第八章合金结构钢焊接.pptx

1 焊接工艺制定与评定3.合金结构钢的焊接 2 Contents Page目录页3.1 合金结构钢的分类和性能 3.1.1 合金结构钢的分类 3.1.2 合金结构钢的基本性能3.2 热轧及正火钢的焊接 3.2.1 热轧及正火钢的成分和性能 3.2.2 热轧及正火钢的焊接性 3.2.3 热轧及正火钢的焊接工艺3.3 低碳调质钢的焊接 3.3.1 低碳调质钢的种类、成分和性能 3.3.2 低碳调质钢的焊接性分析 3.3.3 低碳调质钢的焊接工艺特点 3 Contents Page目录页 *3.4 中碳调质钢的焊接 3.4.1 中碳调质钢的成分和性能 3.4.2 中碳调质钢的焊接性分析 3.4.3 中碳调质钢的焊接工艺特点3.5 珠光体耐热钢的焊接 3.5.1 珠光体耐热钢的成分及性能 3.5.2 珠光体耐热钢的焊接性分析 3.5.3 珠光体耐热钢的焊接工艺特点3.6 低温钢的焊接 3.6.1 低温钢的成分及性能 3.6.2 低温钢的焊接性分析 3.6.3 低温钢的焊接工艺特点 4 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能合金钢指在炼钢过程中有意识地加入一种或多种合金元素来改善钢材性能。常用合金元素有：锰、硅、铬、镍、钼、钨、钒、钛、硼 Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、B按合金元素总含量分：按合金元素总含量分：低合金钢低合金钢，合金元素总含量，合金元素总含量5 中合金钢中合金钢，合金元素总含量，合金元素总含量510%高合金钢高合金钢，合金元素总含量，合金元素总含量10 强度高，韧性好，具有特殊的物理、化学性能，如耐热性和耐蚀性等性能 压力容器、石油化工、桥梁、船舶等机械零件和工程结构应用 5 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接 2.1 非合金钢与钢材分类方法3.1.1 合金结构钢的分类3.1 合金结构钢的分类和性能 强度：强度：s295MPa，高强钢，高强钢 应用：常规条件下要求能承受应用：常规条件下要求能承受静载静载和和动载动载的机械的机械 零件和工程结构零件和工程结构 主要性能是主要性能是力学性能力学性能，合金元素的加入是为了，合金元素的加入是为了保证足够的保证足够的塑性和韧性塑性和韧性的前提下，获得不同的的前提下，获得不同的强度强度等级，同时也可等级，同时也可改善焊接性改善焊接性按用途和性能分：强度用钢（高强钢）和 低中合金特殊用钢1、强度用钢强度用钢 6 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接 2.1 非合金钢与钢材分类方法3.1.1 合金结构钢的分类3.1 合金结构钢的分类和性能b600MPab600MPa 7 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接 2.1 非合金钢与钢材分类方法3.1.1 合金结构钢的分类3.1 合金结构钢的分类和性能热轧钢把钢锭加热到把钢锭加热到1300 左右，经左右，经热轧热轧成板材，然后成板材，然后空冷空冷后后即成热轧钢。即成热轧钢。钢板钢板轧制轧制和冷却后，和冷却后，再加热再加热到到900 附近，然后附近，然后空冷。空冷。正火钢调质钢轧制轧制冷却后再在冷却后再在900 附近附近加热加热后放入后放入淬火淬火设备中水淬设备中水淬然后在然后在600 左右左右回火回火处理。处理。8 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接 2.1 非合金钢与钢材分类方法3.1.1 合金结构钢的分类3.1 合金结构钢的分类和性能4）新发展钢种新发展钢种 微合金化控轧钢、焊接无裂纹钢（微合金化控轧钢、焊接无裂纹钢（CF 钢）、抗层状撕裂钢钢）、抗层状撕裂钢（Z向钢）、焊接大热输入钢等。向钢）、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桥梁等工程中。器、大型水轮机蜗壳和大跨度全焊接桥梁等工程中。