周 林，屈 剛，羅栓定

（中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710016）

0 前言

近十幾年來(lái)，800 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用于大型壓力管道、容器、儲(chǔ)罐的制造，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，不但取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。也使一些原本要求極厚的鋼板減薄，使難于加工成型或無(wú)法加工成型的結(jié)構(gòu)變得較易加工或能夠加工。由于受高強(qiáng)度鋼焊接難度大、工藝復(fù)雜、易出現(xiàn)焊接缺陷等因素的影響，國(guó)內(nèi)起步較晚。在高強(qiáng)鋼特別是高強(qiáng)鋼的寬厚板的一些技術(shù)指標(biāo)，與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家生產(chǎn)的高強(qiáng)鋼還存在一定的差別。在近十年的時(shí)間里，先后在多個(gè)不同的工程項(xiàng)目參加了日產(chǎn)SUMITEN780、國(guó)產(chǎn) WSD690E、SG780CFE、B800CF等幾種不同牌號(hào)的800MPa級(jí)鋼的焊接性試驗(yàn)、焊接工藝評(píng)定及實(shí)際應(yīng)用施工。幾種鋼板均是調(diào)質(zhì)狀態(tài)供貨，有很多相同之處，也存在一些不同的特點(diǎn)，但每個(gè)項(xiàng)目的鋼板用量均較大，為800MPa級(jí)高強(qiáng)鋼的焊接試驗(yàn)和施工積累了一定的經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)將具有一定代表性的日產(chǎn)SUMITEN780和國(guó)產(chǎn)WSD690E鋼的部分焊接試驗(yàn)及工程項(xiàng)目焊接施工中的異同進(jìn)行分析比較，供此類鋼板的生產(chǎn)者、使用者參考。

1 鋼板性能比較

1.1 鋼板的化學(xué)成分與冷裂紋敏感指數(shù)

鋼材的裂紋傾向與鋼材的化學(xué)成分密切相關(guān)，焊接性一般以碳當(dāng)量Ceq來(lái)衡量，冷裂傾向通常則以冷裂敏感指數(shù)Pcm來(lái)衡量。兩種鋼板均在國(guó)內(nèi)使用，執(zhí)行我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采購(gòu)合同對(duì)鋼板的化學(xué)成分要求也相同。鋼板到貨后分規(guī)格、批號(hào)、爐號(hào)進(jìn)行了較大密度的抽樣檢驗(yàn)，抽樣檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)兩種鋼板合金元素的含量差別較大。兩種鋼板的合金元素含量如表1所示，合金元素的比較如圖1所示。用式（1）、式（2）分別計(jì)算碳當(dāng)量 Ceq、冷裂敏感指數(shù)Pcm，如表2所示。

表1 鋼板的化學(xué)成分

圖1 兩種鋼板化學(xué)成分含量比較

表2 取樣實(shí)測(cè)的Ceq、Pcm值

碳當(dāng)量

冷裂敏感指數(shù)

由表1、表2和圖1可知：a.兩種鋼板現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢測(cè)的化學(xué)成份以及Ceq、Pcm均符合合同要求，作為雜質(zhì)存留的P、S含量遠(yuǎn)低于合同規(guī)定的要求，鋼板質(zhì)量?jī)?yōu)良。但SUMITEN780鋼的Ceq值略高，主要是因?yàn)?Cu、Ni、Cr、Mo、Ti、Nb 含量高于 WSD690E鋼較多；b.兩種鋼的C含量基本相等，SUMITEN780鋼的 Si、Mn、S、B 的含量比 WSD690E 鋼的含量低，其中S、B的含量不到WSD690E鋼的一半。

1.2 鋼板力學(xué)性能

兩種鋼板的現(xiàn)場(chǎng)抽樣力學(xué)性能檢查結(jié)果如表3、圖2所示。從圖表中看出，兩種鋼板的力學(xué)性能滿足合同要求，SUMITEN780鋼的δ5%伸長(zhǎng)率、-40℃橫向沖擊功略優(yōu)于WSD690E鋼。但WSD690E鋼的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度略高，且具有相對(duì)明顯一些的屈服點(diǎn)，屈強(qiáng)比σs/σb指標(biāo)比SUMITEN780鋼好。

表3 鋼板的力學(xué)性能

2 斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)比較

2.1 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)與試驗(yàn)條件

所有試驗(yàn)遵循《焊接性試驗(yàn)斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)方法》（GB4675.1-84）標(biāo)準(zhǔn)，主要施焊條件基本相同。

圖2 兩種鋼板的力學(xué)性能比較

試件尺寸200 mm×160 mm；焊接方法為焊條電弧焊；焊接電流170 A，電壓22～24 V，速度150～155 mm/min。焊后48 h后進(jìn)行各裂紋率的檢測(cè)。

2.2 SUMITEN780鋼的斜Y試驗(yàn)

試件δ=60 mm，焊條牌號(hào)L-80SN。試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

表4 SUMITEN780鋼斜Y試驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果

2.3 WSD690E鋼的斜Y試驗(yàn)

試件δ=66mm，焊條牌號(hào)CHE807RH。試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如表5所示。

3 工程應(yīng)用與比較

3.1 應(yīng)用工程概況

日產(chǎn)SUMITEN780、國(guó)產(chǎn)WSD690E鋼分別應(yīng)用于山西西龍池和內(nèi)蒙呼和浩特抽蓄能電站的輸水壓力鋼管項(xiàng)目。共同特點(diǎn)是電站水頭高，鋼管內(nèi)水壓力大，安裝于洞內(nèi)斜井，埋設(shè)于混凝土之中。工程均地處干燥寒冷的北方，施工跨越四季。焊接由同一單位、同一批人員進(jìn)行。800 MPa級(jí)鋼鋼管的基本情況見(jiàn)表6。

