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1、关于低合金关于低合金钢的的焊接接第一页，本课件共有186页第三章第三章 低合金钢焊接及工程应用低合金钢焊接及工程应用 第五节第五节 低温用钢的焊接低温用钢的焊接 第四节中碳调质钢的焊接第四节中碳调质钢的焊接 第三节低碳低合金调质钢的焊接第三节低碳低合金调质钢的焊接第二节第二节 热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接第一节第一节 低合金钢概述低合金钢概述 复习思考题复习思考题 第六节第六节 低合金耐腐蚀钢的焊接低合金耐腐蚀钢的焊接 第二页，本课件共有186页v低合金钢实在碳素钢的基础上添加一定量的合金低合金钢实在碳素钢的基础上添加一定量的合金元素冶炼而成的，其合金元素的质量分数一般不元素冶炼而成的
2、，其合金元素的质量分数一般不超过超过5%（10%-中合金），加入合金元素的目的，中合金），加入合金元素的目的，是在保证足够的塑性和韧性的基础上获得较高的是在保证足够的塑性和韧性的基础上获得较高的强度或满足结构工作条件提出的特殊要求，如耐强度或满足结构工作条件提出的特殊要求，如耐低温、耐高温或耐腐蚀等。低温、耐高温或耐腐蚀等。第一节 低合金钢概述合金结构钢的应用领域很广，种类繁多，可按化学成分、合金系统、组织状态、用途或使用性能等方面进行分类。第三页，本课件共有186页合金元素在钢中的作用一、对钢中基本相的影响一、对钢中基本相的影响 合金元素在钢中存在的形式有两类型，一种是溶解合金元素在钢中存在
3、的形式有两类型，一种是溶解到碳钢原有的相中，另一种是形成新相，存在形式决定到碳钢原有的相中，另一种是形成新相，存在形式决定于元素的数量和性质。其中关键在于元素与碳的亲和力。于元素的数量和性质。其中关键在于元素与碳的亲和力。1.1.非碳化物形成元素非碳化物形成元素 这类元素与碳的亲合力比铁这类元素与碳的亲合力比铁弱，常用元素主要有弱，常用元素主要有NiNi、CoCo、SiSi、AlAl、B B等。它们在等。它们在低温时溶解在铁素体中，高温时溶解于奥氏体中。所低温时溶解在铁素体中，高温时溶解于奥氏体中。所有元素的溶入，由于固溶强化的结果，均提高材料的有元素的溶入，由于固溶强化的结果，均提高材料的强
4、度和硬度。强度和硬度。CrCr、NiNi、MnMn少量溶入时，对塑性影响少量溶入时，对塑性影响不大，而因强度的提高了材料的韧性；当数量过多不大，而因强度的提高了材料的韧性；当数量过多或其他一些元素的加入会对材料的塑性带来少量的或其他一些元素的加入会对材料的塑性带来少量的下降下降。第四页，本课件共有186页2.2.碳化物形成元素碳化物形成元素 这类元素与碳的亲合力比铁强，这类元素与碳的亲合力比铁强，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。量少时溶入渗碳体中，形成合金渗碳体量少时溶入渗碳体中，形成合金渗碳体 (Fe,M)(Fe,
5、M)3 3C C，一般合金渗碳体都比一般合金渗碳体都比FeFe3 3C C稳定，在奥氏体中的溶解和聚稳定，在奥氏体中的溶解和聚集长大比集长大比FeFe3 3C C难。当钢中合金元素和碳量都较高时，可难。当钢中合金元素和碳量都较高时，可形成稳定性更高的合金碳化物，常见的有形成稳定性更高的合金碳化物，常见的有MnMn3 3C C、CrCr7 7C C3 3、CrCr2323C C6 6、FeFe4 4W W2 2C C、WCWC、MoCMoC、VCVC、TiCTiC等，它们具有比渗等，它们具有比渗碳体更高的熔点和更高的硬度。碳体更高的熔点和更高的硬度。3.3.与碳、碳之外的其他元素的结合与碳、碳之
6、外的其他元素的结合 合金元素与非金属合金元素与非金属元素元素N N、O O、S S结合，生产夹杂物，钢中常见的有结合，生产夹杂物，钢中常见的有TiNTiN、AlNAlN、SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、MnSMnS、NiNi3 3AlAl、NiNi3 3TiTi等。此外等。此外PbPb、CuCu、C(C(石墨石墨)以游离态的方式存在于钢中。以游离态的方式存在于钢中。第五页，本课件共有186页二、对铁碳相图的影响 1.1.扩大扩大相区相区 合金元素的加入，使合金元素的加入，使A3A3线下移，而线下移，而A4A4上扬，扩大了上扬，扩大了相区。这类元素有相区。这类元素有MnMn、Ni