9 表表3-1 3-1 国内外常见的合金结构钢的牌号国内外常见的合金结构钢的牌号3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接 2.1 非合金钢与钢材分类方法3.1.1 合金结构钢的分类3.1 合金结构钢的分类和性能 类类 型型类别类别屈服点屈服点/MPa国内外常用钢牌号国内外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295490Q295(Cu)、09Mn2Si、Q345(Cu)、Q390、Q390(Cu)、Q420、18MnMoNb、14MnMoV、WH530、X60、D36低碳低碳调质钢调质钢49098014MnMoVN、14MnMoNbB、WCF60、WCF62、HQ70、HQ80、HQ100、T-1、HY80、HY110中碳中碳调质钢调质钢880117635CrMoA、35CrMoVA、30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA、40CrNiMoA、34CrNi3MoA特特 殊殊用用钢钢珠光体耐热钢珠光体耐热钢26564012CrMo、15CrMo、2.25Cr1Mo、12Cr1MoV、15Cr1Mo1V、12Cr5Mo、12Cr9Mo1、12Cr2MoWVB、12Cr3MoVSiTiB低温钢低温钢34358509Mn2V、06AlCuNbN、2.5Ni、3.5Ni、5Ni、9Ni低合金耐蚀钢低合金耐蚀钢-12MnCuCr、09MnCuPTi、09CuPCrNi、12AlMoV、12AlMo、15Al3MoWTi 10 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接3.1.1 合金结构钢的分类3.1 合金结构钢的分类和性能1.Q屈服点Q295屈服强度屈服强度295MPa2.数字+合金元素+A/B/C/D（碳含量的万分之几）（碳含量的万分之几）X60：管线钢：管线钢WCF62：焊接无裂纹钢：焊接无裂纹钢HQ70、HQ80、HQ100、T-1、HY80、HY110：低：低碳调质钢碳调质钢18CrMoVA0.18%C优质优质A等级最低，等级最低，D最高最高 11 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接 2.1 非合金钢与钢材分类方法3.1.1 合金结构钢的分类3.1 合金结构钢的分类和性能1）热轧及正火钢高强钢 s=294490MPa，在热轧或正火状态下使用，在热轧或正火状态下使用，属于属于非热处理强化钢非热处理强化钢。包括包括微合金化控轧钢微合金化控轧钢、抗层状撕裂的、抗层状撕裂的Z向钢向钢等。等。应用：应用：常温下常温下工作的一些受力结构，如压力容器、工作的一些受力结构，如压力容器、动力设备、工程机械、动力设备、工程机械、桥梁、建筑结构和管线等桥梁、建筑结构和管线等 12 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接 2.1 非合金钢与钢材分类方法3.1.1 合金结构钢的分类3.1 合金结构钢的分类和性能2）低碳调质钢高强钢 s=490980MPa，在调质状态下供货使用，属于热处理强化钢。，在调质状态下供货使用，属于热处理强化钢。含碳量较低（含碳量较低（0.22%），），高强度高强度，良好塑性和韧性良好塑性和韧性，可以，可以直接在直接在调质状态下进行焊接调质状态下进行焊接，焊后不需进行调质处理焊后不需进行调质处理。特点应用 大型工程机械、压力容器及舰船制造等。大型工程机械、压力容器及舰船制造等。13 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接 2.1 非合金钢与钢材分类方法3.1.1 合金结构钢的分类3.1 合金结构钢的分类和性能高强钢3）中碳调质钢 s=8801176 MPa 以上，热处理强化钢以上，热处理强化钢 含碳量较高（含碳量较高（0.25%0.5%），），淬硬性淬硬性比低碳调质钢高得多，具比低碳调质钢高得多，具有很有很高的硬度和强度高的硬度和强度，但，但韧性韧性相对相对较低较低，焊接困难焊接困难。一般是在。一般是在退火状退火状态下焊接态下焊接，焊后再进行整体热处理焊后再进行整体热处理来达到所要求的强度和硬度。