35CRMoV中碳低合金钢焊材适应性研究

刘建伟， 帅玉峰， 周文浩， 周金旭

（山西北方机械制造有限责任公司， 山西 太原 030003）

35CRMoV中碳低合金钢焊材适应性研究

刘建伟， 帅玉峰， 周文浩， 周金旭

（山西北方机械制造有限责任公司， 山西 太原 030003）

针对母材35CRMoV中碳低合金钢与自制的SP-1焊条以及CrMnMoV、CrMnNiMo焊条的适应性和力学性能进行研究，分析在不同的热处理情况下的微观组织、力学性能，以此来判断35CRMoV中碳低合金钢与各焊条的匹配关系，以便在焊接过程当中找到合适的焊材来匹配钻挺的材料，使其达到所需要的力学性能，保证钻挺在工作过程中能够平稳工作。

钻挺 适应性 焊条 力学性能

根据工厂实际生产需要对母材35CRMoV中碳低合金钢与自制的SP-1焊条以及CrMnMoV、CrMnNiMo焊条适应性和力学性能进行研究，可提高产品的性能，解决钻挺的焊接问题。本次试验分四个步骤进行，焊接了五对接头，分析了在不同的热处理情况下的微观组织、力学性能，以此来判断35CRMoV中碳低合金钢与各焊条的匹配关系[1]。

1 试验分析

1.1 母材成分（见表1）

1.2 预热温度

由公式“碳当量 =w（C）+w（Mn）/20+w（Ni）/15+[w（Cr）+w（Mo）+w（V）]/10+w（Si）/24+w（S）+w（P）”计算得碳当量在0.554～0.707之间预热温度按公式T=碳当量×360℃算得约199.0～254.4℃之间。

1.3 焊接接头

焊接接头形式如图1所示。

表1 母材成分%

图1 接头形式（单位：mm）

2 焊接过程与结果分析

第一、二次焊接，均采用山西北方机械制造有限责任公司（以下简称我厂）生产的Φ3.2 mm SP-1电焊条，第三次采用新配制的焊条CrMnMoV，焊条直径Φ4.0 mm，新配制的焊条CrMnNiMo，焊条直径Φ4.0 mm。焊前预热温度均在400℃以上，因为生产过程中施工现场温度低，所以提高了预热温度。

2.1 第一次试验情况

第一次焊接采用我厂生产的Φ3.2 mm SP-1电焊条，接头形式如图1所示的对接环焊缝。焊接规范为电流120 A，预先将焊条在350℃烘干2 h，工件预热到450℃以上，均温后取出，在自制的转台上立即对其焊接，由两个焊工轮换连续操作，层间温度不低于250℃。焊后进行调质处理，经超声波探索伤，有8处1.0～1.5 mm夹杂，无裂纹，其接头机械性能见表2，高低倍检查正常[2]。

2.2 第二次试验情况

与第一次情况相同，只是把焊条烘干温度提高到400℃，保持2 h，焊后600℃回火2 h，经超声波探伤无缺陷[3]。

2.3 第三次试验情况

根据前两次试验的结果看，接头屈服强度达不到800 MPa，第三次采用了新配制的直径Φ4 mm的CrMnMoV和CrMnNiMo两种焊条，其熔敷金属化学成分见表2。

表2 熔敷金属化学成分 %

焊后调质后的机械性能见表3，超声波探伤发现用CrMnMoV焊条焊接的接头夹杂物较多，低倍组织如图2所示。

图2 钻铤接头低倍组织

表3 35CrMoV焊条焊后调质后的机械性能表

图2-1为CrMnNiMo焊条焊接接头低倍照片，图2-2为CrMnMoV焊条焊接接头低倍照片，这是在70℃、30%的HCl溶液中腐蚀30 min得到的。从图2可以看出CrMnNiMo熔合较好，且耐腐蚀强，而CrMnMoV较差，两种接头的硬度试验结果基本相同，硬度（HRC）为 34～38，焊缝硬度（HRC）为 28～29，高倍组织如图3及图4所示，图3为CrMnMoV接头，图4为CrMnNiMo接头。

图3 CrMnMoVX400

图4 CrMnNiMo接头组织X400

从图3中可看出，金相组织均为索氏体，CrMnMoV晶粒度100×为6～7级。其CrMnNiMo接头组织熔合线组织粗大，焊缝组织较热影响区稍粗如图4所示，熔合线附近晶粒度100×观察为4级。

3 结论

1）从接头强度看，使用SP-1焊条焊接，焊后消除应力，其屈服强度平均在750 MPa以上，抗拉强度平均在950 MPa以上，延伸率平均在12.5%以上，断面收缩率平均为69%以上，-40℃时，焊缝冲击值平均为78.4 J/cm2。

2）采用两种合金系统的新焊条力学性屈服强度均能达到800 MPa以上，其综合性能较结构钢焊条高，而且达到母材的韧性要求。其中CrMnNiMo为优，冲出值较高。

[1] 华东石油学院矿机教研室.石油钻采机械[M].北京：石油工业出版社，1980.

[2] 李继志，曹玉德.关于往复式钻井泵理论计算的几个问题[J].华东石油学院学报（自然科学版），1986（4）：36-38.

[3] 翁绳璧，杨广里，张平之.钻挺接头的强度分析及延长使用寿命的措施[J].石油机械，1989，17（2）：26-29.

（编辑：王瑾）

Adaptability Research on 35CRMoV Medium-carbon Low-alloy Steel Welding Material

Liu Jianwei，Shuai Yufeng,Zhou Wenhao,Zhou Jinxu
（Shanxi North Mechine-building Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030009）

The adaptability and mechanical properties of base material 35CRMoV medium-carbon and low-alloy steel self-made SP-1 electrode and CrMnMoV CrMnNiMo electrode are studied.The microstructure and mechanical properties under different heat treatment are analyzed in order to determine the matching relationship of 35CRMoV medium-carbon low-alloy steel with each electrode,and find a suitable material to match drill collar in welding process,achievingthe required mechanical properties,ensuringthat the drill collar can work smoothlyin the process ofwork.

drill collar,adaptability,electrode,mechanical property

TG142.1

A

1672-1152（2017）04-0025-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.10

2017-07-11

刘建伟（1963—），男，大专，山西兵器职工大学，高级工程师，主要从事多年工艺和工装设计、研发。