張顯輝 賈 軍

（中冶寶鋼技術服務有限公司，上海 201999）

BHG-5焊絲熔敷金屬力學性能及其微觀組織特征

張顯輝 賈 軍

（中冶寶鋼技術服務有限公司，上海 201999）

張顯輝

BHG-5是目前國內(nèi)市場普遍應用的屈服強度890 MPa級高強鋼氣體保護焊焊絲，在80%Ar+20%CO2氣體保護焊條件下，該焊絲熔敷金屬具有良好的力學性能。對該焊絲熔敷金屬的力學性能及其微觀組織進行了試驗分析，探討了焊絲熔敷金屬組織和力學性能的相關性及其強韌化機制。

屈服強度890 MPa級高強鋼 熔敷金屬 微觀組織 力學性能

0 序 言

從降低自重、提高承載能力及降低制造成本等多方面考慮，屈服強度890 MPa級高強鋼在工程機械、煤礦機械、港口機械等領域獲得了愈來愈多的應用，如大噸位起重機、混凝土泵車、高性能液壓支架及超大噸位港口浮吊等均使用屈服強度890 MPa及以上級別超高強鋼制造[1-6]。BHG-5焊絲是昆山中冶寶鋼焊接材料有限公司研制開發(fā)的屈服強度890 MPa級高強鋼氣體保護焊實心焊絲，已廣泛應用于國內(nèi)工程機械和煤礦機械等領域[7-8]。該焊絲采用Ti，Zr微合金化Mn-Ni-Cr-Mo系合金系統(tǒng)。在屈服強度890 MPa級焊絲熔敷金屬組織性能研究方面，文獻［9-10］分別研究了焊接方法和保護氣對1 000 MPa級熔敷金屬組織及力學性能的影響，但采用的焊絲合金系統(tǒng)與文中不同。文中對BHG-5焊絲在80%Ar+20%CO2氣體保護焊條件下熔敷金屬力學性能及其微觀組織特征進行了試驗分析，探討了焊絲熔敷金屬組織和力學性能的相關性及其強韌化機制。

1 試驗材料及試驗方法

試驗用BHG-5焊絲主要化學成分見表1。熔敷金屬試板焊接、試樣加工及力學性能試驗按照GB/T 8110—2008標準進行。 熔敷金屬試板采用20 mm厚Q345B，試板尺寸、坡口角度及組裝如圖1所示。為了降低Q345B鋼對焊絲熔敷金屬的稀釋作用,在正式進行焊接之前,先用試驗焊絲在試板坡口底部和側面進行過渡層預堆焊,并且保證堆焊層的厚度不小于3 mm。過渡層及試驗焊道的焊接條件見表2。熔敷金屬金相試樣取自沖擊試件（開缺口一側），光學金相試樣經(jīng)砂紙研磨、拋光后，采用3.5%（體積分數(shù)）硝酸酒精溶液腐蝕后，采用光學顯微鏡進行微觀組織觀察；采用H-800型透射電鏡分析熔敷金屬微觀組織結構，TEM試樣先采用線切割方法取熔敷金屬薄片，用水磨砂紙磨至厚度小于50 μm后，在-25℃下采用電解雙噴減薄制成。電解液采用6%高氯酸乙醇溶液，電解電壓25 V，電流 60 mA。

表1 BHG-5焊絲主要化學成分（質(zhì)量分數(shù)，%）

圖1 熔敷金屬組裝及焊接順序

表2 熔敷金屬試板焊接條件

2 試驗結果及分析

2.1 熔敷金屬力學性能

BHG-5焊絲熔敷金屬的力學性能見表3，焊絲熔敷金屬的抗拉強度1 052 MPa、屈服強度901 MPa、斷后伸長率15.2%、-20℃沖擊吸收能量87 J（平均值）、-40℃沖擊吸收能量62 J（平均值）。對照GB/T 16270—2009中Q890鋼材的力學性能標準，BHG-5焊絲熔敷金屬各項力學性能指標全面滿足Q890D及Q890E母材的力學性能要求，焊絲熔敷金屬強度適中，塑、韌性優(yōu)良。