来达到所要求的强度和硬度。特点应用强度要求很高的产品或部件，如强度要求很高的产品或部件，如火箭发动机壳体火箭发动机壳体、飞机起落架飞机起落架等。等。14 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接 2.1 非合金钢与钢材分类方法3.1.1 合金结构钢的分类3.1 合金结构钢的分类和性能低合金特殊用钢应用：一些特定条件下工作的机械零件和工程结构要求：常规力学性能，必须适应特殊环境可分为：珠光体耐热钢、低温钢和低合金耐蚀钢等 15 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接 2.1 非合金钢与钢材分类方法3.1.1 合金结构钢的分类3.1 合金结构钢的分类和性能1）珠光体耐热钢低合金特殊用钢 工作温度在工作温度在500600的的高温设备高温设备，如热动，如热动力设备和化工设备等。力设备和化工设备等。以以Cr、Mo为基础为基础，随工作温度提高，加入，随工作温度提高，加入 V、W、Nb、B等合金元素等合金元素 具有较好的具有较好的高温强度高温强度和和高温抗氧化性高温抗氧化性特点应用元素 16 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接 2.1 非合金钢与钢材分类方法3.1.1 合金结构钢的分类3.1 合金结构钢的分类和性能2）低温钢 各种低温装置（各种低温装置（-40-196）和在）和在严寒地区严寒地区的一些工程结构，如的一些工程结构，如液化石油气液化石油气、天然气、液氮、天然气、液氮、液氢液氢等等生产储运设备。生产储运设备。一些一些含含Ni或无或无Ni的低合金钢，一般在的低合金钢，一般在正火正火或或调质调质状态使用。状态使用。与普通低合金钢相比，低温钢必须保证在低温与普通低合金钢相比，低温钢必须保证在低温下具有足够高的下具有足够高的低温韧性低温韧性，对强度无特殊要求。，对强度无特殊要求。特点应用低合金特殊用钢 17 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接 2.1 非合金钢与钢材分类方法3.1.1 合金结构钢的分类3.1 合金结构钢的分类和性能3）低合金耐蚀钢低合金特殊用钢 像像大气大气、海水海水、石油化工石油化工等等腐蚀介质腐蚀介质中工中工作的各种机械设备和焊接结构。所处的介质不作的各种机械设备和焊接结构。所处的介质不同，耐蚀钢的类型和成分也不同，耐蚀钢中应同，耐蚀钢的类型和成分也不同，耐蚀钢中应用最广泛的是耐用最广泛的是耐大气大气和耐和耐海水海水腐蚀用钢。腐蚀用钢。具有一般力学性能，必须具有具有一般力学性能，必须具有耐腐蚀性能。耐腐蚀性能。应用 18 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接 2.1 非合金钢与钢材分类方法3.1.2 合金结构钢的基本性能3.1 合金结构钢的分类和性能1）化学成分 低碳钢：WC=0.10%0.25%，WSi0.3%，WMn=0.5%合金元素：Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu 杂质元素：P、S含量限制在较低程度含量限制在较低程度 碳：最能提高强度最能提高强度的元素，但易于引起的元素，但易于引起淬硬淬硬和和焊接裂纹焊接裂纹，所以在，所以在保证强度保证强度的前提的前提下，碳的含下，碳的含量越少越好量越少越好（C%0.22%，实，实际际C%0.18%）19 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接 2.1 非合金钢与钢材分类方法3.1.2 合金结构钢的基本性能3.1 合金结构钢的分类和性能2）合金元素的影响 Cr组元素组元素：以：以Cr元素为代表，元素为代表，Cr、Si、Al、Ti、V、Mo、W、B、(O、P、S）铁素体元素铁素体元素（在（在-Fe中具中具有较大溶解度，有较大溶解度，缩小奥氏体区，形成缩小奥氏体区，形成并稳定铁素体）并稳定铁素体）Ni组元素组元素：以：以Ni元素为代元素为代表，表，Ni、Mn、Co、Cu、（C、N、H）奥氏体元素奥氏体元素（在（在晶晶格中具有较大溶解度，扩大奥格中具有较大溶解度，扩大奥氏体区，形成并稳定奥氏体）氏体区，形成并稳定奥氏体）1、合金元素对组织转变的影响 