第三章_低合金鋼焊接

1、金屬焊接基礎(chǔ)主講：葉喜蔥主講：葉喜蔥第三章第三章 低合金鋼焊接及工程應(yīng)用低合金鋼焊接及工程應(yīng)用 第五節(jié)第五節(jié) 低溫用鋼的焊接低溫用鋼的焊接 第四節(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接第四節(jié)中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接 第三節(jié)低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼的焊接第三節(jié)低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼的焊接第二節(jié)第二節(jié) 熱軋及正火鋼的焊接熱軋及正火鋼的焊接第一節(jié)第一節(jié) 低合金鋼概述低合金鋼概述 復(fù)習(xí)思考題復(fù)習(xí)思考題 第六節(jié)第六節(jié) 低合金耐腐蝕鋼的焊接低合金耐腐蝕鋼的焊接 v低合金鋼實(shí)在碳素鋼的基礎(chǔ)上添加一定量的低合金鋼實(shí)在碳素鋼的基礎(chǔ)上添加一定量的合金元素冶煉而成的，其合金元素的質(zhì)量分合金元素冶煉而成的，其合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不超過(guò)數(shù)一般不超過(guò)5%（10%

2、-中合金），加入合中合金），加入合金元素的目的，是在保證足夠的塑性和韌性金元素的目的，是在保證足夠的塑性和韌性的基礎(chǔ)上獲得較高的強(qiáng)度或滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)工作條的基礎(chǔ)上獲得較高的強(qiáng)度或滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)工作條件提出的特殊要求，如耐低溫、耐高溫或耐件提出的特殊要求，如耐低溫、耐高溫或耐腐蝕等。腐蝕等。第一節(jié) 低合金鋼概述合金結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，種類(lèi)繁多，可按化學(xué)成分、合金系統(tǒng)、組織狀態(tài)、用途或使用性能等方面進(jìn)行分類(lèi)。合金元素在鋼中的作用一、對(duì)鋼中基本相的影響一、對(duì)鋼中基本相的影響 合金元素在鋼中存在的形式有兩類(lèi)型，一種是溶合金元素在鋼中存在的形式有兩類(lèi)型，一種是溶解到碳鋼原有的相中，另一種是形成新相，存在形式解到碳

3、鋼原有的相中，另一種是形成新相，存在形式?jīng)Q定于元素的數(shù)量和性質(zhì)。其中關(guān)鍵在于元素與碳的決定于元素的數(shù)量和性質(zhì)。其中關(guān)鍵在于元素與碳的親和力。親和力。 非碳化物形成元素非碳化物形成元素 這類(lèi)元素與碳的親合力比鐵這類(lèi)元素與碳的親合力比鐵弱，常用元素主要有弱，常用元素主要有NiNi、CoCo、SiSi、AlAl、B B等。它們等。它們?cè)诘蜏貢r(shí)溶解在鐵素體中，高溫時(shí)溶解于奧氏體中。在低溫時(shí)溶解在鐵素體中，高溫時(shí)溶解于奧氏體中。所有元素的溶入，由于固溶強(qiáng)化的結(jié)果，均提高材所有元素的溶入，由于固溶強(qiáng)化的結(jié)果，均提高材料的強(qiáng)度和硬度。料的強(qiáng)度和硬度。CrCr、NiNi、MnMn少量溶入時(shí)，對(duì)塑性少量溶入時(shí)，

4、對(duì)塑性影響不大，而因強(qiáng)度的提高了材料的韌性；當(dāng)數(shù)量影響不大，而因強(qiáng)度的提高了材料的韌性；當(dāng)數(shù)量過(guò)多或其他一些元素的加入會(huì)對(duì)材料的塑性帶來(lái)少過(guò)多或其他一些元素的加入會(huì)對(duì)材料的塑性帶來(lái)少量的下降量的下降。 碳化物形成元素碳化物形成元素 這類(lèi)元素與碳的親合力比鐵強(qiáng)，這類(lèi)元素與碳的親合力比鐵強(qiáng)，常用元素主要有常用元素主要有MnMn、CrCr、W W、MoMo、V V、ZrZr、NbNb、TiTi等。等。量少時(shí)溶入滲碳體中，形成合金滲碳體量少時(shí)溶入滲碳體中，形成合金滲碳體 (Fe,M)(Fe,M)3 3C C，一般合金滲碳體都比一般合金滲碳體都比FeFe3 3C C穩(wěn)定，在奧氏體中的溶解穩(wěn)定，在奧氏體中

5、的溶解和聚集長(zhǎng)大比和聚集長(zhǎng)大比FeFe3 3C C難。當(dāng)鋼中合金元素和碳量都較難。當(dāng)鋼中合金元素和碳量都較高時(shí)，可形成穩(wěn)定性更高的合金碳化物，常見(jiàn)的有高時(shí)，可形成穩(wěn)定性更高的合金碳化物，常見(jiàn)的有MnMn3 3C C、CrCr7 7C C3 3、CrCr2323C C6 6、FeFe4 4W W2 2C C、WCWC、MoCMoC、VCVC、TiCTiC等，它們具有比滲碳體更高的熔點(diǎn)和更高的硬度。等，它們具有比滲碳體更高的熔點(diǎn)和更高的硬度。 與碳、碳之外的其他元素的結(jié)合與碳、碳之外的其他元素的結(jié)合 合金元素與非合金元素與非金屬元素金屬元素N N、O O、S S結(jié)合，生產(chǎn)夾雜物，鋼中常見(jiàn)的結(jié)合，生

6、產(chǎn)夾雜物，鋼中常見(jiàn)的有有TiNTiN、AlNAlN、SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、MnSMnS、NiNi3 3AlAl、NiNi3 3TiTi等。等。此外此外PbPb、CuCu、C(C(石墨石墨) )以游離態(tài)的方式存在于鋼中。以游離態(tài)的方式存在于鋼中。 二、對(duì)鐵碳相圖的影響 擴(kuò)大擴(kuò)大相區(qū)相區(qū) 合金元素的加入，使合金元素的加入，使A3A3線下移，而線下移，而A4A4上揚(yáng)，擴(kuò)上揚(yáng)，擴(kuò)大了大了相區(qū)。這類(lèi)元素有相區(qū)。這類(lèi)元素有MnMn、NiNi、CoCo、N N等，也稱(chēng)為等，也稱(chēng)為相穩(wěn)定相穩(wěn)定化元素。碳也是屬于擴(kuò)大化元素。碳也是屬于擴(kuò)大相區(qū)的元素。當(dāng)它們的含量增加，相區(qū)的元素。當(dāng)它們

7、的含量增加，A1A1線也下移。當(dāng)它們的含量超過(guò)一定量后，以致在室溫下只線也下移。當(dāng)它們的含量超過(guò)一定量后，以致在室溫下只有單相的奧氏體存在，即有單相的奧氏體存在，即A1A1點(diǎn)降到室溫以下或根本不出現(xiàn)點(diǎn)降到室溫以下或根本不出現(xiàn)fccfcc向向bccbcc的轉(zhuǎn)變，這時(shí)的鋼稱(chēng)為奧氏體類(lèi)型鋼。的轉(zhuǎn)變，這時(shí)的鋼稱(chēng)為奧氏體類(lèi)型鋼?？s小縮小相區(qū)相區(qū) 合金元素的加入，使合金元素的加入，使A3A3線上移，而線上移，而A4A4下移，為下移，為縮小縮小相區(qū)，這類(lèi)元素有相區(qū)，這類(lèi)元素有CrCr、MoMo、W W、V V、TiTi、AlAl、SiSi等，也等，也稱(chēng)為稱(chēng)為相穩(wěn)定化元素。當(dāng)碳的含量較低，縮小相穩(wěn)定化元素。當(dāng)

8、碳的含量較低，縮小相區(qū)的合金相區(qū)的合金元素使元素使A3A3線在線在G G點(diǎn)以上，點(diǎn)以上，A4A4線在線在N N點(diǎn)以下，兩線相遇，造成點(diǎn)以下，兩線相遇，造成相區(qū)封閉，含量超過(guò)一定量后，致在室溫下的鐵素體升溫直相區(qū)封閉，含量超過(guò)一定量后，致在室溫下的鐵素體升溫直到溶化也不出現(xiàn)到溶化也不出現(xiàn)bccbcc向向fccfcc的轉(zhuǎn)變，即的轉(zhuǎn)變，即相和高溫的相和高溫的相區(qū)相相區(qū)相通。另外，通。另外，B B、NbNb、ZrZr只能縮小只能縮小相區(qū)，而達(dá)不到封閉。相區(qū)，而達(dá)不到封閉。 影響共析點(diǎn)影響共析點(diǎn)S S的成分的成分 合金元素的加入，隨著對(duì)合金元素的加入，隨著對(duì)相區(qū)的縮小相區(qū)的縮小或擴(kuò)大，除造成或擴(kuò)大，除造

