AG700MC钢焊接性评价 及焊材匹配性研究中国船舶重工集团公司第七二五研究所一、研究背景 AG700MC钢是屈服强度为700MPa级高强度汽车 大梁钢，是安阳钢铁股份有限公司针对汽车用钢 轻量化要求而研制的新钢种，主要用于汽车纵、 横梁、汽车车厢等，可使汽车减重40左右。 据钢厂反映，部分汽车制造厂在使用过程中发现 ，该钢经焊接后存在焊接裂纹、低应力破坏等情 况，希望我所开展焊接性试验，对该钢种焊接性 作出评价，并对该钢的焊材及焊接工艺提出指导 性意见。二、研究内容1、焊接材料选材试验研究2、优选焊材焊接AG700MC钢焊接接头性能研究1、焊接材料选材试验研究1.1 试验焊材 天津金桥ER50-6焊丝（1.0mm）， 四川大西洋CHW-70C（1.2mm）、 CHW-80C（1.2mm）焊丝 CHW707Ni（3.2mm）、 CHW757Ni（4.0mm）焊条。种类化学成分屈服 强度抗拉 强度CSiMnCrNiMoTi ER50-6 0.0770.871.450.0310.0170.002V:0.0 04420500CHW-70C0.1010.611.750.0281.3090.4610.003635790 CHW-80C0.0880.5141.750.272.2930.561670855 CHW707Ni 0.0560.241.360.5861.8280.283V:0.0 04630720CHW757Ni0.0580.121.500.0212.5010.542V:0.0 07670775待选焊材成分及强度AG700MC钢主要力学性能规格Rp0.2/MPaRm/MPaA/%-20KV2 8mm7408101947,44,47/461.2 AG700MC钢焊接接头基本力学性能试验 试板规格8mm240mm500mm（采用剪板机下料），直边对接坡口（保留原 始状态，没有抛光打磨坡口），间隙12mm。正反各一道完成焊接，焊接工艺参数如下： （1） ER50-6焊丝。焊前无预热，焊接电流200220A，电压2426V，保护气 体为80Ar20CO2； （2）CHW-70C、CHW-80C焊丝。焊前无预热，焊接电流240260A，电压27 28V，保护气体均为80Ar20CO2； （3）CHW707Ni、CHW757Ni焊条。焊前无预热，CHW707Ni焊条（3.2mm ）焊接电流1305A，电压2526V；CHW757Ni焊条（4.0mm）焊接电流 1705A，电压2627V。焊条使用前均经3501h烘培。AG700MC钢焊接接头基本力学性能焊接 材料板拉伸焊缝 中心（KV2/J）熔合线（KV2/J）熔合线5mm（KV2/J）Rm MPa断 裂 位 置正反弯 冷弯（ D=3a ）0-20-400-400-40ER50-6685焊 缝合格97,106,100 10145,34,37 4237,44,80 5456,21,30 36CHW-70C785焊 缝合格66,46,52 5430,60,54 4846,39,40 4261,52,13 4239,34,42 3842,42,45 4336,34,34 35CHW-80C820焊 缝合格78,52,70 6753,76,78 6973,45,70 6338,44,44 4240,39,29 3640,36,40 3930,27,32 30CHW707Ni700焊 缝合格42,48,40 4334,35,50 4027,14,18 2059,54,58 5748,60,54 5454,48,52 5127,38,30 32CHW757Ni750焊 缝合格60,51,48 5342,33,30 3522,40,36 3362,56,62 6057,42,44 4855,51,53 5344,45,44 44 注：1）表中板拉伸试验试样试验试样 均去除余高； 2）冷弯试验试验 弯芯直径为为D=3a，弯曲至180未发现发现 裂纹纹或断裂为为合格； 3）冲击试样击试样 尺寸为为51055mm。1.3 AG700MC钢抗裂性试验 采用优选的焊接材料ER50-6、CHW-70C、CHW-80C焊丝和CHW707Ni、 CHW757Ni焊条，在温湿可调试验室中进行了抗裂性试验，试验形式及过程参照 GB4675.1-84铁研抗裂性试验 。铁研试样形式及尺寸 AG700MC钢焊接第一次抗裂性试验结果焊接材料焊接条件环境 条件裂纹率（均值）坡口 表面状况电流 A电压 V间隙 mm预热 制度温度 湿度表面断面ER50-6打磨20022024261.92.1无0 0C 80RH00 未打磨20022024261.92.1无00 CHW-70C打磨24025027281.92.1无00 未打磨24025027281.92.1无00 CHW-80C打磨24025027281.92.1无085 未打磨24025027281.92.1无068 CHW707Ni打磨130525261.92.1无50100 CHW757Ni打磨170526271.92.1无5085注：CHW707Ni和CHW757Ni焊焊条使用前经经3501h烘培。