20 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接 2.1 非合金钢与钢材分类方法3.1.2 合金结构钢的基本性能3.1 合金结构钢的分类和性能3）合金元素的作用提高钢的淬硬倾向 淬硬倾向：马氏体含量越多，硬度越高，淬硬倾向越大，淬硬性主要取决于马氏体中碳的过饱和度 C、Mn、Cr、Mo、V、W、Ni和和Si等元素等元素 Ti、Nb、Ta等等碳化物形成元素碳化物形成元素降低钢的淬硬倾向 21 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接3.1.2 合金结构钢的基本性能3.1 合金结构钢的分类和性能2、合金元素对抗拉强度和屈服强度的影响s=122+274C+82Mn+55Si+54Cr+44Ni+78Cu+353V+755Ti+540P+30-2(h-5)b=230+686C+78Mn+90Si+73Cr+33Ni+56Cu+314V+529Ti+450P+21-1.4(h-5)式中式中 h为板厚（为板厚（mm）22 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接3.1.2 合金结构钢的基本性能3.1 合金结构钢的分类和性能3、合金元素对塑性和韧性的影响 热轧及正火条件下，合金元素的热轧及正火条件下，合金元素的强化效果越大强化效果越大，塑性和韧性的降低越多塑性和韧性的降低越多，当钢中合金元素的含量超出，当钢中合金元素的含量超出一定范围后会出现韧性的大幅度下降。抗拉强度大于一定范围后会出现韧性的大幅度下降。抗拉强度大于600MPa的的高强钢高强钢一般都需进行一般都需进行调质处理调质处理。23 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接3.1.2 合金结构钢的基本性能3.1 合金结构钢的分类和性能4、合金元素对淬透性的影响淬透性：钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力。淬硬层（马氏体层）深度越大，则钢的淬透性越好。凡是能够增加过冷奥氏体稳定性，或者说使曲线位置右移，降低马氏体转变临界冷却速度，都能提高钢的淬透性 提高淬透性的元素：Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等 24 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接3.1.2 合金结构钢的基本性能3.1 合金结构钢的分类和性能 固溶强化作用很显著固溶强化作用很显著 提高韧性提高韧性(WMn1.7%)良好的脱良好的脱S、脱、脱O剂，降低热脆性剂，降低热脆性 提高硬度、耐磨性提高硬度、耐磨性Mn优点缺点Mn含量增高，有增加钢晶含量增高，有增加钢晶粒粗化的倾向和回火脆性敏粒粗化的倾向和回火脆性敏感性；减弱钢的抗腐蚀能力，感性；减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能降低焊接性能 Si优点固溶强化，固溶强化，提高硬度和强度提高硬度和强度提高弹性极限，屈服点，常用作提高弹性极限，屈服点，常用作弹簧钢弹簧钢提高抗氧化性（提高抗氧化性（SiO2膜），常做膜），常做耐热钢耐热钢缺点 显著降低塑性和韧性，一般显著降低塑性和韧性，一般Si含量含量0.5%时韧性开始时韧性开始恶化恶化。提高高温抗氧化性，常与提高高温抗氧化性，常与Cr一起用于一起用于耐热钢耐热钢。5、各种合金的作用 26 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接3.1.2 合金结构钢的基本性能3.1 合金结构钢的分类和性能5、各种合金的作用N 氮在钢中的作用氮在钢中的作用与碳相似与碳相似，奥氏体元素奥氏体元素123当它溶解在铁中时，将扩大当它溶解在铁中时，将扩大区。区。能与钢中其他合金元素形成稳定的能与钢中其他合金元素形成稳定的氮化物氮化物，这些氮化物往往以，这些氮化物往往以弥散弥散的微粒的微粒分布，从而分布，从而细化晶粒细化晶粒，提高提高钢的钢的屈服点屈服点和和抗脆断能力抗脆断能力。