S890低合金高强度结构钢焊接性能的研究

由低向高变化时，S890 钢的显微组织由回火马氏体转变为铁素体和 珠 光 体 ，并 伴 随 有 奥 氏 体 晶 粒 的 粗 化 ，因 此 在 较 低
峰值温度或较短 t8/5 时其焊接热影响区的韧性及硬度要高于较高峰值温度或较长 t8/5 时的值。 而在实际焊接中，热输入 在一定范围内的变化对 S890 钢接头强度的影响不明显，但随着热输入的增加，接头的塑性降低较多。
2010 年 9 月
S890 钢为优质低合金高强度结构钢，其金相组 织主要为铁素体、 珠光体和粒状贝氏体， 组织很致 密，具有高的强度和塑韧性 ，在热轧状态 下 σb 达到 940～1100 MPa，δs≥12%。 其成分特点为：在保持一 定 碳 含 量 （≤0.18%）的 前 提 下 ，适 当 提 高 了 锰 含 量 （1.2%～1.6%）， 从 而 在 增 加 材 料 强 度 的 同 时 提 高 了 缺 口 韧 性 值 ；对 硫 （≤0.01%）、磷 （≤0.02%）的 含 量 控制更为严格，以进一步削弱硫、磷的脆化作用；对 铜 的 含 量 （≤0.3%） 适 当 进 行 了 控 制 ， 虽 然 适 量 的 铜 有利于提高耐大气腐蚀， 并通过强化铁素体提高钢 的强度，但过高的铜含量会在热加工时出现热脆；合 金 中 允 许 加 入 的 镍 含 量 （≤2%）比 较 高 ，镍 通 过 铁 素 体固溶强化使强度适度提高， 同时也使缺口韧性稍 有提高，此外，含铜钢中加入镍可以克服热脆现象， 并可提高钢的耐腐蚀性能； 由于硅除了增强耐大气 腐蚀性能外，还能够通过铁素体硬化适度提高强度， 因 此 ，适 当 提 高 了 硅 含 量 （0.2%～0.5%）；适 当 放 宽 了 钼 含 量 （≤0.6%）， 通 过 其 对 淬 透 性 的 强 烈 影 响 而 产生一定量的下贝氏体和（或）回火马氏体等低温相 变产物， 而通常这些产物在提高钢的强度的同时还 能够保持高的韧性值。
线能量 σb δ
编号 / ℃
/A
/ V / (mm·s-1) / (kJ·cm-1) / MPa (%)
15# 150
200
25
5
10
900 9.4
16# 150
300
35
5
20
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901 4.3
《热加工工艺》 2010 年第 39 卷第 17 期
181
金属铸锻焊技术 Casting·Forging·Welding
7# ，8#
270，266 268
表 6 二次热循环下 S890 钢的硬度值 Tab.6 Hardness of S890 steel under thermal cycle 2
试样号
硬 度 （HV） 平 均 值 （HV）
9# ， 10#
287，305 296
11# ，12#
287，305 296
13#，14#
关键词： S890 钢； 低合金高强度结构钢； 焊接性能； 液压支架
中 图 分 类 号 ：TG407
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1001-3814(2010)17-0180-03
Study on Weldability of S890 Low Alloy High-strength Steel
收 稿 日 期 ：2010-03-09 作者简介：杨涤心（1951- ），男，江苏南通人，教授，硕士，主要从事新
材 料 及 其 加 工 工 艺 的 研 发 ；电 话 ：0379-64231846； E-mail:wangyiydx@163.com
广泛应用，效果显著[1]。 但是，在具体应用中，还需要 对材料的焊接性进行试验研究，优化焊接工艺，提高 焊接接头的综合力学性能和承载能力， 以满足高可 靠性支架设计要求[2-7]。 本文采用模拟和实际焊接的 方法，对液压支架所使用的 σb≥900 MPa 的 S890 钢 焊接性能进行了研究，以探讨焊接工艺参数对 S890 钢热影响区及接头组织及性能的影响规律。
试样号
9#
10#
11#
12#
13#
14#
峰值温度 / ℃ 1150 1150 1100 1100 950 950
t8/5 / s
10 10
10
10
10 10
点考察在 t8/5 不变的情况下，加热峰值温度对焊接热 影响区的影响。
2 实验结果及分析
2.1 冲击性能 表 3 为一次热循环模拟试验条件下所测得的
1#
2#
峰值温度 / ℃ 1320 1320
t8/5 / s
66
3#
1320 10
4#
1320 10
5#
1320 20
6#
1320 20
7#
8#
1320 1320 40 40
表 2 二次热循环模拟试验参数 Tab.2 Simulation parameters of test thermal cycle 2
S890 钢冲击性能；表 4 为二次热循环模拟试验条件 下所测得的 S890 钢冲击性能。 可见，在一次热循环 过程中，当加热的峰值温度一定时，随着 t8/5 的增加， S890 钢 的冲击功明 显降低； 而 在二次热循 环过 程 中，当 t8/5 保持不变时，加热峰值温度越低，材料的冲 击功越高。
118，104 111
7# ，8#
100，116 108
表 4 二次热循环下 S890 钢的冲击性能 Tab.4 Impact properties of S890 steel
under thermal cycle 2
试样号
AK（-20℃） /J 平 均 AK（-20℃） /J
9# ， 10#
136，124 130
破坏，表现为脆性材料失效的特征；而 14# 试样的断 口以大量的细小韧窝为主， 更多地表现为塑性材料 特征。 2.2 硬度
表 5 和表 6 分别为经一次热循环和二次热循环 后测得的 S890 钢的硬度值。 可见，在一次热循环条 件下，当加热的峰值温度一定时，随着 t8/5 的增加，材 料的硬度呈现下降的趋势；而在二次热循环过程中， 当 t8/5 保持不变时，加热峰值温度的变化对材料硬度 的影响很小。
表 3 一次热循环下 S890 钢的冲击性能 Tab.3 Impact properties of S890 steel
under thermal cycle 1
试样号
AK（-20℃） /J 平 均 AK（-20℃） /J
1# ， 2#
168，158 163
3# ，4#
152，156 154
5# ，6#
金属铸锻焊技术 Casting·Forging·Welding
2010 年 9 月
