合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能主講人：3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能合金鋼指在煉鋼過程中有意識地加入一種或多種合金元素來改善鋼材性能。常用合金元素有：錳、硅、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、硼

Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、B按合金元素總含量分：低合金鋼，合金元素總含量＜5％中合金鋼，合金元素總含量＝5％~10%

高合金鋼，合金元素總含量＞10％

強度高，韌性好，具有特殊的物理、化學(xué)性能，如耐熱性和耐蝕性等性能壓力容器、石油化工、橋梁、船舶等機械零件和工程結(jié)構(gòu)應(yīng)用3.1.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能強度：σs≥295MPa，高強鋼應(yīng)用：常規(guī)條件下要求能承受靜載和動載的機械零件和工程結(jié)構(gòu)

主要性能是力學(xué)性能，合金元素的加入是為了保證足夠的塑性和韌性的前提下，獲得不同的強度等級，同時也可改善焊接性按用途和性能分：強度用鋼（高強鋼）和低中合金特殊用鋼1、強度用鋼強度用鋼3.1.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能σb＜600MPaσb≥600MPa3.1.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能熱軋鋼把鋼錠加熱到1300℃左右，經(jīng)熱軋成板材，然后空冷后即成熱軋鋼。鋼板軋制和冷卻后，再加熱到900℃附近，然后空冷。正火鋼調(diào)質(zhì)鋼軋制冷卻后再在900℃附近加熱后放入淬火設(shè)備中水淬然后在600℃左右回火處理。3.1.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能4）新發(fā)展鋼種新發(fā)展鋼種

微合金化控軋鋼、焊接無裂紋鋼（CF鋼）、抗層狀撕裂鋼（Z向鋼）、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、大型壓力容器、大型水輪機蝸殼和大跨度全焊接橋梁等工程中。表3-1國內(nèi)外常見的合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號2.1非合金鋼與鋼材分類方法3.1.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能

類型類別屈服點/MPa國內(nèi)外常用鋼牌號高強度鋼熱軋及正火鋼295～490Q295(Cu)、09Mn2Si、Q345(Cu)、Q390、Q390(Cu)、Q420、18MnMoNb、14MnMoV、WH530、X60、D36低碳調(diào)質(zhì)鋼490～98014MnMoVN、14MnMoNbB、WCF60、WCF62、HQ70、HQ80、HQ100、T-1、HY80、HY110中碳調(diào)質(zhì)鋼880～117635CrMoA、35CrMoVA、30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA、40CrNiMoA、34CrNi3MoA特殊用鋼珠光體耐熱鋼265～64012CrMo、15CrMo、2.25Cr1Mo、12Cr1MoV、15Cr1Mo1V、12Cr5Mo、12Cr9Mo1、12Cr2MoWVB、12Cr3MoVSiTiB低溫鋼343～58509Mn2V、06AlCuNbN、2.5Ni、3.5Ni、5Ni、9Ni低合金耐蝕鋼-12MnCuCr、09MnCuPTi、09CuPCrNi、12AlMoV、12AlMo、15Al3MoWTi3.1.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能1.Q屈服點Q295屈服強度295MPa2.數(shù)字+合金元素+A/B/C/D（碳含量的萬分之幾）

X60：管線鋼WCF62：焊接無裂紋鋼HQ70、HQ80、HQ100、T-1、HY80、HY110：低碳調(diào)質(zhì)鋼18CrMoVA0.18%C優(yōu)質(zhì)A等級最低，D最高3.1.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能1）熱軋及正火鋼高強鋼

σs=294~490MPa，在熱軋或正火狀態(tài)下使用，屬于非熱處理強化鋼。包括微合金化控軋鋼、抗層狀撕裂的Z向鋼等。應(yīng)用：常溫下工作的一些受力結(jié)構(gòu)，如壓力容器、動力設(shè)備、工程機械、橋梁、建筑結(jié)構(gòu)和管線等3.1.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能2）低碳調(diào)質(zhì)鋼高強鋼σs=490~980MPa，在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下供貨使用，屬于熱處理強化鋼。

含碳量較低（＜0.22%），高強度，良好塑性和韌性，可以直接在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下進(jìn)行焊接，焊后不需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。特點應(yīng)用

大型工程機械、壓力容器及艦船制造等。3.1.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能高強鋼3）中碳調(diào)質(zhì)鋼