Al、Ti和和V等合金元素对氮具有较高的亲和力，并能形成较稳定的等合金元素对氮具有较高的亲和力，并能形成较稳定的氮化物氮化物。因此，为了充分发挥氮作为合金元素的作用，钢中必须同时加入因此，为了充分发挥氮作为合金元素的作用，钢中必须同时加入Al、V和和Ti等氮化物形成元素。等氮化物形成元素。27 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接3.1.2 合金结构钢的基本性能3.1 合金结构钢的分类和性能6、微合金化元素TiNbVB V、Ti、Nb是是强烈形成强烈形成碳化物碳化物的元素；还可形成的元素；还可形成氮氮化物化物，析出微小的，析出微小的VC、TiC、NbC及及VN、TiN、Nb(C、N)产生明显的产生明显的沉淀强化沉淀强化作用，在固溶强化的基础上屈服作用，在固溶强化的基础上屈服强度可提高强度可提高50100MPa，并能，并能保持韧性保持韧性在晶界上阻止先共析铁素体生成及长大，在晶界上阻止先共析铁素体生成及长大，细化晶粒细化晶粒从而从而改善韧性改善韧性 28 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.6 低温钢的焊接3.1.2 合金结构钢的基本性能3.1 合金结构钢的分类和性能各种合金元素的影响程度不仅取决于它的含量，还取决于同时存在的其他合金元素的性质和含量。低碳调质钢的综合性能除了取决于化学成分外，主要是通过热处理保证具有良好的组织和力学性能。合金元素的加入：合金结构钢的强度级别不同，加入的合金元素及其含量也不同，成分设计既要满足使用性能要求又要考虑其经济性。b=600MPa：Mn-Si、Mn-Si+少量少量Cr、Ni、Mo、V b=700MPa：Mn-Si-Cr-Ni-Mo系，合金元素加入量较系，合金元素加入量较 600MPa级的钢多些，还加入少量的级的钢多些，还加入少量的V；b=800MPa：Mn-Si-Cr-Ni-Mo-Cu-V系，并加入一定量系，并加入一定量B；b=1000MPa：与：与800MPa级的钢基本相同，但合金元素加入级的钢基本相同，但合金元素加入 量较高，尤其是为了量较高，尤其是为了保证韧性保证韧性，而加入，而加入较多的较多的Ni 29 Contents Page目录页3.1 合金结构钢的分类和性能 3.1.1 合金结构钢的分类 3.1.2 合金结构钢的基本性能3.2 热轧及正火钢的焊接 3.2.1 热轧及正火钢的成分和性能 3.2.2 热轧及正火钢的焊接性 3.2.3 热轧及正火钢的焊接工艺3.3 低碳调质钢的焊接 3.3.1 低碳调质钢的种类、成分和性能 3.3.2 低碳调质钢的焊接性分析 3.3.3 低碳调质钢的焊接工艺特点 30 2.1 非合金钢与钢材分类方法3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2.1 热轧及正火钢的成分和性能3.2 热轧及正火钢的焊接 特点：价格便宜，具有良好的综合力学性能和加工性能。包括：微合金化控轧钢、抗层状撕裂的Z向钢等。应用：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。s=294490MPa，在热轧或正火状态下使用，属于非热处理强化钢。热轧及正火钢 31 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接s=294490MPa的低合金高强钢的低合金高强钢 32 2.1 非合金钢与钢材分类方法3.5 珠光体耐热钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.2.1 热轧及正火钢的成分和性能3.2 热轧及正火钢的焊接 33 Mn、Si：固溶强化固溶强化保证钢的强度保证钢的强度 V、Nb、Ti：细化晶粒、沉淀强化细化晶粒、沉淀强化 属于属于C-Mn或或Mn-Si系的钢种系的钢种3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接1）热轧钢s=294390MPa的普通低合金钢的普通低合金钢化学成分：化学成分：C、Mn、Si、S、P、V、Nb、Ti wC0.2%3.2.1 热轧及正火钢的成分和性能 34 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接1）热轧钢wC0.2%，wSi0.55%，wMn 1.5%wSi 0.6%：使：使 vTrs 提高，对提高，对韧性不利韧性不利;wC0.3%、wMn1.6%：焊接时易出现：焊接时易出现裂纹裂纹，在热轧钢焊接区还会出现，在热轧钢焊接区还会出现脆性的淬硬脆性的淬硬组织。