新型耐磨鋼的焊接工藝實(shí)驗(yàn)

冉　楊，王　艷，余騰義，支紅旭

（1.西華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川成都610039；2.攀鋼集團(tuán)研究院有限公司，四川攀枝花617000）

新型耐磨鋼的焊接工藝實(shí)驗(yàn)

冉楊1，王艷1，余騰義2，支紅旭1

（1.西華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川成都610039；2.攀鋼集團(tuán)研究院有限公司，四川攀枝花617000）

采用CO2氣體保護(hù)焊方法對新型鋼種P520JJ和P600CX進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)；分析了接頭宏觀形貌及金相組織，測試接頭抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性。結(jié)果表明：在試驗(yàn)工藝條件下，焊接接頭均未出現(xiàn)冷裂紋缺陷；P520JJ同種鋼板對焊以及P520JJ和P600CX異種鋼板對焊時，在滿足力學(xué)性能的前提下，從降低材料成本角度考慮，宜采用ER50-6焊絲；而P600CX同種材質(zhì)對焊，從接頭力學(xué)性能出發(fā)建議采用CHW70-C焊絲；為避免未焊透缺陷，建議反面清根。

P520JJ鋼；P600CX鋼；CO2氣體保護(hù)焊；焊接工藝；接頭性能

0　前言

耐磨鋼是在強(qiáng)烈沖擊載荷作用下發(fā)生硬化后具有較高的強(qiáng)度、韌性、硬度、耐磨性的鋼種，一般分為高錳鋼、超高錳鋼、變質(zhì)中錳鋼和中、低合金耐磨鋼，廣泛用于球磨機(jī)、挖掘機(jī)、鐵路道岔、坦克履帶等機(jī)械部件，在機(jī)械工程上替代其他鋼種增加工件壽命、減輕工件重量、降低使用量以提高生產(chǎn)效率[1]。P520JJ鋼和P600CX鋼是攀鋼集團(tuán)研制的用于水泥罐車的熱軋低碳低合金耐磨鋼，具有足夠高的強(qiáng)度、韌性及耐磨性。目前對此兩種新型鋼還未作焊接工藝實(shí)驗(yàn)研究，缺少相關(guān)的焊接數(shù)據(jù)。為進(jìn)一步了解此新型鋼的性能，本研究采用CO2氣體保護(hù)焊方法，通過焊材與不同焊絲搭配進(jìn)行工藝試驗(yàn)，旨在為此類型鋼的連接提供技術(shù)支持。

1　試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)用母材P520JJ鋼和P600CX鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1，結(jié)合圖1a及圖1b可知，母材組織均為鐵素體、珠光體與少量的貝氏體。只是P600CX鋼含碳量較低，因此圖1b中鐵素體含量明顯比圖1a多。

表1　P520JJ鋼和P600CX鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能Tab.1Chemical compositions and mechanical properties of P520JJ steel and P600CX steel ％

圖1　母材金相組織Fig.1Metallurgical structure of the base metals

根據(jù)國際焊接學(xué)會推薦的碳當(dāng)量公式

以及冷裂紋敏感系數(shù)[2]

計(jì)算出P520JJ鋼的碳當(dāng)量Ceq=0.41％，P600CX鋼的碳當(dāng)量Ceq=0.35％，兩者均小于0.43％；P520JJ鋼的冷裂紋敏感系數(shù)為0.26％，P600CX鋼的冷裂紋敏感系數(shù)為0.18％，試板厚度為6 mm，可以初步判斷其焊接性良好，能夠不預(yù)熱進(jìn)行焊接。

試驗(yàn)采用CO2氣體保護(hù)焊方法，焊絲采用50MPa級ER50-6焊絲和70 MPa級CHW-70C焊絲。試板未開坡口，焊接材料和試板的匹配見表2。

表2　焊接試板與焊接材料的匹配Tab.2Matching of base metals and welding wires

試板分兩道次完成，正面焊接完成后不清根直接背面施焊，焊接參數(shù)見表3。

表3　試驗(yàn)主要焊接工藝參數(shù)Tab.3The main parameters of welding procedure experiment

2　試樣宏觀形貌

焊接接頭宏觀形貌如圖2所示。由圖2可知，所有7對焊接試板都沒有發(fā)現(xiàn)冷裂紋現(xiàn)象，這表明P520JJ鋼和P600CX鋼焊接性良好，可考慮不預(yù)熱焊接。由圖2a、圖2b還可發(fā)現(xiàn)組對間隙為1.5 mm的1#、2#試板明顯存在焊不透的缺陷，因此在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中不再分析這兩對試板接頭。圖2f中間隙為2 mm的6#試樣的檢測斷面也發(fā)現(xiàn)有未焊透，這主要是因?yàn)楹附釉嚢宓拈g隙比較小，且在進(jìn)行背面焊接前沒有清根所導(dǎo)致的未熔合缺陷，因此在具體焊接施工中可考慮反面清根。

3　金相組織分析

金相試樣制備好后，用4％的硝酸+酒精溶液浸蝕，在LYMPUS-BX60M型光學(xué)顯微鏡下觀察。3#～7#試樣焊接接頭（焊縫及熱影響區(qū)）金相組織見圖3。

圖2　接頭宏觀形貌Fig.2Macroscopic morphology of joints

圖3　3#～7#試樣焊縫及熱影響區(qū)金相組織Fig.3 The microstructure of weld seam and heat affect of zone from sample 3＃to 7＃