7、Ni、CoCo、N N等，也称为等，也称为相稳定化元素。碳相稳定化元素。碳也是属于扩大也是属于扩大相区的元素。当它们的含量增加，相区的元素。当它们的含量增加，A1A1线也下移。当线也下移。当它们的含量超过一定量后，以致在室温下只有单相的奥氏体存它们的含量超过一定量后，以致在室温下只有单相的奥氏体存在，即在，即A1A1点降到室温以下或根本不出现点降到室温以下或根本不出现fccfcc向向bccbcc的转变，这时的的转变，这时的钢称为奥氏体类型钢。钢称为奥氏体类型钢。2.2.缩小缩小相区相区 合金元素的加入，使合金元素的加入，使A3A3线上移，而线上移，而A4A4下移，为缩小下移，为缩小相区，这类元
8、素有相区，这类元素有CrCr、MoMo、W W、V V、TiTi、AlAl、SiSi等，也称为等，也称为相稳相稳定化元素。当碳的含量较低，缩小定化元素。当碳的含量较低，缩小相区的合金元素使相区的合金元素使A3A3线在线在G G点以上，点以上，A4A4线在线在N N点以下，两线相遇，造成点以下，两线相遇，造成相区封闭，含量超过相区封闭，含量超过一定量后，致在室温下的铁素体升温直到溶化也不出现一定量后，致在室温下的铁素体升温直到溶化也不出现bccbcc向向fccfcc的转变，即的转变，即相和高温的相和高温的相区相通。另外，相区相通。另外，B B、NbNb、ZrZr只能缩小只能缩小相区，而达不到封闭
9、。相区，而达不到封闭。第六页，本课件共有186页3.3.影响共析点影响共析点S S的成分的成分 合金元素的加入，随着对合金元素的加入，随着对相区的缩小或扩大，相区的缩小或扩大，除造成除造成A1A1温度的上升或下降外，对温度的上升或下降外，对S S点还会造成左右移动，即改点还会造成左右移动，即改变变S S点的成分。统计表明，几乎所有的元素都使点的成分。统计表明，几乎所有的元素都使S S点左移，同时点左移，同时E E点也随之左移。例如在点也随之左移。例如在MoMo、W W、TiTi含量高的钢中，含量高的钢中，0.30.30.4%0.4%的碳量的碳量已是过共析钢，而含碳量达到已是过共析钢，而含碳量达
10、到0.80.81.01.0就超过了就超过了E E点，在钢的组点，在钢的组织中出现了莱氏体。织中出现了莱氏体。第七页，本课件共有186页第八页，本课件共有186页三、对相变过程的影响 1 1加热转变加热转变 奥氏体形成速度奥氏体形成速度 合金元素与碳的亲和力明显的影响碳的迁移速度。其中合金元素与碳的亲和力明显的影响碳的迁移速度。其中非碳化物元素中部分，非碳化物元素中部分，CoCo、NiNi可加速奥氏体化，另一些作用不明可加速奥氏体化，另一些作用不明显，但不会减慢；碳化物元素中部分，显，但不会减慢；碳化物元素中部分，CrCr、MoMo、W W、V V、TiTi大大大大减慢奥氏体的形成，另一些作用不
11、明显，但不会加速。所有减慢奥氏体的形成，另一些作用不明显，但不会加速。所有元素在奥氏体中的需要均匀化，故奥氏体化的时间必需加长。元素在奥氏体中的需要均匀化，故奥氏体化的时间必需加长。有些强碳化物元素在奥氏体中溶解十分困难，奥氏体化的温有些强碳化物元素在奥氏体中溶解十分困难，奥氏体化的温度有的要求度有的要求1000100011001100或更高。或更高。奥氏体的晶粒度奥氏体的晶粒度 奥氏体化中的晶粒长大过程，随着与碳的结合力的奥氏体化中的晶粒长大过程，随着与碳的结合力的增加，表现出阻碍作用。强碳化物形成元素，如增加，表现出阻碍作用。强碳化物形成元素，如V V、TiTi、NbNb、ZrZr就就可以
12、强烈阻止奥氏体晶粒生长；一般碳化物形成元素，如可以强烈阻止奥氏体晶粒生长；一般碳化物形成元素，如W W、MoMo、CrCr可以一定程度的阻止奥氏体晶粒生长；非碳化物形成元素，如可以一定程度的阻止奥氏体晶粒生长；非碳化物形成元素，如SiSi、NiNi、CuCu对奥氏体晶粒几乎不发生影响；而对奥氏体晶粒几乎不发生影响；而MnMn、P P会促进奥氏体晶粒的会促进奥氏体晶粒的长大。长大。第九页，本课件共有186页1 1对过冷奥氏体分解对过冷奥氏体分解 合金元素对过冷奥氏体分解的影响其实反映在对钢的合金元素对过冷奥氏体分解的影响其实反映在对钢的TTTTTT曲线的影响。曲线的影响。1.1.淬透性淬透性 C