表5 WSD690E鋼斜Y試驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果

3.2 產(chǎn)品焊接

3.2.1 基本參數(shù)

兩種鋼板分別用在了兩個(gè)不同的工程，但焊接方法與設(shè)備相同。制造焊接以埋弧自動(dòng)焊為主，焊條電弧焊為輔，安裝焊接全部采用焊條電弧焊。接頭的坡口型式為非對(duì)稱雙V型坡口，背縫碳弧氣刨清根。焊接工藝參數(shù)差異如表7所示。

3.2.2 操作工藝比較

工程應(yīng)用焊接中，SUMITEN780鋼及其配用的焊接材料的比WSD690E鋼及其配用的焊接材料在焊接工藝的操作性方面略優(yōu)。主要表現(xiàn)在：

（1）SUMITEN780鋼：a.允許的線能量輸入范圍較大，有利于坡口的預(yù)處理和層間清理；b.較大范圍的線能量輸入，便于焊接層道的布置、調(diào)整，對(duì)于采用多道焊蓋面的寬焊縫，成型更加美觀；c.因布道較允許的層間溫度差較大，便于焊接過(guò)程中溫度的控制。

表6 鋼板應(yīng)用工程基本情況表

表7 兩種鋼板不同的焊接工藝參數(shù)

（2）WSD690E鋼：a.允許的最大焊接線能量相對(duì)較小，對(duì)坡口的預(yù)處理和層間清理要求嚴(yán)格，否則，易出現(xiàn)夾渣等缺陷；b.埋弧自動(dòng)焊背縫第一層焊接時(shí)，因焊道深且窄，出現(xiàn)過(guò)淺表性的結(jié)晶裂紋。因受線能量上限的限制，使采用提高弧柱電壓、加大寬深比預(yù)防結(jié)晶裂紋的作用受到限制，同時(shí)也增加了焊渣清理難度。SUMITEN780鋼的焊接中未出現(xiàn)過(guò)結(jié)晶裂紋。

兩種鋼板在焊接中均出現(xiàn)過(guò)意外停電，無(wú)法進(jìn)行層間保溫和及時(shí)后熱而產(chǎn)生冷裂紋，正常情況下均未發(fā)現(xiàn)焊接冷裂紋。總體而言，兩種鋼板的焊接性均較好，所應(yīng)用的工程焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良，探傷一次合格率如表8所示。經(jīng)生產(chǎn)性焊接試驗(yàn)驗(yàn)證，兩種鋼板的所有焊接接頭的力學(xué)性能指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。

表8 實(shí)檢焊縫一次合格率 %

4 結(jié)論

（1）兩種鋼板到貨后的抽樣檢測(cè)結(jié)果符合我國(guó)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591標(biāo)準(zhǔn)和供貨合同的要求。實(shí)測(cè)SUMITEN780鋼的延伸率、-40℃沖擊功高于WSD690E鋼。

（2）兩種鋼板含C量均很低且基本相等，SUMI TEN780 鋼的 Cu、Ni、Cr、Mo、Ti、Nb 含量高，而 Si、Mn、S、B的含量低，其中S、B的含量不到WSD690E鋼的一半，Mn/S很大，對(duì)焊接裂紋的預(yù)防有利。

（3）鋼板的焊接性：兩種均具有較好的焊接性。只要工藝規(guī)范嚴(yán)格，便可得到高強(qiáng)度和高塑、韌性的焊接接頭。

（4）WSD690E鋼焊接熱影響區(qū)軟化現(xiàn)象比SU MITEN780鋼明顯。但鋼板厚度δ與軟化區(qū)的寬度HAZ之比數(shù)值很大，接頭的失強(qiáng)率很小。實(shí)測(cè)接頭的抗拉強(qiáng)度σb、屈服強(qiáng)度σs、-40℃橫向沖擊功均大于設(shè)計(jì)指標(biāo)，且Akv（單位：J）具有足夠的韌性儲(chǔ)備。

（5）WSD690E鋼焊接，為預(yù)防結(jié)晶裂縫的產(chǎn)生，需采取減小焊接電流，加大熔池的寬深比措施。這樣，增加了焊接操作的難度，降低了焊接效率。

（6）國(guó)產(chǎn)800MPa級(jí)高強(qiáng)鋼寬厚鋼板價(jià)格0.85～1.05萬(wàn)元/t，而SUMITEN780鋼在中國(guó)4個(gè)水電工程的平均報(bào)價(jià)已超過(guò)2500美元/t。由此看出，國(guó)產(chǎn)800 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼板的性價(jià)比遠(yuǎn)高于SUMITEN780鋼板。對(duì)于沒(méi)有特殊要求的水電站引水壓力鋼管工程而言，是否有必要采購(gòu)國(guó)外鋼板，應(yīng)該引起思考。

[1]朱 亮，陳劍虹.熱影響區(qū)軟化焊接接頭的強(qiáng)度及變形[J].焊接學(xué)報(bào)，2004，25（2）：61-65.

[2]肖可畏，黃 偉.WDB620鋼焊接性試驗(yàn)及焊接工藝評(píng)定[J].水力發(fā)電，2005（9）：48-50.

[3]王 勇.低合金調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼焊接工藝研究進(jìn)展[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2009（9）：11-13.