熱處理對S500Q鋼焊接接頭力學性能和斷口形貌的影響

葛光男 劉毅 丁軍鋒 趙鵬

摘要：通過力學性能試驗、硬度試驗和電子顯微鏡觀察，研究了500℃～650℃熱處理工藝對S500Q鋼焊接接頭力學性能和斷口的影響。結果表明：500℃～580℃熱處理對S500Q鋼焊接接頭力學性能影響較小。580℃～650℃熱處理使焊接接頭的抗拉強度和屈服強度降低，隨著溫度的升高，降低量逐漸增加。500℃～650℃熱處理工藝對焊接接頭的延伸率基本無影響，沖擊功呈現先增大后減小的趨勢。不同熱處理工藝下S500Q鋼焊接接頭斷口形貌為河流狀花樣。

Abstract： In this paper， the effect of heat treatment process at 500℃～650℃ on microstructure and properties of S500Q steel welded joint was studied by mechanical property test， hardness test and electron microscope test. The results show that heat treatment at 500℃～580℃ has little effect on the mechanical properties of S500Q steel welded joint. The tensile strength and yield strength of the welded joint decrease at 580℃～650℃， and the decrease increases with the increase of temperature. Heat treatment at 500℃～650 ℃ has no effect on the elongation of S500Q steel welded joint， while the impact energy increases first and then decreases. The fracture morphology of S500Q steel welded joint is fluvial pattern under different heat treatment processes.

關鍵詞：S500Q;焊接接頭;熱處理;性能

Key words： S500Q;welded joint;heat treatment;property

0? 引言

隨著我國能源工業快速發展，水電站建設依然是我國重點發展的能源領域。目前，我國開發的1000MW級巨型水輪機組的單機容量已經達到世界之最，對機組的座環提出了更高的要求。S500Q特厚板是500MPa級低碳低合金高強度結構鋼，主要應用于大型混流式水輪機座環等部件[1]。S500Q鋼已成為百萬水輪機組選擇的材料，唐鄭磊[2]等，研究了S500Q特厚板的熱處理工藝，得到了控制S500Q特厚板優良綜合性能的熱處理工藝。周科衡[3]等，研究了B610CF與S500Q異種鋼的焊接，得到了多次焊接對兩種材料焊接接頭性能的影響。雖然國內外學者對S500Q進行了研究，但熱處理對S500Q的焊接接頭研究較少。為此，本文研究熱處理工藝對S500Q鋼焊接接頭性能的影響，為水電機組座環質量提升提供技術支持。

1? 實驗材料及方法

實驗母材采用S500Q鋼板，厚度為50mm。焊材采用HS-80A，采用GMAW進行焊接。采用直讀光譜儀（0800H070003-2）進行化學成分分析，母材及焊材化學成分如表1和表2所示。

對S500Q焊接接頭分別進行500℃、550℃、580℃、600℃和650℃，保溫10h熱處理試驗，隨爐冷至室溫。采用AGI-250KN拉力試驗機進行拉伸試驗，采用CBD-300擺錘沖擊試驗機進行沖擊試驗，采用HITACHI S-3700N掃描電子顯微鏡進行斷口形貌觀察。

2? 試驗結果與分析

2.1 熱處理對S500Q鋼的焊接接頭性能的影響

圖1為不同熱處理工藝對S500Q鋼的焊接接頭抗拉強度和屈服強度的影響。由圖可知，未熱處理的焊接接頭抗拉強度為620MPa，屈服強度為485MPa。經500℃～580℃熱處理后，焊接接頭的抗拉強度和屈服強度基本無變化。經600℃～650℃熱處理后焊接接頭抗拉強度分別為580MPa和550MPa，屈服強度分別為440MPa和410MPa。該結果表明，500℃～580℃熱處理對焊接接頭抗拉強度和屈服強度基本無影響，580℃～650℃熱處理使焊接接頭抗拉強度和屈服強度降低，隨著溫度的升高，降低幅度逐漸增大。

圖2為不同熱處理工藝對S500Q鋼的焊接接頭延伸率的影響。由圖可知，未熱處理和熱處理的S500Q鋼焊接接頭的延伸率均為19%，熱處理對焊接接頭延伸率影響較小。圖3為不同熱處理工藝對S500Q鋼的焊接接頭-20℃沖擊功的影響。由圖可知，未熱處理的焊接接頭沖擊功為101J。經熱處理后，焊接接頭沖擊功呈現先降低后升高，再降低的趨勢，最低沖擊功在500℃熱處理取得，為48J。最高沖擊功在600℃取得，為125J。該現象表明，沖擊功受溫度影響較大，溫度較低和較高時，焊縫組織存在析出相，導致焊縫脆化，沖擊功降低。

2.2 熱處理對S500Q鋼的焊接接頭斷口形貌的影響

圖4（a）為未熱處理的S500Q鋼的焊接接頭斷口形貌，由圖可知斷口為河流狀花樣，為準解理斷裂。由圖4（b）～圖4（f）分別為不同熱處理溫度后S500Q鋼的焊接接頭斷口形貌。由圖可知，經不同熱處理工藝的焊接接頭斷口形貌均為河流狀花樣，均為準解理斷裂。

3? 結論

①500℃～580℃熱處理對S500Q鋼焊接接頭的抗拉強度和屈服強度影響較小。580℃～650℃熱處理使S500Q鋼焊接接頭的抗拉強度和屈服強度降低，隨著溫度的升高，降低量逐漸增加。650℃熱處理使焊接接頭的抗拉強度由620MPa降低至550MPa，屈服強度由485MPa降低至410MPa。

②500℃～650℃熱處理時，S500Q鋼焊接接頭延伸率基本不變，沖擊功呈現先降低后升高，再降低的趨勢，最低沖擊功在500℃熱處理取得，為48J。最高沖擊功在600℃取得，為125J。

③不同熱處理工藝下S500Q鋼的焊接接頭斷口形貌均為河流狀花樣，均為準解理斷裂。

參考文獻：

[1]江浩，金永紅，江玉萍.S550Q/S500Q，高強鋼焊接性淺析[J].東方電機，2011（5）：60-62.

[2]崔風平，孫瑋，趙乾，等.我國極厚鋼板生產制造技術的發展[J].山東冶金，2013，35（1）：1-6.

[3]周科衡，黃偉，陳敏，等.B610CF與S500Q異種高強鋼同部位多次焊接研究[J].熱加工工藝，2013，8（42）：201-203.