9、成A1A1溫度的上升或下降外，對(duì)溫度的上升或下降外，對(duì)S S點(diǎn)還會(huì)造成左右點(diǎn)還會(huì)造成左右移動(dòng)，即改變移動(dòng)，即改變S S點(diǎn)的成分。統(tǒng)計(jì)表明，幾乎所有的元素都使點(diǎn)的成分。統(tǒng)計(jì)表明，幾乎所有的元素都使S S點(diǎn)左移，同時(shí)點(diǎn)左移，同時(shí)E E點(diǎn)也隨之左移。例如在點(diǎn)也隨之左移。例如在MoMo、W W、TiTi含量高的鋼含量高的鋼中，中，0.30.30.4%0.4%的碳量已是過(guò)共析鋼，而含碳量達(dá)到的碳量已是過(guò)共析鋼，而含碳量達(dá)到0.80.81.01.0就超過(guò)了就超過(guò)了E E點(diǎn)，在鋼的組織中出現(xiàn)了萊氏體。點(diǎn)，在鋼的組織中出現(xiàn)了萊氏體。 三、對(duì)相變過(guò)程的影響 1 1加熱轉(zhuǎn)變加熱轉(zhuǎn)變 奧氏體形成速度奧氏體形成速度

10、合金元素與碳的親和力明顯的影響碳的遷移速合金元素與碳的親和力明顯的影響碳的遷移速度。其中非碳化物元素中部分，度。其中非碳化物元素中部分，CoCo、NiNi可加速奧氏體化，另可加速奧氏體化，另一些作用不明顯，但不會(huì)減慢；碳化物元素中部分，一些作用不明顯，但不會(huì)減慢；碳化物元素中部分，CrCr、MoMo、W W、V V、TiTi大大減慢奧氏體的形成，另一些作用不明顯，但不大大減慢奧氏體的形成，另一些作用不明顯，但不會(huì)加速。所有元素在奧氏體中的需要均勻化，故奧氏體化的會(huì)加速。所有元素在奧氏體中的需要均勻化，故奧氏體化的時(shí)間必需加長(zhǎng)。有些強(qiáng)碳化物元素在奧氏體中溶解十分困難，時(shí)間必需加長(zhǎng)。有些強(qiáng)碳化物元

11、素在奧氏體中溶解十分困難，奧氏體化的溫度有的要求奧氏體化的溫度有的要求1000100011001100或更高?；蚋?。奧氏體的晶粒度奧氏體的晶粒度 奧氏體化中的晶粒長(zhǎng)大過(guò)程，隨著與碳的結(jié)合奧氏體化中的晶粒長(zhǎng)大過(guò)程，隨著與碳的結(jié)合力的增加，表現(xiàn)出阻礙作用。強(qiáng)碳化物形成元素，如力的增加，表現(xiàn)出阻礙作用。強(qiáng)碳化物形成元素，如V V、TiTi、NbNb、ZrZr就可以強(qiáng)烈阻止奧氏體晶粒生長(zhǎng)；一般碳化物形成元就可以強(qiáng)烈阻止奧氏體晶粒生長(zhǎng)；一般碳化物形成元素，如素，如W W、MoMo、CrCr可以一定程度的阻止奧氏體晶粒生長(zhǎng)；非碳可以一定程度的阻止奧氏體晶粒生長(zhǎng)；非碳化物形成元素，如化物形成元素，如SiS

12、i、NiNi、CuCu對(duì)奧氏體晶粒幾乎不發(fā)生影響；對(duì)奧氏體晶粒幾乎不發(fā)生影響；而而MnMn、P P會(huì)促進(jìn)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。會(huì)促進(jìn)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。 1 1對(duì)過(guò)冷奧氏體分解對(duì)過(guò)冷奧氏體分解 合金元素對(duì)過(guò)冷奧氏體分解的影響其實(shí)反映在對(duì)鋼合金元素對(duì)過(guò)冷奧氏體分解的影響其實(shí)反映在對(duì)鋼的的TTTTTT曲線的影響。曲線的影響。淬透性淬透性 CoCo使使C C曲線左移，降曲線左移，降低鋼的淬透性，其它元素都使低鋼的淬透性，其它元素都使C C曲線右移，提高淬透性。曲線右移，提高淬透性。馬氏體點(diǎn)馬氏體點(diǎn) 除除SiSi、AlAl外，這些外，這些元素還會(huì)使鋼的馬氏體點(diǎn)的溫元素還會(huì)使鋼的馬氏體點(diǎn)的溫度下降。降低鋼的馬

13、氏體點(diǎn)，度下降。降低鋼的馬氏體點(diǎn)，在淬火到室溫時(shí)的殘余奧氏體在淬火到室溫時(shí)的殘余奧氏體增加。增加。 1 1對(duì)過(guò)冷奧氏體分解對(duì)過(guò)冷奧氏體分解 對(duì)對(duì)C C曲線的形狀曲線的形狀 其中主其中主要表現(xiàn)為要表現(xiàn)為C C曲線彎曲出現(xiàn)曲線彎曲出現(xiàn)兩個(gè)鼻尖，珠光體轉(zhuǎn)變兩個(gè)鼻尖，珠光體轉(zhuǎn)變和貝氏體轉(zhuǎn)變各對(duì)應(yīng)一和貝氏體轉(zhuǎn)變各對(duì)應(yīng)一個(gè)，嚴(yán)重的造成這兩個(gè)個(gè)，嚴(yán)重的造成這兩個(gè)轉(zhuǎn)變曲線分離，中間出轉(zhuǎn)變曲線分離，中間出現(xiàn)一亞穩(wěn)區(qū)，有的對(duì)其現(xiàn)一亞穩(wěn)區(qū)，有的對(duì)其中某一種轉(zhuǎn)變有抑制作中某一種轉(zhuǎn)變有抑制作用，兩個(gè)鼻尖一前一后，用，兩個(gè)鼻尖一前一后，而嚴(yán)重時(shí)，其中的某一而嚴(yán)重時(shí)，其中的某一中轉(zhuǎn)變受抑制，而只能中轉(zhuǎn)變受抑制，而只能發(fā)生一

14、種轉(zhuǎn)變，如出現(xiàn)發(fā)生一種轉(zhuǎn)變，如出現(xiàn)貝氏體鋼貝氏體鋼 。四、對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響 1 1提高了鋼的回火穩(wěn)定性提高了鋼的回火穩(wěn)定性 回火穩(wěn)定性是表示鋼對(duì)于回火時(shí)發(fā)生軟化過(guò)程的抵抗能力。回火穩(wěn)定性是表示鋼對(duì)于回火時(shí)發(fā)生軟化過(guò)程的抵抗能力。 提高回火穩(wěn)定性表現(xiàn)為許多合金元素可以使回火過(guò)程中各個(gè)提高回火穩(wěn)定性表現(xiàn)為許多合金元素可以使回火過(guò)程中各個(gè)轉(zhuǎn)變速度減慢，或完成或達(dá)到同樣的回火效果需要更高的溫度。轉(zhuǎn)變速度減慢，或完成或達(dá)到同樣的回火效果需要更高的溫度。這是由于它們減緩碳的擴(kuò)散，推遲馬氏體分解，在高溫下碳化這是由于它們減緩碳的擴(kuò)散，推遲馬氏體分解，在高溫下碳化物的長(zhǎng)大速度也被減緩。同樣溫度下回火的硬度就較

15、高。物的長(zhǎng)大速度也被減緩。同樣溫度下回火的硬度就較高。 2 2產(chǎn)生二次硬化效果產(chǎn)生二次硬化效果 一些含一些含W W、MoMo、V V較高的鋼中，回火溫度升高到一定程度后，較高的鋼中，回火溫度升高到一定程度后，出現(xiàn)硬度上升，一般在出現(xiàn)硬度上升，一般在500500600600中出現(xiàn)一硬度的高峰值，這中出現(xiàn)一硬度的高峰值，這種現(xiàn)象稱(chēng)為種現(xiàn)象稱(chēng)為“二次硬化二次硬化”。 淬火后的殘余奧氏體較多且十分穩(wěn)定，在回火時(shí)并未發(fā)淬火后的殘余奧氏體較多且十分穩(wěn)定，在回火時(shí)并未發(fā)生轉(zhuǎn)變，而內(nèi)應(yīng)力大大減小，在冷卻時(shí)這些奧氏體又部分的發(fā)生轉(zhuǎn)變，而內(nèi)應(yīng)力大大減小，在冷卻時(shí)這些奧氏體又部分的發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，材料的硬度得到提高

