303（2015）09-0107-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.09.23

2014-10-22；

2015-01-16

國家大學生創新創業訓練計劃項目（201310613 006）

張舒婷（1993—），江西贛州人，學士，主要從事焊接工藝方面的工作。