组织。3.2.1 热轧及正火钢的成分和性能 35 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接1）热轧钢3.2.1 热轧及正火钢的成分和性能Q345（16Mn）是我国）是我国1957年研制生产和应用最广泛的热轧年研制生产和应用最广泛的热轧钢，用于南京长江大桥和我国第一艘万吨远洋货轮。钢，用于南京长江大桥和我国第一艘万吨远洋货轮。在在Q345基础上加入少量基础上加入少量V(0.030.20%)、Nb(0.010.05%)、Ti(0.100.20%)等，利用等，利用V、Nb、Ti的的碳化物碳化物和和氮化物氮化物的析的析出可进一步提高钢的出可进一步提高钢的强度强度，细化晶粒细化晶粒，如，如Q390，Q420 36 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接1）热轧钢3.2.1 热轧及正火钢的成分和性能 如如：Q345在个别情况下，为了改善综合在个别情况下，为了改善综合性能，特别是厚板的冲击韧性，可进行性能，特别是厚板的冲击韧性，可进行900920正火处理，正火后强度略有降低，正火处理，正火后强度略有降低，但塑性、韧性（特别是低温冲击韧性）有所但塑性、韧性（特别是低温冲击韧性）有所提高。提高。组织组织：铝镇静的：铝镇静的细晶粒铁素体珠细晶粒铁素体珠光体光体，热轧供货要求提高冲击韧度或板，热轧供货要求提高冲击韧度或板厚较大时，可以要求在正火条件下供货，厚较大时，可以要求在正火条件下供货，经正火处理可使钢的化学成分均匀化，经正火处理可使钢的化学成分均匀化，塑性、韧性提高，但强度略有下降。塑性、韧性提高，但强度略有下降。37 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接2）正火钢 s 390MPa 必须在必须在固溶强化固溶强化的同时加强合金元素的的同时加强合金元素的沉淀强化沉淀强化作用作用化学成分：化学成分：C、Mn、Si、S、P、Mo、V、Nb、Ti3.2.1 热轧及正火钢的成分和性能 38 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接2）正火钢正火处理：促使碳化物和氮化物的细小化合物质点沉淀析出，弥散分布在晶内和晶界，起细 化 晶 粒的 作 用 1）正火状态下使用的钢：主要是含V、Nb、Ti的钢，如420等，主要特点是屈强比（s/b）较高；2)正火回火状态使用的含Mo钢：如14MnMoV、18MnMoNb等。Mo：细化晶粒，提高强度，提高钢材中温性能。3.2.1 热轧及正火钢的成分和性能 39 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接2）正火钢Z 向钢特点：向钢特点：S含量低含量低（wS 0.005%）、）、气气体含量低体含量低、Z向断面收缩率高向断面收缩率高（Z35%）等）等还包括：抗层状撕裂的Z向钢 屈服强度s343MPa处理：冶炼中采用钙或稀土处理和真空 除气。3.2.1 热轧及正火钢的成分和性能 40 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接 热轧及正火钢中碳和合金元素的含量都较低，焊接性总体较好，但随合金元素含量的增加，焊接性变差。焊接时需要注意的问题是焊接裂纹和热影响区性能变化。1、冷裂纹及影响因素2、热裂纹和再热裂纹3、热影响区脆化4、层状撕裂3.2.2 热轧及正火钢的焊接性 41 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接1、冷裂纹及影响因素1）碳当量（碳当量（Ceq）碳当量（碳当量（Ceq）淬硬倾向淬硬倾向热影响区最高硬度热影响区最高硬度 淬硬倾向主要取决于钢的化学成分，其中以碳的作用最明显。