16、；在生馬氏體轉(zhuǎn)變，材料的硬度得到提高；在500500600600下，馬下，馬氏體才出現(xiàn)分解，析出的高硬度的碳化物彌散細(xì)小，自身硬度氏體才出現(xiàn)分解，析出的高硬度的碳化物彌散細(xì)小，自身硬度高，同時(shí)強(qiáng)化了鐵素體的基體。高，同時(shí)強(qiáng)化了鐵素體的基體。 3 3出現(xiàn)第二類(lèi)回火脆性出現(xiàn)第二類(lèi)回火脆性 回火脆性是鋼在淬火后回火時(shí)，在一定的溫度范圍內(nèi)，韌回火脆性是鋼在淬火后回火時(shí)，在一定的溫度范圍內(nèi)，韌性出現(xiàn)谷值，或表現(xiàn)出明顯的脆化現(xiàn)象稱(chēng)為回火脆性。性出現(xiàn)谷值，或表現(xiàn)出明顯的脆化現(xiàn)象稱(chēng)為回火脆性。 一般的碳鋼和合金鋼在一般的碳鋼和合金鋼在350350附附近回火都出現(xiàn)這種現(xiàn)象，稱(chēng)為第一近回火都出現(xiàn)這種現(xiàn)象，稱(chēng)為第一

17、類(lèi)回火脆性，通常是不可避免的，類(lèi)回火脆性，通常是不可避免的，所以回火不宜在這個(gè)溫度進(jìn)行。部所以回火不宜在這個(gè)溫度進(jìn)行。部分合金鋼在分合金鋼在500500650650回火后緩冷回火后緩冷時(shí)，也出現(xiàn)韌性下降，稱(chēng)為第二類(lèi)時(shí)，也出現(xiàn)韌性下降，稱(chēng)為第二類(lèi)回火脆性，通常認(rèn)為是部分合金元回火脆性，通常認(rèn)為是部分合金元素如素如NiNi、CrCr、MnMn或雜質(zhì)或雜質(zhì)S S、P P等在晶等在晶界處出現(xiàn)偏聚有關(guān)，只要在回火后界處出現(xiàn)偏聚有關(guān)，只要在回火后采用較快的速度冷卻，如在水或油采用較快的速度冷卻，如在水或油中冷卻，就可以避免第二類(lèi)回火脆中冷卻，就可以避免第二類(lèi)回火脆性的產(chǎn)生。性的產(chǎn)生。 v低合金鋼分類(lèi)低合金

18、鋼分類(lèi)v近年來(lái)這類(lèi)鋼又開(kāi)發(fā)出具有很大發(fā)展前途的新鋼種，如微合金化控軋鋼、焊接無(wú)裂紋鋼（CF鋼）、抗層狀撕裂鋼（Z向鋼）和焊接大熱輸入鋼等，主要用在嚴(yán)寒地區(qū)輸油管線、海上采油平臺(tái)、大型壓力容器、大型水輪機(jī)蝸殼和大跨度全焊接橋梁等工程中。v國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)見(jiàn)表3-1。 類(lèi)類(lèi) 型型類(lèi)別類(lèi)別屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)/MPa/MPa常用鋼牌號(hào)常用鋼牌號(hào)高高強(qiáng)強(qiáng)度度鋼鋼熱軋及熱軋及正火鋼正火鋼295295490490Q295(Cu)Q295(Cu)、09Mn2Si09Mn2Si、Q345(Cu)Q345(Cu)、Q390Q390、Q390(Cu)Q390(Cu)、Q420Q420、18MnMoNb18Mn

19、MoNb、14MnMoV14MnMoV、WH530WH530、X60X60、D36D36低碳低碳調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼49049098098014MnMoVN14MnMoVN、14MnMoNbB14MnMoNbB、WCF60WCF60、WCF62WCF62、HQ70HQ70、HQ80HQ80、HQ100HQ100、T-1T-1、HY80HY80、HY110HY110中碳中碳調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼8808801176117635CrMoA35CrMoA、35CrMoVA35CrMoVA、30CrMnSiA30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA40CrMnSiM

20、oVA、40CrNiMoA40CrNiMoA、34CrNi3MoA34CrNi3MoA專(zhuān)專(zhuān)用用鋼鋼珠光體耐熱珠光體耐熱鋼鋼26526564064012CrMo12CrMo、15CrMo15CrMo、2.25Cr1Mo2.25Cr1Mo、12Cr1MoV12Cr1MoV、15Cr1Mo1V15Cr1Mo1V、12Cr5Mo12Cr5Mo、12Cr9Mo112Cr9Mo1、12Cr2MoWVB12Cr2MoWVB、12Cr3MoVSiTiB12Cr3MoVSiTiB低溫鋼低溫鋼34334358558509Mn2V09Mn2V、06AlCuNbN06AlCuNbN、2.5Ni2.5Ni、3.5Ni3

21、.5Ni、5Ni5Ni、9Ni9Ni低合金耐蝕低合金耐蝕鋼鋼- -12MnCuCr12MnCuCr、09MnCuPTi09MnCuPTi、09CuPCrNi09CuPCrNi、12AlMoV12AlMoV、12AlMo12AlMo、15Al3MoWTi15Al3MoWTi表3-1低合金高強(qiáng)鋼(強(qiáng)度用鋼 )低合金特殊用鋼（專(zhuān)用鋼） 合金結(jié)構(gòu)鋼(按用途)珠光體耐熱鋼 低溫鋼 低合金耐蝕鋼 熱軋及正火鋼低碳調(diào)質(zhì)鋼中碳調(diào)質(zhì)鋼（1）熱軋及正火鋼 v屈服點(diǎn)為295490MPa，在熱軋或正火狀態(tài)下使用，屬于非熱處理強(qiáng)化鋼，包括微合金化控軋鋼、焊接無(wú)裂紋鋼和抗層狀撕裂鋼，盡管采用了不同的冶煉和控軋技術(shù)，但從本

22、質(zhì)上講它們都屬于正火鋼。v這類(lèi)鋼廣泛應(yīng)用于常溫下工作的各種焊接結(jié)構(gòu)，如壓力容器、動(dòng)力設(shè)備、工程機(jī)械、橋梁、建筑結(jié)構(gòu)和管線等。（2）低碳調(diào)質(zhì)鋼 v屈服點(diǎn)為490980MPa，在調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火）狀態(tài)下供貨使用，屬于熱處理強(qiáng)化鋼。其特點(diǎn)是含碳量較低（碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般低于0.22%）、合金元素總量低于5%，既有高的強(qiáng)度，又有良好的塑性和韌性，可以直接在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下進(jìn)行焊接，焊后也不需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。v這類(lèi)鋼在焊接結(jié)構(gòu)中也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，主要用于大型機(jī)械工程、壓力容器及艦船等。（3）中碳調(diào)質(zhì)鋼 v屈服點(diǎn)一般在8801176MPa或以上，鋼中含碳量比低碳調(diào)質(zhì)鋼高（碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%0.5%）

23、，也屬于熱處理強(qiáng)化鋼。其淬硬性比低碳調(diào)質(zhì)鋼高很多，具有很高的強(qiáng)度和硬度，但韌性較低，給焊接帶來(lái)很大的困難，因此一般是在退火狀態(tài)下焊接，焊后再進(jìn)行整體熱處理來(lái)達(dá)到所要求的強(qiáng)度和硬度。v這類(lèi)鋼主要用于強(qiáng)度要求很高的產(chǎn)品或部件，如飛機(jī)起落架、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體等。2專(zhuān)用鋼v專(zhuān)用鋼是指專(zhuān)門(mén)用于在特定條件下工作的機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)的鋼。按用途不同分為珠光體耐熱鋼、低溫鋼和低合金耐蝕鋼。（1）珠光體耐熱鋼 v具有較好的高溫強(qiáng)度和高溫抗氧化性，其最高工作溫度為500600，可用于在這一溫度下工作的動(dòng)力設(shè)備和化工設(shè)備等。它是以Cr、Mo為基礎(chǔ)的低中合金鋼。隨著使用溫度的提高，鋼中往往還加入W、V、Nb、B等合金元