13、oCo使使C C曲线左移，降低曲线左移，降低钢的淬透性，其它元素都使钢的淬透性，其它元素都使C C曲线曲线右移，提高淬透性。右移，提高淬透性。2.2.马氏体点马氏体点 除除SiSi、AlAl外，这些元外，这些元素还会使钢的马氏体点的温度下素还会使钢的马氏体点的温度下降。降低钢的马氏体点，在淬火降。降低钢的马氏体点，在淬火到室温时的残余奥氏体增加。到室温时的残余奥氏体增加。第十页，本课件共有186页1 1对过冷奥氏体分解对过冷奥氏体分解 3.3.对对C C曲线的形状曲线的形状 其中主其中主要表现为要表现为C C曲线弯曲出现曲线弯曲出现两个鼻尖，珠光体转变和两个鼻尖，珠光体转变和贝氏体转变各对应一
14、个，贝氏体转变各对应一个，严重的造成这两个转变曲严重的造成这两个转变曲线分离，中间出现一亚稳线分离，中间出现一亚稳区，有的对其中某一种转区，有的对其中某一种转变有抑制作用，两个鼻尖变有抑制作用，两个鼻尖一前一后，而严重时，其一前一后，而严重时，其中的某一中转变受抑制，中的某一中转变受抑制，而只能发生一种转变，如而只能发生一种转变，如出现贝氏体钢出现贝氏体钢 。第十一页，本课件共有186页四、对回火转变的影响 1 1提高了钢的回火稳定性提高了钢的回火稳定性 回火稳定性是表示钢对于回火时发生软化过程的抵抗能力。回火稳定性是表示钢对于回火时发生软化过程的抵抗能力。提高回火稳定性表现为许多合金元素可以
15、使回火过程中各个转变速提高回火稳定性表现为许多合金元素可以使回火过程中各个转变速度减慢，或完成或达到同样的回火效果需要更高的温度。这是由于它度减慢，或完成或达到同样的回火效果需要更高的温度。这是由于它们减缓碳的扩散，推迟马氏体分解，在高温下碳化物的长大速度也被们减缓碳的扩散，推迟马氏体分解，在高温下碳化物的长大速度也被减缓。同样温度下回火的硬度就较高。减缓。同样温度下回火的硬度就较高。2 2产生二次硬化效果产生二次硬化效果 一些含一些含W W、MoMo、V V较高的钢中，回火温度升高到一定程度后，较高的钢中，回火温度升高到一定程度后，出现硬度上升，一般在出现硬度上升，一般在5005006006
16、00中出现一硬度的高峰值，这中出现一硬度的高峰值，这种现象称为种现象称为“二次硬化二次硬化”。淬火后的残余奥氏体较多且十分稳定，在回火时并未发淬火后的残余奥氏体较多且十分稳定，在回火时并未发生转变，而内应力大大减小，在冷却时这些奥氏体又部分的发生转变，而内应力大大减小，在冷却时这些奥氏体又部分的发生马氏体转变，材料的硬度得到提高；生马氏体转变，材料的硬度得到提高；在在500500600600下，马下，马氏体才出现分解，析出的高硬度的碳化物弥散细小，自身硬度氏体才出现分解，析出的高硬度的碳化物弥散细小，自身硬度高，同时强化了铁素体的基体。高，同时强化了铁素体的基体。第十二页，本课件共有186页3
17、 3出现第二类回火脆性出现第二类回火脆性 回火脆性是钢在淬火后回火时，在一定的温度范围内，韧性回火脆性是钢在淬火后回火时，在一定的温度范围内，韧性出现谷值，或表现出明显的脆化现象称为回火脆性。出现谷值，或表现出明显的脆化现象称为回火脆性。一般的碳钢和合金钢在一般的碳钢和合金钢在350350附近附近回火都出现这种现象，称为第一类回火回火都出现这种现象，称为第一类回火脆性，通常是不可避免的，所以回火不脆性，通常是不可避免的，所以回火不宜在这个温度进行。部分合金钢在宜在这个温度进行。部分合金钢在500500650650回火后缓冷时，也出现韧性回火后缓冷时，也出现韧性下降，称为第二类回火脆性，通常认下
18、降，称为第二类回火脆性，通常认为是部分合金元素如为是部分合金元素如NiNi、CrCr、MnMn或杂或杂质质S S、P P等在晶界处出现偏聚有关，只等在晶界处出现偏聚有关，只要在回火后采用较快的速度冷却，如要在回火后采用较快的速度冷却，如在水或油中冷却，就可以避免第二类在水或油中冷却，就可以避免第二类回火脆性的产生。回火脆性的产生。第十三页，本课件共有186页v低合金钢分类低合金钢分类v近年来这类钢又开发出具有很大发展前途的新钢种，如微合金化控轧钢、焊接无裂纹钢（CF钢）、抗层状撕裂钢（Z向钢）和焊接大热输入钢等，主要用在严寒地区输油管线、海上采油平台、大型压力容器、大型水轮机蜗壳和大跨度全焊接
19、桥梁等工程中。v国内外常见的合金结构钢的牌号见表3-1。第十四页，本课件共有186页 类类 型型类别类别屈服点屈服点/MPa/MPa常用钢牌号常用钢牌号高高强强度度钢钢热轧及热轧及正火钢正火钢295295490490Q295(Cu)Q295(Cu)、09Mn2Si09Mn2Si、Q345(Cu)Q345(Cu)、Q390Q390、Q390(Cu)Q390(Cu)、Q420Q420、18MnMoNb18MnMoNb、14MnMoV14MnMoV、WH530WH530、X60X60、D36D36低碳低碳调质钢调质钢49049098098014MnMoVN14MnMoVN、14MnMoNbB14Mn