在焊接工藝幾乎相同的條件下，焊縫組織主要取決于焊絲的成分，由圖3可知，無論采用ER50-6焊絲還是CHW70-C焊絲，焊縫組織均為針狀鐵素體+珠光體。焊接熱影響區(qū)的組織略有差別，P520JJ鋼的熱影響區(qū)組織主要為鐵素體+珠光體（5＃存在少量的上貝氏體）。P600CX鋼的熱影響區(qū)組織則以回火馬氏體、鐵素體和珠光體為主（7＃含有粒狀貝氏體）。由于P600CX鋼采用低合金強(qiáng)化的技術(shù)路線，碳含量小于0.10％，這種馬氏體組織屬于低碳馬氏體，低碳馬氏體的形成溫度相對較高，馬氏體形成后，有“自回火”功能，從而形成回火狀態(tài)的馬氏體，這種馬氏體具有較好的綜合性能，因此這種少量馬氏體的分布和回火狀態(tài)決定了其不會影響使用性能。

4　力學(xué)性能分析

由于接頭厚6mm，常溫沖擊實(shí)驗(yàn)參照GB2650-1989進(jìn)行，試樣尺寸5mm×10mm×55mm；拉伸試驗(yàn)按照GBT 2651-2008進(jìn)行，尺寸為標(biāo)準(zhǔn)大小。每組實(shí)驗(yàn)取3個試樣，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4　焊接接頭力學(xué)性能Tab.4Mechanical properties of welding joints

從拉伸檢驗(yàn)性能看，P600CX同種鋼板對接采用CHW70-C焊絲，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度能夠達(dá)到母材的性能，但采用ER50-6焊絲，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度低于母材，焊接缺陷的存在一定程度上影響了抗拉強(qiáng)度的穩(wěn)定性；P520JJ同種鋼板對接采用ER50-6焊絲，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度與母材相當(dāng)，能夠達(dá)到強(qiáng)度要求；P520JJ鋼和P600CX鋼異種材料對焊采用ER50-6焊絲，焊接接頭的強(qiáng)度高于P520JJ鋼強(qiáng)度且低于P600CX鋼強(qiáng)度，按照異種鋼焊接“低匹配”原則，抗拉性能滿足要求。

從焊縫沖擊檢驗(yàn)結(jié)果看，焊縫的沖擊功低于母材的沖擊功，焊縫的沖擊功主要由焊接材料決定，另外，因?yàn)楹缚p為鑄態(tài)組織，沖擊功也會有所降低。試樣尺寸為5mm×10mm×55mm，若折算成10mm× 10mm×55mm全尺寸試樣的沖擊功，焊接接頭的塑性儲備比較高。

5　結(jié)論

（1）攀鋼集團(tuán)研究、生產(chǎn)的P520JJ鋼和P600CX鋼焊接性良好，在不預(yù)熱條件下采用CO2氣體保護(hù)焊焊接，不會產(chǎn)生冷裂紋。

（2）P520JJ同種鋼板對接及P520JJ和P600CX異種材料對焊從降低焊接材料成本角度考慮，可以采用ER50-6焊絲，焊接接頭強(qiáng)度均高于P520JJ母材強(qiáng)度。

（3）在進(jìn)行P600CX同種鋼板對接時采用ER50 -6焊絲，焊接接頭強(qiáng)度略低于母材強(qiáng)度；而采用CHW70-C焊絲，接頭強(qiáng)度達(dá)到P600CX強(qiáng)度，因此采用CHW70-C焊絲較為合宜。

（4）在試驗(yàn)條件下不清根施焊，焊接接頭有產(chǎn)生未熔合缺陷的可能，實(shí)際焊接施工時可考慮反面清根。

[1]羅曄，薛思毅，袁宇峰.國內(nèi)外低合金耐磨鋼生產(chǎn)概況[J].冶金管理，2013（11）：20-24.

[2]尚林義，萬六百.高強(qiáng)度耐磨鋼BISALLOY焊接工藝[J].電焊機(jī)，2013，43（11）：88-92.

Welding process experiment of new wear-resistance steels

RAN Yang1，WANG Yan1，YU Tengyi2，ZHI Hongxu1
（1.School of Material and Engineering，Xihua University，Chengdu 610039，China；2.Pangang Group Research Institute Co.，Ltd.，Panzhihua 617000，China）

Welding procedure experiment of new wear-resistance steels P520JJ and P600CX with CO2gas shield arc welding is taken.Macroscopical morphology and metallurgical structure of welded joint are analyzed.Besides，yield strength，tensile strength and impact toughness of welded joint are tested.The results show that there is no defect of cold crack in the welded joint under the condition of experiment.Weld wire ER50-6 is propitious for similar material P520JJ and dissimilar material P520JJ and P600CX to butt weld in consideration of saving the cost of welding material in case that mechanical property is meet.However，weld wire CHW70-C is propitious for similar material P600CX to butt weld in consideration of mechanical properties.Root cleaning is suggested to avoid the incomplete welding defect.

P520JJ steel；P600CX steel；CO2gas shield arc welding；welding procedure；joint property

TG457.11

A

1001－2303（2016）03－0089-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.03.19

2015－08－27

2015省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助（201510-623002）

冉楊（1988—），男，四川資陽人，在讀碩士，主要從事高強(qiáng)鋼點(diǎn)焊的研究工作。