24、素。（2）低溫鋼 v具有良好的低溫韌性，其工作溫度為-40-196，可用于各種低溫容器（液化石油氣-45、液化天然氣-162）、嚴(yán)寒地區(qū)的工程結(jié)構(gòu)（橋梁、管道等）和露天礦山機(jī)械等。這類(lèi)鋼中大部分含有Ni，一般在正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，和普通低合金鋼的區(qū)別在于除具有滿(mǎn)足要求的的強(qiáng)度外，還必須具有足夠的低溫韌性。（3）低合金耐蝕鋼 v除具有一般的力學(xué)性能外，還必須滿(mǎn)足耐腐蝕性能的特殊要求，主要用于在大氣、海水、石油化工等腐蝕性介質(zhì)中工作的各種零件和結(jié)構(gòu)。由于所處介質(zhì)不同，耐蝕鋼的成分和類(lèi)型也不同，應(yīng)用最多的是耐大氣和海水腐蝕用鋼。第二節(jié)第二節(jié) 熱軋及正火鋼的焊接熱軋及正火鋼的焊接熱處理屈服強(qiáng)度/ M

25、Pa合金系熱軋鋼鋼錠加熱1300，熱軋，空冷294343C-Mn、Mn-Si正火鋼鋼板再加熱900 ，空冷343490C-Mn、Mn-Si系，添加碳、氮化物形成元素 屈服強(qiáng)度為294490MPa，在熱軋或正火狀態(tài)下使用，屬于非熱處理強(qiáng)化鋼。v 強(qiáng)化機(jī)理： 熱軋鋼：固溶強(qiáng)化（Si、Mn） 正火鋼：固溶強(qiáng)化 + 沉淀強(qiáng)化+細(xì)晶強(qiáng)化（ V、Ti、Mo、Nb） 正火鋼的強(qiáng)化方式多于熱軋鋼，因此其強(qiáng)度一般高于熱軋鋼， 另外也可以看出，熱軋及正火鋼基于其強(qiáng)化機(jī)理，強(qiáng)度直接取決于合金元素的含量，強(qiáng)度要求越高，所需加入的合金元素元素越多，但合金元素增加所帶來(lái)的塑性、韌性損失越大。 熱軋及正火鋼價(jià)格便宜，綜合力

26、學(xué)性能較好,廣泛應(yīng)用于常溫下工作的一些受力結(jié)構(gòu)，如壓力容器、動(dòng)力設(shè)備、工程機(jī)械、橋梁、建筑結(jié)構(gòu)和管線等。第二節(jié)第二節(jié) 熱軋及正火鋼的焊接熱軋及正火鋼的焊接一、熱軋鋼及正火鋼的成分和性能一、熱軋鋼及正火鋼的成分和性能二、熱軋鋼及正火鋼的焊接性分析二、熱軋鋼及正火鋼的焊接性分析三、熱軋鋼及正火鋼的焊接工藝三、熱軋鋼及正火鋼的焊接工藝四、典型鋼種的焊接實(shí)例四、典型鋼種的焊接實(shí)例 一、熱軋鋼及正火鋼的成分和性能一、熱軋鋼及正火鋼的成分和性能 熱軋鋼熱軋鋼屈服強(qiáng)度：（屈服強(qiáng)度：（294294343343）MPaMPa級(jí)級(jí)合金系：合金系：C-MnC-Mn或或Mn-SiMn-Si系系（主要通過(guò)（主要通過(guò) S

27、iSi、MnMn的固的固溶強(qiáng)化作用保證其強(qiáng)度）溶強(qiáng)化作用保證其強(qiáng)度） 基本成分：基本成分：C0.2%C0.2%，Si0.55%Si0.55%，Mn1.5% Mn1.5% v成分特點(diǎn)：成分特點(diǎn)：a. a. 含碳量低含碳量低塑性、韌性較好塑性、韌性較好b b常用常用SiSi和和MnMn作為主加合金化元素作為主加合金化元素產(chǎn)生固產(chǎn)生固溶強(qiáng)化獲得高強(qiáng)度溶強(qiáng)化獲得高強(qiáng)度MnMn的應(yīng)用普遍的應(yīng)用普遍（Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)0.6%后對(duì)沖擊韌性不利，使韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高；C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)0.3%和Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)1.6%后，焊接時(shí)易出現(xiàn)裂紋，在熱軋鋼焊接區(qū)還會(huì)出現(xiàn)脆性的淬硬組織） 。 c c在特殊狀態(tài)下加入了少

28、量的在特殊狀態(tài)下加入了少量的V V和和NbNb沉淀強(qiáng)沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化化和細(xì)晶強(qiáng)化典型鋼種：典型鋼種：16Mn16Mn，組織：細(xì)晶鐵素體，組織：細(xì)晶鐵素體+ +珠光體珠光體 15MnV V15MnV V細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化（細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化（390MPa390MPa） 使用狀態(tài)：使用狀態(tài)：一般在熱軋狀態(tài)下使用，但在特殊情一般在熱軋狀態(tài)下使用，但在特殊情況下（要求況下（要求沖擊韌性或板厚），最好在正火狀沖擊韌性或板厚），最好在正火狀態(tài)下使用。態(tài)下使用。 v 正火鋼正火鋼： 當(dāng)要求鋼的屈服強(qiáng)度s392MPa后，在固溶強(qiáng)化的同時(shí)，必須加強(qiáng)合金元素的沉淀強(qiáng)化作用。正火鋼是在固溶強(qiáng)化的基礎(chǔ)上，加入一些碳

29、、氮化合物形成元素（如V、Nb、Ti和Mo等），通過(guò)沉淀強(qiáng)化和細(xì)化晶粒進(jìn)一步提高鋼材的強(qiáng)度和保證韌性。 成分特點(diǎn)：熱軋鋼的成分 + V、Ti、Mo、Nb 強(qiáng)化機(jī)理： 固溶強(qiáng)化 + 沉淀強(qiáng)化+細(xì)化晶粒 屈服強(qiáng)度：（343490）MPa 使用狀態(tài)：正火 正火處理的目的是為了使鋼中合金元素形成的碳、氮化合物以細(xì)小的化合物質(zhì)點(diǎn)從固溶體中沉淀析出，彌散分布在晶內(nèi)和晶界，產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化，并起細(xì)化晶粒的作用，可以在提高鋼材強(qiáng)度的同時(shí)，改善鋼材的塑性和韌性，避免過(guò)分固溶強(qiáng)化所造成的脆性。 對(duì)于含Mo鋼來(lái)說(shuō)，正火后還必須進(jìn)行回火才能保證良好的塑性和韌性。因此，正火鋼又可分為：1)1)正火狀態(tài)下使用的鋼正火狀態(tài)下使

30、用的鋼v 除15MnTi外，主要是V、Nb鋼：15MnV 利用V、Nb元素形成的碳、氮化物彌散質(zhì)點(diǎn)所起的沉淀強(qiáng)化和細(xì)化晶粒的作用來(lái)達(dá)到良好的綜合性能v 此外15MnVN、美國(guó)的737C、德國(guó)的FG39加入N形成Mn-V-N系列鋼，由于增加了氮化釩的沉淀強(qiáng)化作用，使屈服強(qiáng)度s由Mn-V鋼的392MPa提高到441MPa， v 其主要特點(diǎn)是屈強(qiáng)比（s/b）較高 2) 2)正火正火+ +回火狀態(tài)下使用的鋼：回火狀態(tài)下使用的鋼： 這類(lèi)鋼主要是指含Mo鋼，如14MnMoV、18MnMoNb等在低合金鋼中加入一定量的Mo，可細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度，還可以提高鋼材的中溫性能。因此含Mo的低合金正火鋼適于制造中溫