20、MoNbB、WCF60WCF60、WCF62WCF62、HQ70HQ70、HQ80HQ80、HQ100HQ100、T-1T-1、HY80HY80、HY110HY110中碳中碳调质钢调质钢8808801176117635CrMoA35CrMoA、35CrMoVA35CrMoVA、30CrMnSiA30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA40CrMnSiMoVA、40CrNiMoA40CrNiMoA、34CrNi3MoA34CrNi3MoA专专用用钢钢珠光体耐热珠光体耐热钢钢26526564064012CrMo12CrMo、15CrMo15Cr
21、Mo、2.25Cr1Mo2.25Cr1Mo、12Cr1MoV12Cr1MoV、15Cr1Mo1V15Cr1Mo1V、12Cr5Mo12Cr5Mo、12Cr9Mo112Cr9Mo1、12Cr2MoWVB12Cr2MoWVB、12Cr3MoVSiTiB12Cr3MoVSiTiB低温钢低温钢34334358558509Mn2V09Mn2V、06AlCuNbN06AlCuNbN、2.5Ni2.5Ni、3.5Ni3.5Ni、5Ni5Ni、9Ni9Ni低合金耐蚀低合金耐蚀钢钢-12MnCuCr12MnCuCr、09MnCuPTi09MnCuPTi、09CuPCrNi09CuPCrNi、12AlMoV12A
22、lMoV、12AlMo12AlMo、15Al3MoWTi15Al3MoWTi表3-1第十五页，本课件共有186页低合金高强钢(强度用钢)低合金特殊用钢（专用钢）合金结构钢(按用途)珠光体耐热钢 低温钢 低合金耐蚀钢 热轧及正火钢低碳调质钢中碳调质钢第十六页，本课件共有186页（1）热轧及正火钢 v屈服点为295490MPa，在热轧或正火状态下使用，属于非热处理强化钢，包括微合金化控轧钢、焊接无裂纹钢和抗层状撕裂钢，尽管采用了不同的冶炼和控轧技术，但从本质上讲它们都属于正火钢。v这类钢广泛应用于常温下工作的各种焊接结构，如压力容器、动力设备、工程机械、桥梁、建筑结构和管线等。第十七页，本课件共有
23、186页（2）低碳调质钢 v屈服点为490980MPa，在调质（淬火+高温回火）状态下供货使用，属于热处理强化钢。其特点是含碳量较低（碳的质量分数一般低于0.22%）、合金元素总量低于5%，既有高的强度，又有良好的塑性和韧性，可以直接在调质状态下进行焊接，焊后也不需进行调质处理。v这类钢在焊接结构中也得到越来越广泛的应用，主要用于大型机械工程、压力容器及舰船等。第十八页，本课件共有186页（3）中碳调质钢 v屈服点一般在8801176MPa或以上，钢中含碳量比低碳调质钢高（碳的质量分数为0.25%0.5%），也属于热处理强化钢。其淬硬性比低碳调质钢高很多，具有很高的强度和硬度，但韧性较低，给焊
24、接带来很大的困难，因此一般是在退火状态下焊接，焊后再进行整体热处理来达到所要求的强度和硬度。v这类钢主要用于强度要求很高的产品或部件，如飞机起落架、火箭发动机壳体等。第十九页，本课件共有186页2专用钢v专用钢是指专门用于在特定条件下工作的机械零件和工程结构的钢。按用途不同分为珠光体耐热钢、低温钢和低合金耐蚀钢。（1）珠光体耐热钢 v具有较好的高温强度和高温抗氧化性，其最高工作温度为500600，可用于在这一温度下工作的动力设备和化工设备等。它是以Cr、Mo为基础的低中合金钢。随着使用温度的提高，钢中往往还加入W、V、Nb、B等合金元素。第二十页，本课件共有186页（2）低温钢 v具有良好的低
25、温韧性，其工作温度为-40-196，可用于各种低温容器（液化石油气-45、液化天然气-162）、严寒地区的工程结构（桥梁、管道等）和露天矿山机械等。这类钢中大部分含有Ni，一般在正火或调质状态下使用，和普通低合金钢的区别在于除具有满足要求的的强度外，还必须具有足够的低温韧性。第二十一页，本课件共有186页（3）低合金耐蚀钢 v除具有一般的力学性能外，还必须满足耐腐蚀性能的特殊要求，主要用于在大气、海水、石油化工等腐蚀性介质中工作的各种零件和结构。由于所处介质不同，耐蚀钢的成分和类型也不同，应用最多的是耐大气和海水腐蚀用钢。第二十二页，本课件共有186页第二节第二节 热轧及正火钢的焊接热轧及正火