a)ER50-6b)CHW-70C c)CHW-80C（开裂） d)CHW-707Ni （开裂） e)CHW-757Ni（开裂）第一次抗裂性试样解剖试样图AG700MC钢焊接第二次抗裂性试验结果 （CHW707Ni焊条使用前经3801h烘培）焊接 材料焊接条件环境条 件裂纹率 （均值）/ 预热 制度坡口 表面状况电流 A电压 V间隙 mm00C 80RH表面断面CHW707Ni烘干坡口未打磨 未打磨130525261.92.100预热5060130525261.92.100不预热130525261.92.100a)坡口烘干 b)钢钢板预热预热 50第二次抗裂性试样解剖试样图1.4焊缝组织对比ER50-6、CHW-70C、CHW-80C焊丝和CHW707Ni、CHW757Ni焊条，其焊接接头焊缝区、熔合区的组织类型相似。ER50-6焊丝焊缝组织 CHW-70C焊丝焊缝组织 CHW-80C焊丝焊缝组织 1.5 AG700MC钢匹配焊接材料的筛选 ER50-6和CHW-70C焊丝抗焊接接头拉强度分别为685MPa和785MPa， 51010mm试样冲击韧性0KV2 均值分别为101J、54J，-40KV2 均值分别为 54、42J，综合力学性能较好；抗裂性较好，在080RH环境条件下焊接无裂纹；CHW707Ni焊条焊接接头抗拉强度为700MPa，51010mm试样冲击韧性 0KV2 均值为43J，-40KV2 均值为20J，综合力学性能较好；3801h烘焙制 度后焊接，抗裂性较好，在080RH环境条件下焊接无裂纹。焊材强度韧性抗裂性成本选项ER50-6略低优良优良低 （6y/kg）可以考虑CHW-70C匹配优良优良中等（27y/kg ）可选CHW-80C匹配优良差高（42y/kg）不考虑CHW707Ni匹配优良一般中等（28y/kg ）可选CHW757Ni匹配优良一般高（34y/kg）不考虑2、优选焊材焊接AG700MC钢 焊接接头性能研究2.1 AG700MC钢焊接接头拉伸、冷弯试验 采用筛选出的焊接材料ER50-6、CHW-70C焊丝焊接 AG700MC钢，钢板规格8240500mm，保护气体为80Ar 20CO2，正反两道完成焊接。焊前无预热，焊接电流均为240 260A，电压2728V。接头板拉伸试验时保留余高，试验结果表明焊缝余高强化 效果明显，这两类焊接接头强度满足使用要求。焊接材料板拉伸冷弯（D=3a） Rm/MPa断裂位置正弯反弯 ER50-6785，785母材合格合格 CHW-70C790，805母材合格合格AG700MC钢焊接接头板拉伸试验结果 （保留余高）a) 冷弯试样试样 b)板拉伸试样试样 c)板拉深试样试样 断面带余高试样采用ER50-6、CHW-70C、CHW-80C焊丝和 CHW707Ni、CHW757Ni焊条，焊接AG700MC钢, 钢板规格8240500mm. 保护气体为80Ar 20%CO2。AG700MC钢接头应变时效试验按照 GB2655-89要求，试验前经5纵向拉伸预变形， 然后2501h热处理，取横向冲击试样（试样尺 寸为51055mm）。2.2AG700MC钢焊接接头应变时效试验AG700MC钢焊接接头应变时效试验结果焊接材料试验状态焊缝中心（KV2/J）熔合线（KV2/J） 0-400-40 CHW-707Ni时效前43205754 时效后27203317 应变时 效系数0.3700.420.69 CHW-757Ni时效前53336048 时效后26194840 应变时 效系数0.510.420.200.17 CHW-70C时效前544242/38 时效后37233630 应变时 效系数0.320.450.140.21 CHW-80C时效前67634236 时效后41273826 应变时 效系数0.390.570.090.28 ER50-6时效前10154/36 时效后38293226 应变时 效系数0.6240.463/0.278a)0焊缝焊缝 和熔合线应变时线应变时 效敏感系数 b)-40焊缝焊缝 和熔合线应变时线应变时 效敏感系数 焊缝区应变时效敏感系数2.3AG700MC钢焊接接头硬度试验ER50-6、CHW-70C焊丝焊接AG700MC钢焊接接头中硬度(HV10kg)分 布特点为：焊缝硬度略低于HAZ，但二者均较大幅度低于钢板，和钢 板比降幅达到15%，属于明显的低匹配焊接接头；同时也表明经过焊 接热循环作用，热影响区部分区域出现软化。a)ER50-6焊丝接头b)CHW-70C焊丝接头 2.4 AG700MC钢焊接接头组织试验a)ER50-6粗晶区 500 b)ER50-6细晶区 500 c)ER50-6部分重结晶区 500d) CHW-70C粗晶区 500 e) CHW-70C细晶区 500 f) CHW-70C部分重结晶区 500 a)焊缝焊缝 中心1 b)焊缝焊缝 中心2 c)靠近熔合区焊缝组织焊缝组织d)熔合线线区夹杂夹杂 物带带1 e) 熔合线线区夹杂夹杂 物带带2 f) 熔合线线区夹杂夹杂 物带带3ER50-6焊丝焊丝 20%CO2+80%Ar保护护气焊焊接对对接接头头各区SEM下组织组织 状态态g)约约0.5mm 宽宽的粗晶区 h)粗晶区粗大晶粒及贝贝氏体组织组织 i)基体组织组织ER50-6焊丝焊丝 20%CO2+80%Ar保护护气焊焊接对对接接头头各区SEM下组织组织 状态态d）靠近熔合区焊缝组织焊缝组织 中的夹杂夹杂物形态态e) 正常钛钛氧化物夹杂夹杂物能谱谱 f) 异常铝铝氧化物夹杂夹杂物能谱谱 g) 异常铝钛铝钛氧化物夹杂夹杂物能 谱谱ER50-6焊丝焊丝 20%CO2+80%Ar保护护气焊焊接对对接接头头TEM下焊缝组织焊缝组织 和夹杂夹杂 物2.5 A