31、厚壁壓力容器。但含Mo鋼在較高的正火溫度或較快速度的連續(xù)冷卻下，得到的組織為上貝氏體和少量的鐵素體，其韌性和焊接性較差，因此正火鋼必須回火處理以改善鋼材的塑性和韌性。 3) 3)微合金化控軋鋼微合金化控軋鋼 采用微合金化（加入微量采用微合金化（加入微量NbNb、V V、Ti ) Ti ) 和和控制軋制技術(shù)達(dá)到細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化相結(jié)控制軋制技術(shù)達(dá)到細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化相結(jié)合的效果，同時(shí)從冶煉工藝上采取了降合的效果，同時(shí)從冶煉工藝上采取了降C C降降S S，改變夾雜物形態(tài)，提高鋼的純度等措施，使改變夾雜物形態(tài)，提高鋼的純度等措施，使鋼具有均勻的細(xì)晶粒等軸鐵素體基體。鋼具有均勻的細(xì)晶粒等軸鐵素體基體。

32、X70X70除加微量除加微量NbNb、V V、Ti Ti 外，還加入外，還加入NiNi、CrCr、CuCu、MoMo。 焊接性理論分析的基本內(nèi)容：(1)了解金屬材質(zhì)的性質(zhì)：成分、類(lèi)別、強(qiáng)度等級(jí)、供貨狀態(tài)、力學(xué)性能、特殊性能（分析金屬焊接性的基本依據(jù)）(2)對(duì)金屬進(jìn)行焊接性分析 焊接加工性 焊接性 使用性能接頭是否產(chǎn)生缺陷：各種類(lèi)型的裂紋HAZ的性能變化： 脆化、軟化二、二、 熱軋及正火鋼的焊接性分析熱軋及正火鋼的焊接性分析(3)制定焊接工藝 關(guān)于焊接方法的選用 關(guān)于焊接材料的選用 預(yù)熱溫度 層間溫度 關(guān)于焊接工藝參數(shù)的制定 后熱溫度 焊接E 焊后熱處理焊接工藝 二、熱軋鋼及正火鋼的焊接性分析

33、低合金鋼的焊接性主要取決于它的化學(xué)成分和軋制工藝。隨著鋼材強(qiáng)度級(jí)別的提高和合金元素含量的增加，焊接性也隨之發(fā)生變化。焊接性通常表現(xiàn)為兩方面的問(wèn)題：一是裂紋問(wèn)題，一是接頭的脆化問(wèn)題。 二、熱軋鋼及正火鋼的焊接性分析 低合金鋼的焊接性主要取決于它的化學(xué)成分和軋制工藝。隨著鋼材強(qiáng)度級(jí)別的提高和合金元素含量的增加，焊接性也隨之發(fā)生變化。焊接性通常表現(xiàn)為兩方面的問(wèn)題：一是裂紋問(wèn)題，一是接頭的脆化問(wèn)題。 1、焊縫中的熱裂紋 形成機(jī)理：主要是由于焊縫結(jié)晶時(shí)，硫在晶間形成了低熔點(diǎn)的硫化物和共晶體，因此，S對(duì)高強(qiáng)鋼熱裂紋的形成起著直接的有害作用。 其次，S的有害作用還與鋼中的其它元素密切相關(guān)，例如鋼中的C、Si

34、會(huì)促使S在晶界的偏析，因此會(huì)促進(jìn)S的有害作用, 而Mn卻能抵消它的有害作用。 焊縫中的碳含量越高，為了防止硫的有害作用所需的Mn含量也要求越高；隨著碳含量的增加，要求Mn/S比也提高。當(dāng)Wc=0.12%時(shí)，Mn/S比不應(yīng)低于10，而Wc= 0.16%時(shí)，Mn/S比就應(yīng)大于40才能不出現(xiàn)熱裂紋。 判定依據(jù)：以Mn/S、Wc來(lái)評(píng)定焊縫的熱裂傾向 總體而言，熱軋及正火鋼熱裂傾向小原因： v 含碳量低（0.2%）v 含Mn量較高，Mn/S一般能達(dá)到規(guī)定要求 因此，熱軋及正火鋼具有較好的抗熱裂性能，焊接過(guò)程中的熱裂紋傾向較小，正常情況下焊縫中不會(huì)出現(xiàn)熱裂紋。但個(gè)別情況下，當(dāng)材料成分不合格或嚴(yán)重偏析局部C

35、、SMn/S焊縫中也會(huì)出現(xiàn)熱裂 冶金措施 降低焊縫含碳量 適當(dāng)提高焊縫含錳量，但太多，晶粒長(zhǎng)大 工藝措施 設(shè)法減少熔合比 焊速不宜過(guò)大 采用引弧板和熄弧板 降低焊接接頭的剛性拘束條件，選擇合理的焊接順序，以減少焊接應(yīng)力 焊縫的含H量冷裂紋 接頭的拘束度 鋼種的淬硬傾向被焊材料工藝、結(jié)構(gòu)因素2、冷裂紋 因此，僅從材料本身看，鋼種的淬硬傾向是引起冷裂紋的決定因素。鋼種的淬硬傾向越大，其冷裂傾向越大，焊接時(shí)是否形成對(duì)氫致裂紋敏感的淬硬組織是評(píng)定材料焊接性的一個(gè)重要指標(biāo)。而淬硬傾向可以通過(guò)焊接熱影響區(qū)連續(xù)冷卻。轉(zhuǎn)變圖（SHCCT）或鋼材的連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖（CCT）來(lái)進(jìn)行分析。 a 淬硬傾向與冷裂紋傾

36、向的關(guān)系 ：1）熱軋鋼的淬硬傾向和冷裂傾向： 熱軋鋼含C量不高，但含有少量的合金元素， 其淬硬傾向稍大于低碳鋼，并且隨著鋼材強(qiáng)度級(jí)別的提高，淬硬傾向逐漸增大。v 與低碳鋼相比，Q345在連續(xù)冷卻時(shí)，珠光體轉(zhuǎn)變右移較多，使快冷過(guò)程中（如圖3-4a上的c點(diǎn)以左）鐵素體析出后剩下的富碳奧氏體來(lái)不及轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，而是轉(zhuǎn)變?yōu)楹驾^高的貝氏體和馬氏體，具有淬硬傾向。a厚板手弧焊：V冷較快 b.薄板或埋弧焊：V冷慢低碳鋼：F（大量）+P+B+M（少量） F（大量）+ P16Mn ： F（少量）+B+M（多） F（大量）+ P 分析表明：環(huán)境溫度很低或鋼板厚度很大，熱軋鋼有一定冷裂傾向2）正火鋼的淬硬傾向和冷

37、裂傾向： 由于正火鋼的強(qiáng)度級(jí)別較高，Me的含量也較多，因此正火鋼的淬硬傾向大于熱軋鋼； 正火鋼由于強(qiáng)度級(jí)別不同，其淬硬傾向和冷裂傾向相差較大，但總的說(shuō)來(lái)，隨著強(qiáng)度級(jí)別的提高，鋼材的淬硬傾向和冷裂傾向都將 例如15MnVN和18MnMoNb相比（見(jiàn)圖3-5a、b），兩者的淬硬傾向差別較大。18MnMoNb的過(guò)冷奧氏體比15MnVN穩(wěn)定得多，特別是在高溫轉(zhuǎn)變區(qū)。因此，18MnMoNb冷卻下來(lái)很容易得到貝氏體和馬氏體，它的整個(gè)轉(zhuǎn)變曲線比15MnVN靠右，淬硬性高于Q420 15MnVN ，故冷裂敏感性也比較大。 b b 碳當(dāng)量與冷裂紋傾向的關(guān)系碳當(dāng)量與冷裂紋傾向的關(guān)系 冷裂傾向冷裂傾向 淬硬傾向淬硬

38、傾向 化學(xué)成分化學(xué)成分碳的作用碳的作用 因此，可以通過(guò)一些經(jīng)驗(yàn)性的碳當(dāng)量公式來(lái)粗略地估計(jì)不同鋼材的冷裂傾向。v 熱軋鋼：C CE E0.0., ,無(wú)淬硬傾向、冷裂傾向，焊接性良好，不需預(yù)熱和嚴(yán)格控制E。但在鋼板厚度過(guò)大或環(huán)境溫度很低時(shí)，要均勻預(yù)熱和E 正火鋼： CE=（0.40.6）: 強(qiáng)度級(jí)別較低：15MnVN：CE0.5%，淬硬傾向大，焊接性較差，要采取嚴(yán)格的工藝措施 3 3、再熱裂紋：、再熱裂紋： 再熱裂紋是焊接結(jié)構(gòu)在焊后消除應(yīng)力的熱處再熱裂紋是焊接結(jié)構(gòu)在焊后消除應(yīng)力的熱處理過(guò)程中或者是焊后再次高溫加熱過(guò)程所產(chǎn)理過(guò)程中或者是焊后再次高溫加熱過(guò)程所產(chǎn)生的一種裂紋。（生的一種裂紋。（含含Mo