26、钢的焊接热处理屈服强度/MPa合金系热轧钢钢锭加热1300，热轧，空冷294343C-Mn、Mn-Si正火钢钢板再加热900 ，空冷343490C-Mn、Mn-Si系，添加碳、氮化物形成元素第二十三页，本课件共有186页 屈服强度为294490MPa，在热轧或正火状态下使用，属于非热处理强化钢。v强化机理：热轧钢：固溶强化（Si、Mn）正火钢：固溶强化+沉淀强化+细晶强化（V、Ti、Mo、Nb）正火钢的强化方式多于热轧钢，因此其强度一般高于热轧钢，第二十四页，本课件共有186页 另外也可以看出，热轧及正火钢基于其强化机理，强度直接取决于合金元素的含量，强度要求越高，所需加入的合金元素元素越多，
27、但合金元素增加所带来的塑性、韧性损失越大。热轧及正火钢价格便宜，综合力学性能较好,广泛应用于常温下工作的一些受力结构，如压力容器、动力设备、工程机械、桥梁、建筑结构和管线等。第二十五页，本课件共有186页第二节第二节 热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接一、热轧钢及正火钢的成分和性能一、热轧钢及正火钢的成分和性能二、热轧钢及正火钢的焊接性分析二、热轧钢及正火钢的焊接性分析三、热轧钢及正火钢的焊接工艺三、热轧钢及正火钢的焊接工艺四、典型钢种的焊接实例四、典型钢种的焊接实例 第二十六页，本课件共有186页一、热轧钢及正火钢的成分和性能一、热轧钢及正火钢的成分和性能 热轧钢热轧钢屈服强度：（屈服强度
28、：（294294343343）MPaMPa级级合金系：合金系：C-MnC-Mn或或Mn-SiMn-Si系系（主要通过（主要通过 SiSi、MnMn的固溶的固溶强化作用保证其强度）强化作用保证其强度）基本成分：基本成分：C0.2%C0.2%，Si0.55%Si0.55%，Mn1.5%Mn1.5%第二十七页，本课件共有186页v成分特点：成分特点：a.a.含碳量低含碳量低塑性、韧性较好塑性、韧性较好b b常常用用SiSi和和MnMn作作为为主主加加合合金金化化元元素素产产生生固固溶溶强强化获得高强度化获得高强度MnMn的应用普遍的应用普遍（Si的质量分数超过0.6%后对冲击韧性不利，使韧脆转变温度
29、提高；C的质量分数超过0.3%和Mn的质量分数超过1.6%后，焊接时易出现裂纹，在热轧钢焊接区还会出现脆性的淬硬组织）。第二十八页，本课件共有186页c c在特殊状态下加入了少量的在特殊状态下加入了少量的V V和和NbNb沉淀强化沉淀强化和细晶强化和细晶强化典型钢种：典型钢种：16Mn16Mn，组织：细晶铁素体，组织：细晶铁素体+珠光体珠光体 15MnV V15MnV V细化晶粒和沉淀强化（细化晶粒和沉淀强化（390MPa390MPa）使用状态：使用状态：一般在热轧状态下使用，但在特殊情况一般在热轧状态下使用，但在特殊情况下（要求下（要求冲击韧性或板厚），最好在正火状态下冲击韧性或板厚），最好
30、在正火状态下使用。使用。第二十九页，本课件共有186页v正火钢正火钢：当要求钢的屈服强度s392MPa后，在固溶强化的同时，必须加强合金元素的沉淀强化作用。正火钢是在固溶强化的基础上，加入一些碳、氮化合物形成元素（如V、Nb、Ti和Mo等），通过沉淀强化和细化晶粒进一步提高钢材的强度和保证韧性。成分特点：热轧钢的成分+V、Ti、Mo、Nb 强化机理：固溶强化+沉淀强化+细化晶粒第三十页，本课件共有186页 屈服强度：（343490）MPa 使用状态：正火 正火处理的目的是为了使钢中合金元素形成的碳、氮化合物以细小的化合物质点从固溶体中沉淀析出，弥散分布在晶内和晶界，产生沉淀强化，并起细化晶粒的
31、作用，可以在提高钢材强度的同时，改善钢材的塑性和韧性，避免过分固溶强化所造成的脆性。对于含Mo钢来说，正火后还必须进行回火才能保证良好的塑性和韧性。因此，正火钢又可分为：第三十一页，本课件共有186页1)1)正火状态下使用的钢正火状态下使用的钢v除15MnTi外，主要是V、Nb钢：15MnV 利用V、Nb元素形成的碳、氮化物弥散质点所起的沉淀强化和细化晶粒的作用来达到良好的综合性能v此外15MnVN、美国的737C、德国的FG39加入N形成Mn-V-N系列钢，由于增加了氮化钒的沉淀强化作用，使屈服强度s由Mn-V钢的392MPa提高到441MPa，v其主要特点是屈强比（s/b）较高第三十二页，