可以通过碳当量公式来大致估算不同钢种的冷裂敏感性。碳当量越高，冷裂敏感性越大。3.2.2 热轧及正火钢的焊接性 42 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接Ceq0.4%时：焊接过程中基本无淬硬倾向，冷裂敏感性小。热轧钢Ceq0.013%时，时，韧性明显下降韧性明显下降 56 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.2.2 热轧及正火钢的焊接性3、热影响区脆化2)热应变脆化热应变脆化产生在：焊接产生在：焊接熔合区熔合区及最高加热温度低于及最高加热温度低于Ac1的的亚临界热影响区。亚临界热影响区。原因原因：对于：对于C-Mn系热轧钢及系热轧钢及N%较高的钢，热应变脆化是由于较高的钢，热应变脆化是由于 氮、碳氮、碳原子原子聚集在位错周围，对聚集在位错周围，对位错造成钉轧作用位错造成钉轧作用造成的。造成的。在200400时热应变脆化最为明显 焊前存在缺口时，会使热应变脆化更为严重 熔合区易产生热应变脆化，与此区域常存在 缺口和不利组织有关钉轧位错 57 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.2.2 热轧及正火钢的焊接性3、热影响区脆化2)热应变脆化热应变脆化热应变脆化易于发生在一些固溶N含量较高而强度级别不高的低合金钢中，如抗拉强度490MPa级的C-Mn钢。在钢中加入足够量的氮化物形成元素（如Al、Ti、V等）如Q420比Q345的热应变脆化倾向小。退火处理也可大幅度恢复韧性，降低热应变脆化如Q345经6001h退火处理后，韧性大幅度提高，热应变脆化倾向明显减小。防止措施1）2）58 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.2.2 热轧及正火钢的焊接性4、层状撕裂发生：要求熔透的角接接头或T形接头的厚板结构中角接角接T形接头形接头对接对接T形接头形接头对接角接头对接角接头 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大型厚板 59 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.2.2 热轧及正火钢的焊接性4、层状撕裂硫含量和Z向断面收缩率是评定钢材层状撕裂敏感性的主要指标。产生原因：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在 16mm以下一般不会产生层状撕裂 从钢材本质来说，主要取决于冶炼质量钢中的片状硫化物与层状硅酸盐或大量成片地密集于同一平面 内的氧化物夹杂都使Z向塑性降低，导致层状撕裂的产生，其中层片状硫化物的影响最为严重。12 60 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.2.2 热轧及正火钢的焊接性4、层状撕裂小标题小标题小标题小标题小标题小标题小标题小标题 2）4）防止措施合理选择层状撕裂敏感性小的钢材（Z向钢）：处于角焊缝强烈作用的部分可采用一段优质Z向钢。改善接头形式设计减小拘束应变：将贯通板端部延伸一定长度；变更焊缝位置，使接头总的受力方向与轧层平行等；在满足使用要求下选用强度级别较低的焊接材料：使应变集中于焊缝而减轻母材热影响区的应变 采用预热及降氢等辅助措施：气体保护焊、埋焊，表面隔离层堆焊等1）3）61 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.2.2 热轧及正火钢的焊接性1、焊接方法：焊条电弧焊、埋弧自动焊、CO2气体保护焊、电渣焊、压焊等。坡口：机械加工(自动行进式坡口机)、火焰切割或碳弧气刨(砂轮打磨)坡口两侧约50mm内，去除水、油、锈及脏物等装配：间隙不应过大，避免强力装配，减小焊接应力定位焊缝L应有足够长度（一般L50mm）较薄板材L4选用同类型焊接材料，或强度稍低焊条或焊丝定位焊的顺序应能防止过大拘束、允许工件有适当变形，定位焊焊缝应对称均匀分布；定位焊电流可稍大于正常时的焊接电流。