39、Mo正火鋼厚壁壓力容器正火鋼厚壁壓力容器及其他有沉淀強(qiáng)化的鋼或合金，如珠光體耐及其他有沉淀強(qiáng)化的鋼或合金，如珠光體耐熱鋼、奧氏體不銹鋼等）熱鋼、奧氏體不銹鋼等）v形成再熱裂紋的成分條件是形成再熱裂紋的成分條件是： 鋼中要含有一定數(shù)量的強(qiáng)碳化物形成元素：鋼中要含有一定數(shù)量的強(qiáng)碳化物形成元素：如如V V、TiTi、MoMo、Nb Nb v 熱軋鋼：屬于固溶強(qiáng)化鋼，C-Mn和Mn-Si系一般不含有強(qiáng)碳化物形成元素，因此熱軋鋼對(duì)再熱裂紋并不敏感v 正火鋼：也是以固溶強(qiáng)化為主，但還具有少許的沉淀強(qiáng)化，鋼中含有少量的強(qiáng)碳化物形成元素，從理論上一般認(rèn)為正火鋼具有輕微的再熱裂紋傾向。但實(shí)踐證明它對(duì)再熱裂紋不敏

40、感。如15MnVNv 正火正火+ +回火鋼：回火鋼：Mo、V或Mo、Nb共存的正火+回火鋼，如18MnMoNb、14MnMoV則有輕微的再熱裂紋敏感性。 可采取提高預(yù)熱溫度或焊后立即后熱等措施來(lái)防止再熱裂紋的產(chǎn)生。如18MnMoNb只要將預(yù)熱溫度中消除冷裂紋需要的180（板厚60mm）提高到220后就能防止再熱裂紋。如果提高預(yù)熱溫度有困難，可在180預(yù)熱條件下焊后立即進(jìn)行1802h的后熱也能有效地防止再熱裂紋的產(chǎn)生。 4、層狀撕裂： 層狀撕裂是一種特殊形式的裂紋，它主要發(fā)生于要求熔透的角接接頭或T形接頭的厚板結(jié)構(gòu)中，（在熱影響區(qū)甚或遠(yuǎn)離熱影響區(qū)的母材中）。大型厚板焊接結(jié)構(gòu)（如海洋工程、鍋爐吊架

41、、核反應(yīng)堆及船舶等）焊接時(shí)，如果在鋼材厚度方向承受較大的拉伸應(yīng)力時(shí)，可能沿鋼材軋制方向發(fā)生呈明顯階梯狀的層狀撕裂。 層狀撕裂的產(chǎn)生原因： 鋼中的非金屬夾雜物，如硫化物、硅酸鹽或氧化物夾雜等沿平行于軋制的方向呈片狀、層狀分布或大量成片地密集于同一平面內(nèi)，由于夾雜物與基體金屬的結(jié)合薄弱，這種分布形態(tài)將導(dǎo)致鋼板在板厚方向（Z向）上塑性降低，當(dāng)Z向拘束力足夠大時(shí)，夾雜物與基體金屬就將產(chǎn)生開(kāi)裂，并最終發(fā)展成層狀撕裂。 從鋼材本質(zhì)來(lái)說(shuō)，層狀撕裂的產(chǎn)生主要取決于冶煉質(zhì)量，即取決于鋼中非金屬夾雜物的形態(tài)、大小以及數(shù)量。其中層片狀硫化物的影響最為嚴(yán)重。因此，一般把鋼中的硫含量和Z向斷面收縮率作為評(píng)定鋼材層狀撕裂

42、敏感性的主要指標(biāo)。 由于熱軋及正火鋼是在一般的冶煉條件下生產(chǎn)，并沒(méi)有嚴(yán)格控制鋼液成分，沒(méi)有采取特殊的脫S、除氣以及夾雜物形態(tài)控制措施，因此， 它們一般都具有層狀撕裂傾向。 熱軋鋼是在熱軋狀態(tài)下使用，由于軋制，鋼中可能存在明顯的非金屬夾雜物帶狀組織。而正火鋼由于在熱軋以后進(jìn)行了正火處理，鋼中的帶狀組織已經(jīng)消除，板厚方向上的塑性有所改善。因此正火鋼的層狀撕裂傾向較熱軋鋼小。 層狀撕裂的產(chǎn)生不受鋼材種類(lèi)和強(qiáng)度級(jí)別的限制，從Z向拘束力考慮，層狀撕裂與板厚有關(guān)，板厚越大，鋼板的剛性越大， Z向拘束力也越大。一般認(rèn)為板厚在16mm以下不會(huì)產(chǎn)生層狀撕裂。當(dāng)板厚16mm時(shí)，應(yīng)檢查母材帶狀偏析。嚴(yán)重時(shí)采取預(yù)熱。

43、 合理選擇層狀撕裂敏感性小的鋼材、改善接頭形式以減輕鋼板Z向所承受的應(yīng)力應(yīng)變、在滿(mǎn)足產(chǎn)品使用要求前提下選用強(qiáng)度級(jí)別較低的焊接材料及采用預(yù)熱及降氫等輔助措施，有利于防止層狀撕裂的發(fā)生。5、焊接接頭的脆化 焊接接頭中被加熱到1200以上，熔點(diǎn)以下的區(qū)域，由于溫度高發(fā)生了奧氏體晶粒的顯著長(zhǎng)大和一些難熔質(zhì)點(diǎn)(如氮化物或碳化物)向A的溶入過(guò)程。這些過(guò)程與鋼種成分和焊接E共同作用往往會(huì)導(dǎo)致焊接過(guò)熱區(qū)脆化，例如：溶入的難熔質(zhì)點(diǎn)在冷卻過(guò)程中，來(lái)不及析出會(huì)使材料變脆；過(guò)熱粗大的奧氏體冷卻下來(lái)會(huì)轉(zhuǎn)變成魏氏體、粗大的 馬氏體及塑性很低的鐵素體、高碳馬氏體和貝氏體的混合組織和M-A組元，因此過(guò)熱區(qū)的性能變化取決于其在

44、高溫的停留時(shí)間、影響冷卻速度的焊接線能量和鋼材的類(lèi)型及合金系列。不同種類(lèi)的鋼合金化機(jī)理和強(qiáng)化途徑不同，引起過(guò)熱區(qū)脆化的原因也不同。 1 1）過(guò)熱區(qū)的脆化）過(guò)熱區(qū)的脆化v 熱軋鋼過(guò)熱區(qū)的脆化原因：a形成了粗大的魏氏組織 E過(guò)大b形成了高碳M等淬硬組織 E過(guò)小、Wc偏高 影響因素：E、Wc焊接E： 決定高溫停留時(shí)間t tH H、接頭V冷冷v E，t tH H、V冷冷魏氏組織（粗晶脆化）v E，V冷冷淬硬組織（淬硬脆化） Wc：Wc偏低： 低碳M（脆化不明顯）Wc偏高： 高碳M（脆化顯著）16Mn：Wc=0.12%0.2%v Wc偏低0.14%時(shí)：E過(guò)大，形成了魏氏組織 E過(guò)小，形成了高碳M 正火鋼

45、： 正火鋼的過(guò)熱區(qū)脆化除了與晶粒粗化有關(guān)外，還主要與其強(qiáng)化基理和合金化方式有關(guān) V、Ti、Mo、Nbv 常溫時(shí)：合金元素以化合物的形式存在最好，但Me固溶在F 使F產(chǎn)生晶格畸變硬度、脆性v 高溫下：化合物（沉淀相）又溶解在A中 慢冷（正火） Me再次以化合物的形式沉淀析出 快冷（焊接） Me固溶在F中，脆性 正火鋼的過(guò)熱區(qū)脆化原因：v 晶粒粗化v 高溫下，難熔質(zhì)點(diǎn)(如氮化物或碳化物) 溶解在A中，焊接冷卻時(shí)固溶在F中，引起脆性 2）熱應(yīng)變脆化：定義：熱應(yīng)變脆化是焊接過(guò)程中最高加熱溫度區(qū)域?yàn)?00200的HAZ在焊接熱和應(yīng)變的作用下，由固溶N所引起的一種動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效 產(chǎn)生部位：最高加熱溫度低于A