32、本课件共有186页 2)2)正火正火+回火状态下使用的钢：回火状态下使用的钢：这类钢主要是指含Mo钢，如14MnMoV、18MnMoNb等在低合金钢中加入一定量的Mo，可细化晶粒，提高强度，还可以提高钢材的中温性能。因此含Mo的低合金正火钢适于制造中温厚壁压力容器。但含Mo钢在较高的正火温度或较快速度的连续冷却下，得到的组织为上贝氏体和少量的铁素体，其韧性和焊接性较差，因此正火钢必须回火处理以改善钢材的塑性和韧性。第三十三页，本课件共有186页 3)3)微合金化控轧钢微合金化控轧钢 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)和和控制轧制技术达到细化晶粒和沉淀强化
33、相结控制轧制技术达到细化晶粒和沉淀强化相结合的效果，同时从冶炼工艺上采取了降合的效果，同时从冶炼工艺上采取了降C C降降S S，改变夹杂物形态，提高钢的纯度等措施，使，改变夹杂物形态，提高钢的纯度等措施，使钢具有均匀的细晶粒等轴铁素体基体。钢具有均匀的细晶粒等轴铁素体基体。X70X70除除加微量加微量NbNb、V V、Ti Ti 外，还加入外，还加入NiNi、CrCr、CuCu、MoMo。第三十四页，本课件共有186页 焊接性理论分析的基本内容：(1)了解金属材质的性质：成分、类别、强度等级、供货状态、力学性能、特殊性能（分析金属焊接性的基本依据）(2)对金属进行焊接性分析 焊接加工性 焊接性
34、 使用性能接头是否产生缺陷：各种类型的裂纹HAZ的性能变化：脆化、软化二、二、热轧及正火钢的焊接性分析热轧及正火钢的焊接性分析第三十五页，本课件共有186页(3)制定焊接工艺 关于焊接方法的选用 关于焊接材料的选用 预热温度 层间温度 关于焊接工艺参数的制定 后热温度 焊接E 焊后热处理焊接工艺 第三十六页，本课件共有186页 二、热轧钢及正火钢的焊接性分析 低合金钢的焊接性主要取决于它的化学成分和轧制工艺。随着钢材强度级别的提高和合金元素含量的增加，焊接性也随之发生变化。焊接性通常表现为两方面的问题：一是裂纹问题，一是接头的脆化问题。第三十七页，本课件共有186页 二、热轧钢及正火钢的焊接性
35、分析 低合金钢的焊接性主要取决于它的化学成分和轧制工艺。随着钢材强度级别的提高和合金元素含量的增加，焊接性也随之发生变化。焊接性通常表现为两方面的问题：一是裂纹问题，一是接头的脆化问题。第三十八页，本课件共有186页 1、焊缝中的热裂纹 形成机理：主要是由于焊缝结晶时，硫在晶间形成了低熔点的硫化物和共晶体，因此，S对高强钢热裂纹的形成起着直接的有害作用。其次，S的有害作用还与钢中的其它元素密切相关，例如钢中的C、Si会促使S在晶界的偏析，因此会促进S的有害作用,而Mn却能抵消它的有害作用。第三十九页，本课件共有186页 焊缝中的碳含量越高，为了防止硫的有害作用所需的Mn含量也要求越高；随着碳含
36、量的增加，要求Mn/S比也提高。当Wc=0.12%时，Mn/S比不应低于10，而Wc=0.16%时，Mn/S比就应大于40才能不出现热裂纹。判定依据：以Mn/S、Wc来评定焊缝的热裂倾向 第四十页，本课件共有186页 总体而言，热轧及正火钢热裂倾向小原因：v含碳量低（0.2%）v含Mn量较高，Mn/S一般能达到规定要求 因此，热轧及正火钢具有较好的抗热裂性能，焊接过程中的热裂纹倾向较小，正常情况下焊缝中不会出现热裂纹。但个别情况下，当材料成分不合格或严重偏析局部C、SMn/S焊缝中也会出现热裂 第四十一页，本课件共有186页冶金措施 降低焊缝含碳量 适当提高焊缝含锰量，但太多，晶粒长大 工艺措
37、施 设法减少熔合比 焊速不宜过大 采用引弧板和熄弧板 降低焊接接头的刚性拘束条件，选择合理的焊接顺序，以减少焊接应力 第四十二页，本课件共有186页 焊缝的含H量冷裂纹 接头的拘束度 钢种的淬硬倾向被焊材料工艺、结构因素2、冷裂纹 因此，仅从材料本身看，钢种的淬硬倾向是引起冷裂纹的决定因素。钢种的淬硬倾向越大，其冷裂倾向越大，焊接时是否形成对氢致裂纹敏感的淬硬组织是评定材料焊接性的一个重要指标。而淬硬倾向可以通过焊接热影响区连续冷却。第四十三页，本课件共有186页转变图（SHCCT）或钢材的连续冷却组织转变图（CCT）来进行分析。a 淬硬倾向与冷裂纹倾向的关系：1）热轧钢的淬硬倾向和冷裂倾向：
38、热轧钢含C量不高，但含有少量的合金元素，其淬硬倾向稍大于低碳钢，并且随着钢材强度级别的提高，淬硬倾向逐渐增大。第四十四页，本课件共有186页第四十五页，本课件共有186页v与低碳钢相比，Q345在连续冷却时，珠光体转变右移较多，使快冷过程中（如图3-4a上的c点以左）铁素体析出后剩下的富碳奥氏体来不及转变为珠光体，而是转变为含碳较高的贝氏体和马氏体，具有淬硬倾向。第四十六页，本课件共有186页a厚板手弧焊：V冷较快 b.薄板或埋弧焊：V冷慢低碳钢：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：环境温度很低或钢板厚度很大，热轧钢有一定冷裂