S890 低合金高强度结构钢焊接性能的研究
杨涤心 1, 孙远方 2
（1. 河南科技大学 材料科学与工程学院，河南 洛阳 471003；2. 郑州煤矿机械集团股份有限公司 设计研究院，河南 郑州 450013）
摘 要：分析了低合金高强度结构钢 S890 的成分特点，并通过热模拟试验研究了峰值温度、t8/5 等焊接工艺参数对 其焊接热影响区性能和组织的影响，同时考察了实际焊接时热输入对其焊接接头性能的影响。结果表明：当焊接热输入
YANG Dixin1, SUN Yuanfang2
(1. Institute of Material Science and Engineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, China; 2. Design and Research Institute， Zhengzhou Coal Mining Machinery Group Co., Ltd., Zhengzhou 450013, China)
图 1 3# 试样的断口形貌 Fig.1 Appearance of facture surface of sample 3#
表 7 S890 钢焊接工艺参数及接头强度 Tab.7 Welding parameters and welding seam
strength of S890 steel
试样 预热温度 焊接电流 焊接电压 焊速
11# ，12#
166，180 173
13# ，14#
188，198 193
图 1 和图 2 分别是 3# 与 14# 试样的冲击断口形 貌。3# 试样的断口除有有少量韧窝外，大部分为解理
图 2 14# 试样的断口形貌 Fig.2 Appearance of facture surface of sample 14#
180
Hot Working Technology 2010, Vol.39, No.17
上半月出版
Casting·Forging·Welding 金属铸锻焊技术
表 1 一次热循环模拟试验参数 Tab.1 Simulation parameters of test thermal cycle 1
试样号
表 5 一次热循环下 S890 钢的硬度值 Tab.5 Hardness of S890 steel under thermal cycle 1
试样号
硬 度 （HV） 平 均 值 （HV）
1# ， 2#
301，300 300.5
3# ，4#
282，280 281.0
5# ，6#
280，281 280.5
294，318 306
2.3 抗拉强度 为了进一步考察焊接线能量变化对 S890 钢强
度的影响，采用普通电弧焊对其进行了实际焊接，选 用的焊丝牌号为 YC-YJ707 型， 并测定了焊接接头 的强度值， 表 7 给出了焊接工艺参数及其接头强度 的测试结果。从表 7 可见，线能量的变化对其强度的 影响不大，但对其塑性影响还是比较明显的。
Abstract： The chemical composition features of S890 low alloy high-strength steel were analyzed，the influences of welding parameters， peak temperature and t8/5 on the microstructure and mechanical properties of welding HAZ of the steel were investigated by thermo-simulation test, and the influence of welding heat input on the mechanical properties of the welded joint was also investigated. The results show that the microstructure of the steel changes from tempered martensite to ferrite and pearlite when welding heat input changes from low to high, which accompany the austenite grains coarsening, so the impact toughness and hardness of the welding HAZ at lower peak temperature and shorter t8/5 are higher than that at higher peak temperature and long t8/5. In practical welding, the influence of heat input change in a certain scope on the welded joint strength of the steel is not distinct, but the plasticity of the welded joint falls off steeply as heat input increasing.
1 实验方法
用线切割方法在 S890 钢板上截取热模拟试样， 其尺寸为 10 mm× 10 mm× 55mm。
热 模 拟 试 验 在 Gleeble-1500D 型 动 态 热 - 力 学 物理模拟试验机上完成， 热循环模拟参数选取见表 1 和表 2。 其中表 1 为一次热循环模拟试验参数，重 点考察在加热峰值温度不变的情况下，t8/5 对焊接热 影响区的影响；表 2 为二次热循环模拟试验参数，重
Key words： S890 steel; low alloy high-strength steel; weldability; hydraulic supports
液压支架是综采设备的重要组成部分， 是煤矿 长壁开采工作面的主要设备，它的适应性和可靠性 是决定工作面能源安全高效生产的关键因素。 随着 支架向大工作阻力和高可靠性要求的提高， 支架重 量也不断增加，给运输、搬运和安装等环节带来很大 困难，如何在保证强度的前提下，减轻支架重量是支 架设计中迫切需要解决的问题， 采用高强度钢材是 最有效的途径。 国际先进液压支架结构钢已以 σb=700～1000 MPa 高强度焊接结构为主， 近年来， 材料的升级换代已初见成效， 基本上解决了高强度 板材的生产、加工与焊接问题，并在支架设计中得到