46、c1的亞臨界熱影響區(qū)（最高加熱溫度400200的HAZ ）產(chǎn)生實(shí)質(zhì)：由固溶N所引起的一種動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效 v 一般認(rèn)為熱應(yīng)變脆化是由于氮、碳原子聚集在位錯(cuò)周?chē)?，?duì)位錯(cuò)造成釘軋作用造成的。v 主要發(fā)生在固溶氮含量較高的低碳鋼和強(qiáng)度級(jí)別不高的低合金鋼 ，16Mn、16MnC(熱軋鋼)就具有一定的熱應(yīng)變脆化傾向 v 鋼中加入足夠量的氮化物形成元素(如A1、Ti、V等)可顯著減弱脆化傾向，15MnVN的脆化傾向小于16Mn 三、熱扎正火鋼的焊接工藝三、熱扎正火鋼的焊接工藝 1、焊接方法的選擇 熱軋和正火鋼對(duì)焊接方法無(wú)特殊要求，常用的焊接方法如手工電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊和電渣焊都可選用。方法的選取主要根

47、據(jù)材料的厚度、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和具體施工條件來(lái)確定。其中，焊條電弧焊、埋弧自動(dòng)焊、CO2氣體保護(hù)焊是熱軋及正火鋼常用的焊接方法。 2 2、焊接材料的選擇 低合金鋼選擇焊接材料時(shí)必須考慮兩方面的問(wèn)題：一是不能使焊縫產(chǎn)生裂紋等焊接缺陷；二是使焊接接頭能滿(mǎn)足使用性能要求。 熱扎正火鋼焊接時(shí)熱裂、冷裂傾向不大；同時(shí)這類(lèi)鋼主要用于制造受力結(jié)構(gòu)，其接頭必須具備足夠的強(qiáng)度和韌性。因此，選擇焊接材料的依據(jù)是保證焊縫金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性等力學(xué)性能與母材相匹配。 1 1）選擇與母材力學(xué)性能匹配的相應(yīng)強(qiáng)度強(qiáng)度級(jí)別的焊接材料 選擇焊接材料時(shí)，為保證焊縫與母材力學(xué)性能匹配，應(yīng)從母材力學(xué)性能出發(fā)，選擇與母材強(qiáng)度級(jí)別相當(dāng)?shù)暮附硬?/p>

48、料，而不能從母材成分出發(fā)，選擇與母材成分相同的焊材，即滿(mǎn)足等強(qiáng)度要求，而無(wú)需滿(mǎn)足焊縫與母材同成分。 焊材成分應(yīng)滿(mǎn)足以下要求： 焊縫中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（不應(yīng)超過(guò)0.14%）以及合金元素含量都應(yīng)低于母材中的含量，以防止裂紋及焊縫強(qiáng)度過(guò)高。例如用E515焊條焊接15MnV和15MnTi時(shí)，焊縫金屬的成分：碳、硅、錳的含量都低于母材，并且不含有母材的V和Ti 2 2）考慮熔合比和冷卻速度的影響）考慮熔合比和冷卻速度的影響 焊縫金屬的機(jī)械性能主要取決于其化學(xué)成分和組織的過(guò)飽和度（不平衡程度）。 焊縫金屬的化學(xué)成分不僅取決于焊接材料的成分，而且與熔合比(熔化的母材金屬在焊縫金屬中的實(shí)際含量)有很大關(guān)系。改變?nèi)?/p>

49、合比，必然會(huì)影響焊縫的化學(xué)成分，因此對(duì)焊縫的性能也會(huì)產(chǎn)生影響。 焊縫金屬組織的過(guò)飽和程度則與冷卻速度有很大關(guān)系。V冷越快，焊縫金屬的結(jié)晶和相變偏離平衡狀態(tài)越遠(yuǎn)，焊縫組織的過(guò)飽和程度越大，其強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性越低。v 例1：采用埋弧焊焊接16Mn 當(dāng)不開(kāi)坡口或小坡口對(duì)接時(shí)，選用H08A焊絲即可 當(dāng)開(kāi)大坡口時(shí)，只能選用H08MnA或H10Mn2焊絲 （前者熔合比大，后者熔合比較?。?， 熔合比不同，即使同種母材選用的焊材也不同。v 例2：16Mn分別采用對(duì)接接頭和T型接頭焊接時(shí)，即使采用同種焊材，T型接頭的焊縫強(qiáng)度總是高于同種焊材的對(duì)接接頭，其塑性、韌性卻明顯低于同種焊材的對(duì)接接頭。 根本原

50、因：是由于接頭形式會(huì)影響焊縫的V冷， T型接頭的角焊縫冷卻較快，其焊縫組織的不平衡程度較大?？梢?jiàn)， V冷不同，即使同種母材，同種焊材，其焊縫性能也不相同。 3）考慮焊后熱處理對(duì)焊縫力學(xué)性能的影響考慮焊后熱處理對(duì)焊縫力學(xué)性能的影響 當(dāng)焊縫強(qiáng)度余量不大時(shí)，焊后熱處理（如消除應(yīng)力退火）后焊縫強(qiáng)度有可能低于要求。因此，對(duì)于焊后要進(jìn)行熱處理，特別是正火處理的焊縫，應(yīng)選擇強(qiáng)度高一些的焊接材料。v 例如焊接大坡口的15MnV厚板，焊后需進(jìn)行熱處理時(shí)，必須選用強(qiáng)度級(jí)別較高的H08Mn2Si焊絲，若選用H10Mn2焊絲，焊縫金屬的強(qiáng)度會(huì)偏低。 4）當(dāng)對(duì)焊縫的使用性能提出特殊要求時(shí)，應(yīng)選擇具有當(dāng)對(duì)焊縫的使用性能提

51、出特殊要求時(shí)，應(yīng)選擇具有相應(yīng)性能的焊相應(yīng)性能的焊材 3焊接工藝參數(shù)的確定焊接熱輸入:v焊接E E過(guò)大：導(dǎo)致冷速過(guò)慢，過(guò)熱區(qū)將因晶粒長(zhǎng)大或出現(xiàn)魏氏組織等而使韌性降低，產(chǎn)生脆化；v焊接E E過(guò)?。簩?duì)于有淬硬傾向的鋼中，由于過(guò)熱區(qū)組織中馬氏體比例增大很容易產(chǎn)生冷裂紋 焊接線能量的確定主要決定于過(guò)熱區(qū)的脆化和冷裂兩個(gè)因素。各類(lèi)鋼的脆化傾向和冷裂傾向不同，所以對(duì)線能量的要求也不同。v 熱軋鋼： 當(dāng)焊接含C量很低的一些熱軋鋼，如09Mn2、09Mn2Si及含C量偏于下限的16Mn時(shí) ，對(duì)線能量沒(méi)有嚴(yán)格要求。因?yàn)檫@類(lèi)鋼的過(guò)熱敏感性和淬硬傾向都不大，所以焊接線能量大些或 小些都可以。但從提高過(guò)熱區(qū)塑性及韌性出

52、發(fā)，線能量偏小些較為有利。v 當(dāng)焊接含C量較高的熱軋鋼，如含C量偏上限的16Mn鋼時(shí)， E E過(guò)大，過(guò)熱區(qū)會(huì)產(chǎn)生粗晶脆化； E E過(guò)小，由于淬硬傾向大，過(guò)熱區(qū)易產(chǎn)生淬硬脆化和冷裂紋，但增大E引起的粗晶脆化程度遠(yuǎn)小于減小E引起的過(guò)熱區(qū)淬硬脆化程度和冷裂傾向，因此一般選擇焊接線能量偏大些。 v 正火鋼 ： 強(qiáng)度級(jí)別相對(duì)較低，含C量和Me含量較低的鋼種：15MnTi、15MnVN 這類(lèi)鋼的淬硬傾向并不大，接頭的問(wèn)題主要為E過(guò)大引起的脆化問(wèn)題。為了避免由于沉淀相的溶入以及晶粒的過(guò)熱所引起的脆化，線能量應(yīng)選得偏小些； 強(qiáng)度級(jí)別更高、含碳量和合金元素含量較高的正火鋼：如18MnMoNb 這類(lèi)鋼的淬硬傾向增