1234定位焊 62 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.2.2 热轧及正火钢的焊接性2、焊接材料的选择：、焊接材料的选择：考虑：1）不能有裂纹等焊接缺陷；2）能满足使用性能要求。选择依据：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。热轧及正火钢焊接：根据其强度级别选择焊接材料，而不要求与母材同成分 63 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.2.2 热轧及正火钢的焊接性2、焊接材料的选择：、焊接材料的选择：1）选择与母材力学性能匹配的相应级别的焊接材料“等强匹配”：焊缝强度性能与母材等强或稍低于母材焊缝中C%0.14%焊缝中W%合金母材防止裂纹及焊缝强度过高例如：焊接Q420（15MnVN），选择焊条E5515（J557）C、Mn的含量都比母材低，且其中不含沉淀强化元素V，但用它焊接的焊缝金属的抗拉强度可达549608MPa，同时还具有高的塑性和韧性E5515：C%0.12%，Mn%1.2%，Si%0.5%64 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.2.2 热轧及正火钢的焊接性2、焊接材料的选择：、焊接材料的选择：2）考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响 当焊缝强度余量不大时，焊后热处理（如消除应力退火）后焊缝强度有可能低于要求。因此，对于焊后要进行正火处理的焊缝，应选择强度高一些的焊接材料。65 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接 66 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.2.2 热轧及正火钢的焊接性3、焊接参数的确定、焊接参数的确定 Ceq0.40%，如Q295、Q345，焊接热输入的选择可适当放宽 Ceq0.40%，随Ceqs 焊接热输入范围变窄 Ceq=0.40%0.60%：淬硬倾向加大，M含量也增加 较小热输入（防止脆化，尤其是正火钢）预热（防止冷裂纹）预热温度控制恰当，既能避免产生裂纹，又能防止晶粒的过热（1）焊接热输入 取决于接头区是否出现冷裂纹和热影响区脆化 67 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.2.2 热轧及正火钢的焊接性3、焊接参数的确定、焊接参数的确定含Nb、V、Ti正火钢，为避免焊接中由于沉淀析出相的溶入以及晶粒过热引起的热影响区脆化，焊接热输入应偏小多层焊的第一道焊缝需用小直径的焊条及小热输入进行焊接，减小熔合比。s 440MPa低合金钢或重要结构件，严禁在非焊接部位引弧。注意1）2）3）68 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.2.2 热轧及正火钢的焊接性3、焊接参数的确定、焊接参数的确定（2）预热和焊后热处理 目的：防止裂纹，改善组织、性能 针对：强度级别较高或钢板厚度较大的结构件 预热：降低焊接接头区域的温差，减弱热影响区的淬硬倾向 有利于氢气的逸出，降低焊缝中的氢含量，防止冷裂纹的产生预热温度：与淬硬性、板厚、拘束度和氢含量等因素有关(冷裂纹敏感指数)多层焊时应保持层间温度不低于预热温度，但也要避免层间温度过高引起的不利影响，如韧性下降等。69 3.5 珠光体耐热钢的焊接3.3 低碳调质钢的焊接3.4 中碳调质钢的焊接3.1 合金结构钢的分类和性能3.6 低温钢的焊接3.2 热轧及正火钢的焊接3.2.2 热轧及正火钢的焊接性板厚板厚/mm预预 热热 温温 度度16不低于不低于-10不预热，不预热，-10以下预热以下预热1001501624不低于不低于-5不预热，不预热，-5以下预热以下预热1001502540不低于不低于0不预热，不预热，0以下预热以下预热10015040均预热均预热100150表表3-123-12不同环境温度下焊接不同环境温度下焊接Q345Q34