39、倾向第四十七页，本课件共有186页2）正火钢的淬硬倾向和冷裂倾向：由于正火钢的强度级别较高，Me的含量也较多，因此正火钢的淬硬倾向大于热轧钢；正火钢由于强度级别不同，其淬硬倾向和冷裂倾向相差较大，但总的说来，随着强度级别的提高，钢材的淬硬倾向和冷裂倾向都将 第四十八页，本课件共有186页 例如15MnVN和18MnMoNb相比（见图3-5a、b），两者的淬硬倾向差别较大。18MnMoNb的过冷奥氏体比15MnVN稳定得多，特别是在高温转变区。因此，18MnMoNb冷却下来很容易得到贝氏体和马氏体，它的整个转变曲线比15MnVN靠右，淬硬性高于Q420 15MnVN，故冷裂敏感性也比较大。第四十
40、九页，本课件共有186页第五十页，本课件共有186页b b 碳当量与冷裂纹倾向的关系碳当量与冷裂纹倾向的关系 冷裂倾向冷裂倾向 淬硬倾向淬硬倾向 化学成分化学成分碳的作用碳的作用 因此，可以通过一些经验性的碳当量公式来粗略地估计不同钢材的冷裂倾向。v热轧钢：C CE E0.0.,无淬硬倾向、冷裂倾向，焊接性良好，不需预热和严格控制E。但在钢板厚度过大或环境温度很低时，要均匀预热和E 第五十一页，本课件共有186页 正火钢：CE=（0.40.6）:强度级别较低：15MnVN：CE0.5%，淬硬倾向大，焊接性较差，要采取严格的工艺措施 第五十二页，本课件共有186页 3 3、再热裂纹：、再热裂纹：
41、再热裂纹是焊接结构在焊后消除应力的热处理再热裂纹是焊接结构在焊后消除应力的热处理过程中或者是焊后再次高温加热过程所产生的过程中或者是焊后再次高温加热过程所产生的一种裂纹。（一种裂纹。（含含MoMo正火钢厚壁压力容器及其他有正火钢厚壁压力容器及其他有沉淀强化的钢或合金，如珠光体耐热钢、奥氏体不沉淀强化的钢或合金，如珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢等）锈钢等）v形成再热裂纹的成分条件是形成再热裂纹的成分条件是：钢钢中中要要含含有有一一定定数数量量的的强强碳碳化化物物形形成成元元素素：如如V V、TiTi、MoMo、Nb Nb 第五十三页，本课件共有186页v热轧钢：属于固溶强化钢，C-Mn和Mn-Si系
42、一般不含有强碳化物形成元素，因此热轧钢对再热裂纹并不敏感v正火钢：也是以固溶强化为主，但还具有少许的沉淀强化，钢中含有少量的强碳化物形成元素，从理论上一般认为正火钢具有轻微的再热裂纹倾向。但实践证明它对再热裂纹不敏感。如15MnVN第五十四页，本课件共有186页v正正火火+回回火火钢钢：Mo、V或Mo、Nb共存的正火+回火钢，如18MnMoNb、14MnMoV则有轻微的再热裂纹敏感性。可采取提高预热温度或焊后立即后热等措施来防止再热裂纹的产生。如18MnMoNb只要将预热温度中消除冷裂纹需要的180（板厚60mm）提高到220后就能防止再热裂纹。如果提高预热温度有困 难，可 在180预热条件下
43、焊后立即进行1802h的后热也能有效地防止再热裂纹的产生。第五十五页，本课件共有186页 4、层状撕裂：层状撕裂是一种特殊形式的裂纹，它主要发生于要求熔透的角接接头或T形接头的厚板结构中，（在热影响区甚或远离热影响区的母材中）。大型厚板焊接结构（如海洋工程、锅炉吊架、核反应堆及船舶等）焊接时，如果在钢材厚度方向承受较大的拉伸应力时，可能沿钢材轧制方向发生呈明显阶梯状的层状撕裂。第五十六页，本课件共有186页 层状撕裂的产生原因：钢中的非金属夹杂物，如硫化物、硅酸盐或氧化物夹杂等沿平行于轧制的方向呈片状、层状分布或大量成片地密集于同一平面内，由于夹杂物与基体金属的结合薄弱，这种分布形态将导致钢板
44、在板厚方向（Z向）上塑性降低，当Z向拘束力足够大时，夹杂物与基体金属就将产生开裂，并最终发展成层状撕裂。第五十七页，本课件共有186页 从钢材本质来说，层状撕裂的产生主要取决于冶炼质量，即取决于钢中非金属夹杂物的形态、大小以及数量。其中层片状硫化物的影响最为严重。因此，一般把钢中的硫含量和Z向断面收缩率作为评定钢材层状撕裂敏感性的主要指标。由于热轧及正火钢是在一般的冶炼条件下生产，并没有严格控制钢液成分，没有采取特殊的脱S、除气以及夹杂物形态控制措施，因此，第五十八页，本课件共有186页 它们一般都具有层状撕裂倾向。热轧钢是在热轧状态下使用，由于轧制，钢中可能存在明显的非金属夹杂物带状组织。而
