摘要： 简明阐述了高强度、高韧性、综合性能稳定的超低碳贝氏体 Q550CFD 钢特点，进行了焊接性能试验并在离通风机上得以实际应用。
关键词：离心式通风机；超低碳贝氏体钢；焊接；叶轮
中图分类号： TG44 文献标识码： B
The application of ultra-low carbon bainite steel in centrifugal fan
Abstract: this paper has briefly specified the characteristics of ultra-low carbon bainite Q550CFD steel , which are high strength, high toughness , and comprehensive properties stability. The welding performance test is carried out and it has applied in centrifugal compressor.
Key words: centrifugal compressor; ultra-low carbon bainite steel ; welding; impeller
0 引言
离心通风机广泛应用在建材、冶金、电力、化工等各个领域。随着风机市场需求向高参数化、大型化发展，这就对风机产品采用的材料及制造工艺提出了更高、更新的要求，风机叶轮的制造必须要选用高强度、高韧性综合性能稳定，可焊性好的材料以确保产品的设计需要，运行安全可靠。
1 超低碳贝氏体钢的特性
超低碳贝氏体钢是国际上近20年来，发展起来的高纯净度、高强度、高韧性、焊接性能优良的新钢系，被称誉为21世纪钢种，它是现代冶金生产技术与物理冶金研究成果相结合的产物。钢的碳含量很低，因此碳的危害、碳化物析出的影响等问题基本消除，具有低的碳当量和较低的焊接裂纹敏感性，可以实现焊前不预热或低温预热、焊后不热处理，热影响粗晶区在各种冷却条件下均能得到极高韧性，钢材韧性明显高于同强度级别的普通微合金钢。属低焊接裂纹敏感性高强度钢，国际上称为CF钢。这类钢在发达国家的石油天燃气管线、工程机械、海洋设施、桥梁、压力容器等领域得到了广泛的应用[1]。
焊接性能的好坏是评价钢材使用性能的主要标志之一[2]。超低碳贝氏体钢除了强度和综合性能优于普通的低合金钢以外，良好的焊接性是在叶轮制造上应用的必要条件。钢材本身的性能、与之配套的焊接材料和正确的焊接工艺，是超低碳贝氏体钢在风机上应用的3个重要因素。
Q550CFD 钢技术指标见表1和表2。
表1 Q550CFD钢的化学成分
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C |
Si |
Mn |
P |
S |
Pcm |
|
不 大 于 |
|
0.08 |
0.50 |
1.80 |
0.020 |
0.010 |
0.25 |
|
为保证钢板的性能可添加V、Nb、Ti、Cr、Cu、Ni、Mo、B等合金元素，具体含量在质量证明书中注明。 |
. 表2 Q550CFD 钢的力学性能
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厚度/mm |
屈服强度/（N/mm2） |
抗拉强度/（N/mm2） |
伸长率/% |
弯曲180°
d=弯心直径
a=试样厚度 |
冲击功Akv/J
纵向 |
交货状态 |
|
≤50 |
≥550 |
670～830 |
≥16 |
d=3a |
-20℃ |
≥47 |
TMCP加回火 |
注：（1）钢的牌号表示方法：屈服点的汉语拼音字母（Q）、屈服强度数值、国际上代表低焊接裂纹敏感性的英文字母CF（crack free的缩写）及质量等级符号（C、D、E）组成，其中D为冲击值-20℃的。
（2）TMCP为钢板交货状态，温度-形变控轧控冷。
（3）Pcm为焊接裂纹敏感性指数，Pcm（%）=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Cr/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B 。
2 Q550CFD 钢斜Y型坡口抗裂性试验
2.1 试验方法与标准
采用富氩气体保护方法，参照GB/T4675.1《焊接性试验斜Y型坡口焊接裂纹试验方法》标准，进行了斜Y型坡口焊接裂纹试验。
２.2 试验结果
对于屈服强度500MPa级以上的钢，焊接时一般都需要进行100～150℃或经更高的温度预热后焊接。由于 Q550CFD属于低焊接裂纹敏感性高强度钢，实际碳当量小于0.40%、焊接裂纹敏感性指数远远小于0.25%，所以在试验中没有进行预热，在室温下焊接，空气中自然冷却，试件焊后放置48h以后解剖试件、加工试样，观测裂纹率，试验结果见表3。
表3 斜Y型坡口焊接裂纹试验结果
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钢号 |
板厚/mm |
焊接方法 |
试件温度/℃ |
表面裂纹率 |
根部裂纹率 |
断面裂纹率 |
|
Q550CFD |
20 |
富氩气体保护焊 |
5 |
0 |
0 |
0 |
从试验结果上看，试件未预热，试验条件又很严格，表面、根部、断面裂纹率均为0，证明Q550CFD钢抗裂性能良好。
３ Q550CFD 钢气体保护焊焊接工艺性试验
焊接试板长度方向为轧向，试板钢板厚20mm，长为500mm,宽为300mm。坡口型式：60°V型、1mm钝边、间隙2～3mm。预留反变形量，正面焊接后，将反面机械清根后焊接，焊接工艺参数见表4。
焊接接头性能试验结果见表5。
表4 Q550CFD 钢气体保护焊焊接工艺参数
|
焊接材料 |
保护气体 |
焊接电流/A |
电弧电压/V |
层间温度/℃ |
气体流量/L/min |
焊接速度cm/s |
|
强度级别为550MPa
直径φ1.2 |
Ar80%
+CO220% |
220～260 |
23～28 |
＜150 |
18～20 |
0.5 |
表5 焊接接头性能试验结果
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抗拉强度/（N/mm2) |
180°弯曲d=3a |
Akv(-20℃)/J |
|
710 |
侧弯合格 |
焊缝 |
65 |
41 |
68 |
平均值58 |
|
热影响区 |
220 |
121 |
222 |
平均值187 |
从试验的结果上看，该钢焊接性能良好，焊接接头强度、焊缝和热影响区冲击功达到材料的性能指标要求（购置焊丝的批次不同，焊缝的冲击功有所变化）。
4 Q550CFD钢在风机叶轮上的应用
叶轮是风机产品的心脏，运转中受着高速旋转产生的离心力和振动应力作用，而且运行工况特别复杂。产品设计需要屈服强度 550MPa 级别的材料，依据对 Q550CFD 钢的标准技术指标，焊接性试验和焊接接头的力学试验结果，制定了焊接工艺规程。同时结合本公司的生产制造能力，还对此钢板进行了下料切割、压型、机械车削等加工性试验，认为此钢具有高强度、高韧性、优异的焊接性。可完全解决大型风机叶轮在焊接过程中，为防止产生焊接裂纹，采取焊前预热的措施使工艺复杂，劳动条件恶化等问题，此钢板具有良好工艺加工性。我公司将低碳贝氏体 Q550CFD 低焊接裂纹敏感性高强度钢板应用在风机叶轮制造上。
５ 结论
我公司在国内风机行业中率先应用了低碳贝氏体 Q550CFD 钢板。生产了近百台风机产品已经发往各地，在不同工况下正常地运行了2年多，确认此钢具有稳定的综合性能，优异的焊接性，可满足大型离心通风机叶轮的使用要求。
参 考 文 献
[1] 候华兴,郝森,付博.屈服强度500N/mm2~600N/mm2级别Nb微合金化低碳贝氏体型厚板开发[J].世界金属导报,2006.
[2] 李亚江，王娟，刘鹏.低合金钢焊接及工程应用[J].化学工业出版社,2003．