2.2 熔敷金屬微觀組織

BHG-5焊絲熔敷金屬焊態(tài)及層間重熱區(qū)微觀組織形態(tài)如圖2所示，焊態(tài)區(qū)組織與重熱區(qū)組織基本相同，均為板條狀馬氏體+貝氏體組織，熔敷金屬組織晶粒細小均勻，與低強度低合金鋼焊縫金屬微觀組織相比，BHG-5焊絲熔敷金屬焊態(tài)區(qū)柱狀晶特征不明顯。BHG-5焊絲熔敷金屬TEM微觀組織結構特征如圖3所示。可見，熔敷金屬中的馬氏體和貝氏體多呈板條狀，如圖3a所示；板條間存在殘余奧氏體組織，如圖3b所示；板條體內(nèi)存在著高密度位錯，如圖3c所示；部分貝氏體晶粒內(nèi)有細小的夾雜物質(zhì)點，如圖3d所示。分析認為，BHG-5焊絲采用的Ti，Zr微合金化，在焊接冶金過程中形成的Ti，Zr的氧化物或氮化物質(zhì)點，在熔敷金屬γ→α二次相變過程中，作為形核核心促進晶粒形核，從而使晶粒細化；同時，BHG-5焊絲采用的Mn-Cr-Ni-Mo多元合金設計，使熔敷金屬中形成的馬氏體和貝氏體板條內(nèi)存在著高密度位錯，板條間存在殘余奧氏體組織，上述組織結構特征具有較強的抗裂紋擴展性能，從而確保了熔敷金屬具有較高的低溫韌性。

表3 焊絲熔敷金屬的力學性能

圖2 BHG-5焊絲熔敷金屬光學金相組織

圖3 BHG-5焊絲熔敷金屬TEM微觀組織形貌

3 結 論

（1）BHG-5焊絲熔敷金屬的抗拉強度1 052 MPa、屈服強度901 MPa、斷后伸長率15.2%、-20℃沖擊吸收能量87 J（平均值）、-40℃沖擊吸收能量62 J（平均值），熔敷金屬各項力學性能指標全面滿足Q890D及Q890E母材的力學性能要求。

（2）BHG-5焊絲熔敷金屬微觀組織為馬氏體+貝氏體混合組織，熔敷金屬組織晶粒細小均勻，焊態(tài)區(qū)柱狀晶特征不明顯；透射電鏡下熔敷金屬的馬氏體和貝氏體多呈板條狀，板條狀馬氏體內(nèi)存在著高密度位錯，板條間存在殘余奧氏體組織，部分貝氏體晶粒內(nèi)有細小的夾雜物質(zhì)點存在。

（3）BHG-5焊絲熔敷金屬微觀組織特征是組織細小均勻、馬氏體板條內(nèi)存在的高密度位錯及板條間存在殘余奧氏體，這些組織結構特征使其具有較強的抗裂紋擴展性能，從而確保了熔敷金屬具有較高的低溫韌性。

［1］ 張顯輝，賈 軍，楊益清.屈服強度890 MPa級高強鋼焊接工藝研究［J］.焊接，2015（8）:35-38.

［2］ 肖紅軍，田志凌，崔 冰.Q890D鋼焊接冷裂紋敏感性試驗研究［J］.焊接，2016（11）:28-33.

［3］ 陳 瑋.Q890D低碳調(diào)質(zhì)高強鋼的焊接性能研究［D］.北京：北京工業(yè)大學碩士學位論文，2014.

［4］ 萬 斌，趙 鈺，張曉剛,等.890 MPa高強鋼實心焊絲在大型工程機械制造領域中的應用［J］.機械制造文摘——焊接分冊，2015（6）:40-42.

［5］ 曹成銘，高 強，張含臣,等.Q890高強鋼焊接工藝研究與應用［J］.熱加工工藝，2016（11）:207-208.

［6］ 楊中建，劉露陸，張 燕.液壓支架高強度鋼板Q890焊接工藝研究［J］.煤礦機械，2016，37（11）:83-86.

［7］ 李好生.1 000 MPa級氣體保護焊絲焊接工藝研究［J］.金屬加工（熱加工），2014（22）:43-44.

［8］ 賈 軍，楊益清，李好生,等.Q890超高強鋼GMAW焊接工藝［C］.2015IFWT焊接國際論壇，2015:55-58.

［9］ 安同邦，田志凌.焊接方法對1 000 MPa級熔敷金屬組織及力學性能的影響［J］.焊接學報，2015，26（11）：101-104.

［10］ 安同邦，田志凌.保護氣對1 000 MPa級熔敷金屬組織及力學性能的影響［J］.金屬學報，2015，51（12）：1489-1499.

TG442

2017-03-12

張顯輝，1964年出生，教授級高級工程師。主要從事低合金鋼的焊接性、焊接材料、焊接工藝及其產(chǎn)品焊接領域的科研開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化工作，先后承擔完成了10余項國家及省部級重點科研項目，獲得省部級科技成果獎勵5項。已在國內(nèi)外學術會議及中文核心刊物上發(fā)表論文30余篇。