高性能桥梁用低碳贝氏体钢焊接工艺研究精选.docxVIP

高性能桥梁用低碳贝氏体钢焊接工艺研究 周兰聚 侯东华 胡淑娥 贾慧领 （济钢集团有限公司，山东 济南 250101） 摘 要: 采用焊接性理论分析、焊接热影响区最高硬度、斜 Y 坡口焊接裂纹 试验等方法研究了济钢研发的低碳贝氏体钢 Q500qE 的焊接性，并进行了高性 能桥梁钢焊接工艺评定，结果表明试验结果表明试验钢板焊接性良好，焊接 工艺可行，可应用于高性能桥梁的建设。 关键词：500MPa 高性能桥梁钢 焊接性 焊接工艺 为满足高速、重载、大跨度铁路钢桥轻量化、安全、长寿技术要求，国内外 材料工作者提出高性能钢（High Performance Steel,HPS）的概念，高性能钢材 除了具备较高强度外，钢材的焊接性能、低温韧性，尤其是耐腐蚀性能有较大幅 度提高[1-3]。作为国际钢铁材料研究开发的热点之一，如美国ASTM709中的HPS-70W 钢、HPS-100W和日本新日铁公司BHS500、BHS700W系列高强度钢等在国际上得到 了较为广泛的应用[4] ,中国钢铁行业也不断加大HSLA 钢的研发、生产和应用的 步伐, 以第3代高强钢为代表的HSLA 钢的研发与生产处于国际领先水平[5,6],大 量先进高强钢和高强、高性能新钢种的持续研发，桥梁用钢方面，一大批高等级 产品研发成功，京沪高铁南京大胜关长江大桥采用420MPa级桥梁钢，各大钢铁企 业相继研发出500MPa及Q500qE桥梁钢，但屈服强度500MPa级桥梁钢设计应用的前 期工作还在进行中，该材料未得到实际应用[7-11] ，其焊接性是业界关注的焦点[12]， 因此本文对该级别材料的焊接性以及焊接工艺进行了系统的研究。 1 试验材料及试验方法 1.1 试验材料 试验材料选用济钢试制生产的 Q500qE 钢板，厚度为 32mm 和 60，其主要化学 成分如下：C：0.04%，Si：0.34%，Mn：1.53%，P：0.010%，S：0.002%，并添加了 Cr、Mo、Cu、Ni 以及少量微合金元素 Nb、Ti、Al 等，该钢板耐大气腐蚀指数 I=6.4。 钢板采用 TMCP+回火工艺生产，物性指标如下：屈服强度 RP0.2=543MPa，抗拉强度 Rm=696MPa，断后伸长率 A=25%,-40℃纵向冲击吸收功 KV2 平均值在 300J 以上，钢 520 板具有良好的综合性能，屈强比低、塑韧性高。焊接材料方面选用了等强度匹配的 焊材，手弧焊采用 CJ607Q(Φ4)焊条；气体保护焊选用直径 1.2mm 的 YCJ601Ni-QL 焊丝，保护气体为纯度大于 99.9%的 CO2；埋弧焊选用直径 5mm 的 H08Mn2E 焊丝， 配以 SJ105q 焊剂。 1.2 试验方法 （1）焊接性评价 利用经验公式 CEV 和 Pcm 对该钢板的焊接性进行理论分析；根据桥梁工程设计， 钢板按照《焊接热影响区最高硬度试验方法》对厚度 32mm、60mm 的 Q500q 钢板进 行 CO2 气体保护焊和手工电弧焊两种方法的焊接热影响区最高硬度试验；按照《焊 接性试验斜 Y 坡口焊接裂纹试验方法》（GB4675.1—84）采用 CO2 气体保护焊和埋 弧自动焊焊接进行抗裂试验。 （2）焊接工艺试验 采用 32mm+32mm Q500qE 厚板组合进行熔透角接和非熔透 T 形角接焊接试验， 焊接方法选用 CO2 气体保护焊和埋弧自动焊。熔透角接试验采用 K 非对称型坡口。 表1 焊接接头试验方案及具体工艺参数 道间温度 ℃ 电流 A 电压 V 热输入量 kJ/cm 编号 类型 焊接方法 1 2 3 4 熔透角焊缝 熔透角焊缝 T 形角焊缝 T 形角焊缝 平位埋弧焊 平位气保焊 船位埋弧焊 平位气保焊 80-150 80-150 80-150 80-150 630 300 720 260 30 32 30 30 29 15 48 12 表 1 为焊接接头试验方案及其工艺参数。1#熔透角焊缝平位埋弧焊采用气保焊 打底、埋弧焊填充，3#T 型角焊缝采用船位埋弧焊，2#和 4#角焊缝直接采用气体保 护焊，气体保护焊气体流量控制在 20～25l/min，对于 T 型角焊缝焊角尺寸为 12mm。 焊接试样放置 48 小时后，超声波探伤检验合格后将试板解剖,对于熔透角焊缝试板 检验接头的拉伸、冲击等性能，并检验所有焊接接头的组织状况。 2 试验结果及分析 2.1 碳当量计算 通常用碳当量、冷裂纹敏感性指数来评价钢的淬硬性倾向及焊接性。桥梁界 广泛应用国家焊接学会推荐的公式计算，试验钢板的 CEV=0.44%，一般认为 CEV ≤0.45%，钢板焊接性良好；试验钢 Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60 521 +V/10+5B =0.18%。