45、正火钢由于在热轧以后进行了正火处理，钢中的带状组织已经消除，板厚方向上的塑性有所改善。因此正火钢的层状撕裂倾向较热轧钢小。第五十九页，本课件共有186页 层状撕裂的产生不受钢材种类和强度级别的限制，从Z向拘束力考虑，层状撕裂与板厚有关，板厚越大，钢板的刚性越大，Z向拘束力也越大。一般认为板厚在16mm以下不会产生层状撕裂。当板厚16mm时，应检查母材带状偏析。严重时采取预热。第六十页，本课件共有186页 合理选择层状撕裂敏感性小的钢材、改善接头形式以减轻钢板Z向所承受的应力应变、在满足产品使用要求前提下选用强度级别较低的焊接材料及采用预热及降氢等辅助措施，有利于防止层状撕裂的发生。第六十一页，
46、本课件共有186页5、焊接接头的脆化 焊接接头中被加热到1200以上，熔点以下的区域，由于温度高发生了奥氏体晶粒的显著长大和一些难熔质点(如氮化物或碳化物)向A的溶入过程。这些过程与钢种成分和焊接E共同作用往往会导致焊接过热区脆化，例如：溶入的难熔质点在冷却过程中，来不及析出会使材料变脆；过热粗大的奥氏体冷却下来会转变成魏氏体、粗大的第六十二页，本课件共有186页 马氏体及塑性很低的铁素体、高碳马氏体和贝氏体的混合组织和M-A组元，因此过热区的性能变化取决于其在高温的停留时间、影响冷却速度的焊接线能量和钢材的类型及合金系列。不同种类的钢合金化机理和强化途径不同，引起过热区脆化的原因也不同。第六
47、十三页，本课件共有186页1 1）过热区的脆化）过热区的脆化v热轧钢过热区的脆化原因：a形成了粗大的魏氏组织 E过大b形成了高碳M等淬硬组织 E过小、Wc偏高 影响因素：E、Wc焊接E：决定高温停留时间t tH H、接头V冷冷vE，t tH H、V冷冷魏氏组织（粗晶脆化）vE，V冷冷淬硬组织（淬硬脆化）第六十四页，本课件共有186页Wc：Wc偏低：低碳M（脆化不明显）Wc偏高：高碳M（脆化显著）16Mn：Wc=0.12%0.2%v Wc偏低0.14%时：E过大，形成了魏氏组织 E过小，形成了高碳M第六十五页，本课件共有186页 正火钢：正火钢的过热区脆化除了与晶粒粗化有关外，还主要与其强化基理
48、和合金化方式有关 V、Ti、Mo、Nbv常温时：合金元素以化合物的形式存在最好，但Me固溶在F 使F产生晶格畸变硬度、脆性v高温下：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 第六十六页，本课件共有186页正火钢的过热区脆化原因：v晶粒粗化v高温下，难熔质点(如氮化物或碳化物)溶解在A中，焊接冷却时固溶在F中，引起脆性 第六十七页，本课件共有186页2）热应变脆化：定义：热应变脆化是焊接过程中最高加热温度区域为400200的HAZ在焊接热和应变的作用下，由固溶N所引起的一种动态应变时效 产生部位：最高加热温度低于Ac1的亚临界热影
49、响区（最高加热温度400200的HAZ）产生实质：由固溶N所引起的一种动态应变时效 第六十八页，本课件共有186页v一般认为热应变脆化是由于氮、碳原子聚集在位错周围，对位错造成钉轧作用造成的。v主要发生在固溶氮含量较高的低碳钢和强度级别不高的低合金钢，16Mn、16MnC(热轧钢)就具有一定的热应变脆化倾向 v钢中加入足够量的氮化物形成元素(如A1、Ti、V等)可显著减弱脆化倾向，15MnVN的脆化倾向小于16Mn第六十九页，本课件共有186页 三、热扎正火钢的焊接工艺三、热扎正火钢的焊接工艺 1、焊接方法的选择 热轧和正火钢对焊接方法无特殊要求，常用的焊接方法如手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊
50、和电渣焊都可选用。方法的选取主要根据材料的厚度、产品结构和具体施工条件来确定。其中，焊条电弧焊、埋弧自动焊、CO2气体保护焊是热轧及正火钢常用的焊接方法。第七十页，本课件共有186页 2 2、焊接材料的选择 低合金钢选择焊接材料时必须考虑两方面的问题：一是不能使焊缝产生裂纹等焊接缺陷；二是使焊接接头能满足使用性能要求。热扎正火钢焊接时热裂、冷裂倾向不大；同时这类钢主要用于制造受力结构，其接头必须具备足够的强度和韧性。因此，选择焊接材料的依据是保证焊缝金属的强度、塑性和韧性等力学性能与母材相匹配。第七十一页，本课件共有186页 1 1）选择与母材力学性能匹配的相应强度强度级别的焊接材料 选择焊接