53、加，馬氏體含量也增加，小熱輸入時(shí)（E E過(guò)?。├淞褍A向會(huì)增大，過(guò)熱區(qū)的脆化（淬硬脆化）也變得嚴(yán)重，在這種情況下熱輸入寧可偏大一些比較好。但在增大熱輸入、降低冷速的同時(shí)，又會(huì)引起接頭區(qū)過(guò)熱的加劇產(chǎn)生粗晶脆化（增大線能量對(duì)冷速的降低效果有限，但對(duì)過(guò)熱的影響較明顯）。在這種情況下采用大熱輸入的效果不如采用小熱輸入預(yù)熱更有效。預(yù)熱溫度控制恰當(dāng)時(shí)，既能避免產(chǎn)生裂紋，又能防止晶粒的過(guò)熱。2.2.預(yù)熱預(yù)熱 焊接時(shí)進(jìn)行預(yù)熱的目的是防止裂紋和適當(dāng)?shù)馗纳坪附咏宇^性能。預(yù)熱溫度的確定較復(fù)雜，它與以下多種因素有關(guān)：1 1）材料的成分）材料的成分(決定材料的淬硬傾向)，CE0.4%基本上沒(méi)有淬硬傾向，不必預(yù)熱2 2）冷

54、卻速度）冷卻速度(取決于環(huán)境溫度、板厚、焊接線能量、焊接方法等)，3 3）結(jié)構(gòu)的拘束度）結(jié)構(gòu)的拘束度，拘束度 ，預(yù)熱溫度要求提高4 4）含氫量）含氫量(取決于焊接材料的烘干等)，含氫量增加，預(yù)熱溫度要求提高5 5）焊后熱處理）焊后熱處理。焊后不熱處理，預(yù)熱溫度應(yīng)偏高，對(duì)減少內(nèi)應(yīng)力和改善性能有利 工程中必須結(jié)合具體情況經(jīng)試驗(yàn)后才能確定預(yù)熱溫度，推薦的一些預(yù)熱溫度只能作為參考。多層焊時(shí)應(yīng)保持層間溫度不低于預(yù)熱溫度，但也要避免層間溫度過(guò)高引起的不利影響，如韌性下降等。 3.3.焊后熱處理焊后熱處理 除了電渣焊由于接頭區(qū)嚴(yán)重過(guò)熱而需要進(jìn)行正火處理外，其他焊接條件應(yīng)根據(jù)使用要求來(lái)考慮是否需要焊后熱處理。

55、熱扎正火鋼一般焊后不需要熱處理，但對(duì)于要求抗應(yīng)力腐蝕的焊接結(jié)構(gòu)、低溫下使用的焊接結(jié)構(gòu)及厚壁高壓容器，焊后需進(jìn)行消除應(yīng)力的高溫回火。 確定焊后回火溫度的原則： 不要超過(guò)母材原來(lái)的回火溫度，以免影響母材本身的性能。 對(duì)于有回火脆性的材料，要避開(kāi)出現(xiàn)回火脆性的溫度區(qū)間。例如，對(duì)含V或V+Mo的低合金鋼，回火時(shí)應(yīng)提高冷卻速度，避免在600左右的溫度區(qū)間停留較長(zhǎng)時(shí)間，以免因V的二次碳化物析出而造成脆化；Q420的消除應(yīng)力熱處理的溫度為（55025）。 如焊后不能及時(shí)進(jìn)行熱處理，應(yīng)立即在200- 350保溫26h，以便焊接區(qū)的氫擴(kuò)散逸出。為了消除焊接應(yīng)力，焊后應(yīng)立即輕輕錘擊焊縫金屬表面，但這不適用于塑性較

56、差的鋼件。強(qiáng)度級(jí)別較高或重要的焊接結(jié)構(gòu)件，應(yīng)用機(jī)械方法（砂輪等）修整焊縫外形，使其平滑過(guò)渡到母材，減小應(yīng)力集中。熱軋及正火鋼的預(yù)熱和焊后熱處理工藝參數(shù)見(jiàn)表3-13。 四、典型鋼種的焊接實(shí)例四、典型鋼種的焊接實(shí)例Q345（低合金高強(qiáng)度鋼）網(wǎng)上摘錄相關(guān)資料（低合金高強(qiáng)度鋼）網(wǎng)上摘錄相關(guān)資料2. Q345鋼的焊接特點(diǎn)2.1 碳當(dāng)量(Ceq)的計(jì)算(國(guó)際焊接學(xué)會(huì))Ceq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5計(jì)算Ceq=0.49%，大于0.4%，可見(jiàn)Q345鋼焊接性能不是很好，需要在焊接時(shí)制定嚴(yán)格的工藝措施。Mn/S比（熱裂紋） 2.2 Q345鋼在焊接時(shí)易出現(xiàn)的問(wèn)題Q345

57、鋼在焊接冷卻過(guò)程中，熱影響區(qū)容易形成淬火組織-馬氏體，使近縫區(qū)的硬度提高，塑性下降。結(jié)果導(dǎo)致焊后發(fā)生裂紋。二、焊接施工流程坡口準(zhǔn)備點(diǎn)固焊預(yù)熱里口施焊背部清根（碳弧氣刨）外口施焊 里口施焊自檢/專(zhuān)檢焊后熱處理無(wú)損檢驗(yàn)（焊縫質(zhì)量一級(jí)合格）三、焊接工藝參數(shù)的選擇通過(guò)對(duì)Q345鋼的焊接性分析，制定措施如下：1. 焊接材料的選用由于Q345鋼的冷裂紋傾向較大，應(yīng)選用低氫型的焊接材料，同時(shí)考慮到焊接接頭應(yīng)與母材等強(qiáng)的原則，選用E5015 （J507）型電焊條。2. 坡口形式：（根據(jù)圖紙和設(shè)備供貨） 3. 焊接方法：采用手工電弧焊 4. 焊接電流：為了避免焊縫組織粗大，造成沖擊韌性下降，必須采用小規(guī)范焊接。

58、具體措施為：選用小直徑焊條、窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接工藝，焊道的寬度不大于焊條的3倍，焊層厚度不大于5mm。第一層至第三層采用3.2電焊條，焊接電流100-130A；第四層至第六層采用4.0的電焊條，焊接電流120-180A。5. 預(yù)熱溫度：由于Q345鋼的Ceq0.40%，在焊接前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度T0=100-150。6. 焊后熱處理參數(shù)：為了降低焊接殘余應(yīng)力，減小焊縫中的氫含量，改善焊縫的金屬組織和性能，在焊后應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行熱處理。熱處理溫度為：600-640，恒溫時(shí)間為2小時(shí)（板厚40mm時(shí)），升降溫速度為125/h 。第三節(jié) 低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼的焊接一、低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼的成分和性

59、能一、低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼的成分和性能二、二、低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析的焊接性分析三、三、低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝的焊接工藝四、典型鋼種的焊接實(shí)例四、典型鋼種的焊接實(shí)例 一、低碳調(diào)質(zhì)鋼的種類(lèi)、成分及性能 熱軋及正火鋼依靠增添合金元素和通過(guò)固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化的途徑提高強(qiáng)度到一定程度之后，會(huì)導(dǎo)致塑、韌性的下降。而且隨著強(qiáng)度提高越多，塑性和韌性降低越多。當(dāng)鋼中合金元素含量超過(guò)一定范圍后會(huì) 出 現(xiàn) 韌 性 的 大 幅 度 下 降 。 因 此 ， 抗 拉 強(qiáng) 度b600MPa的高強(qiáng)度鋼都采用調(diào)質(zhì)處理，通過(guò)組織強(qiáng)韌化獲得很高的綜合力學(xué)性能。第三節(jié) 低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼的焊接

60、因此低碳調(diào)質(zhì)鋼提高強(qiáng)度不單純通過(guò)合金強(qiáng)化，還要通過(guò)熱處理（調(diào)質(zhì)）強(qiáng)化處理。 強(qiáng)化基理：通過(guò)調(diào)質(zhì)熱處理（淬火+回火）產(chǎn)生相變強(qiáng)化。 合金化目的：保證鋼材具有足夠的淬透性（即獲得M的能力）和馬氏體回火穩(wěn)定性，使珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變推遲，使馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度下降。成分、性能特點(diǎn)：1）碳含量低：為了保證良好的綜合性能和焊接性，低碳調(diào)質(zhì)鋼要求鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.22%（實(shí)際上一般Wc0.18%）。目的:v調(diào)質(zhì)處理后在獲得高強(qiáng)度的同時(shí)，保證鋼材具有較好的塑、韌性和可焊性好；v淬火后得到具有較好韌性的低碳馬氏體，而且含C量越低，M的轉(zhuǎn)變溫度MS點(diǎn)越高，低碳馬氏體還來(lái)得及進(jìn)行一次“自回火”，因此其脆