σs=880~1176MPa以上，熱處理強化鋼

含碳量較高（0.25%~0.5%），淬硬性比低碳調(diào)質(zhì)鋼高得多，具有很高的硬度和強度，但韌性相對較低，焊接困難。一般是在退火狀態(tài)下焊接，焊后再進(jìn)行整體熱處理來達(dá)到所要求的強度和硬度。特點應(yīng)用強度要求很高的產(chǎn)品或部件，如火箭發(fā)動機殼體、飛機起落架等。3.1.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能低合金特殊用鋼應(yīng)用：一些特定條件下工作的機械零件和工程結(jié)構(gòu)要求：常規(guī)力學(xué)性能，必須適應(yīng)特殊環(huán)境可分為：珠光體耐熱鋼、低溫鋼和低合金耐蝕鋼等3.1.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能1）珠光體耐熱鋼低合金特殊用鋼

工作溫度在500~600℃的高溫設(shè)備，如熱動力設(shè)備和化工設(shè)備等。

以Cr、Mo為基礎(chǔ)，隨工作溫度提高，加入

V、W、Nb、B等合金元素

具有較好的高溫強度和高溫抗氧化性特點應(yīng)用元素3.1.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能2）低溫鋼

各種低溫裝置（-40~-196℃）和在嚴(yán)寒地區(qū)的一些工程結(jié)構(gòu)，如液化石油氣、天然氣、液氮、液氫等生產(chǎn)儲運設(shè)備。

一些含Ni或無Ni的低合金鋼，一般在正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)使用。

與普通低合金鋼相比，低溫鋼必須保證在低溫下具有足夠高的低溫韌性，對強度無特殊要求。特點應(yīng)用低合金特殊用鋼3.1.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能3）低合金耐蝕鋼低合金特殊用鋼

像大氣、海水、石油化工等腐蝕介質(zhì)中工作的各種機械設(shè)備和焊接結(jié)構(gòu)。所處的介質(zhì)不同，耐蝕鋼的類型和成分也不同，耐蝕鋼中應(yīng)用最廣泛的是耐大氣和耐海水腐蝕用鋼。

具有一般力學(xué)性能，必須具有耐腐蝕性能。應(yīng)用3.1.2合金結(jié)構(gòu)鋼的基本性能3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能1）化學(xué)成分

低碳鋼：WC=0.10%~0.25%，WSi≤0.3%，WMn=0.5%

合金元素

：

Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu

雜質(zhì)元素

：P、S含量限制在較低程度

碳：最能提高強度的元素，但易于引起淬硬和焊接裂紋，所以在保證強度的前提下，碳的含量越少越好（C%≤0.22%，實際C%＜

0.18%）3.1.2合金結(jié)構(gòu)鋼的基本性能3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能2）合金元素的影響②Cr組元素：以Cr元素為代表，Cr、Si、Al、Ti、V、Mo、W、B、(O、P、S）鐵素體元素（在α-Fe中具有較大溶解度，縮小奧氏體區(qū)，形成并穩(wěn)定鐵素體）①Ni組元素：以Ni元素為代表，Ni、Mn、Co、Cu、（C、N、H）奧氏體元素（在γ晶格中具有較大溶解度，擴(kuò)大奧氏體區(qū)，形成并穩(wěn)定奧氏體）1、合金元素對組織轉(zhuǎn)變的影響3.1.2合金結(jié)構(gòu)鋼的基本性能3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能3）合金元素的作用提高鋼的淬硬傾向

淬硬傾向：

馬氏體含量越多，硬度越高，淬硬傾向越大，淬硬性主要取決于馬氏體中碳的過飽和度

C、Mn、Cr、Mo、V、W、Ni和Si等元素

Ti、Nb、Ta等碳化物形成元素降低鋼的淬硬傾向3.1.2合金結(jié)構(gòu)鋼的基本性能3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能2、合金元素對抗拉強度和屈服強度的影響σs=122+274C+82Mn+55Si+54Cr+44Ni+78Cu+353V+755Ti+540P+[30-2(h-5)]σb=230+686C+78Mn+90Si+73Cr+33Ni+56Cu+314V+529Ti+450P+[21-1.4(h-5)]式中h為板厚（mm）3.1.2合金結(jié)構(gòu)鋼的基本性能3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能3、合金元素對塑性和韌性的影響

熱軋及正火條件下，合金元素的強化效果越大，塑性和韌性的降低越多，當(dāng)鋼中合金元素的含量超出一定范圍后會出現(xiàn)韌性的大幅度下降?？估瓘姸却笥?00MPa的高強鋼一般都需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。3.1.2合金結(jié)構(gòu)鋼的基本性能3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能4、合金元素對淬透性的影響淬透性：鋼淬火時得到淬硬層深度大小的能力。淬硬層（馬氏體層）深度越大，則鋼的淬透性越好。

凡是能夠增加過冷奧氏體穩(wěn)定性，或者說使Ｃ曲線位置右移，降低馬氏體轉(zhuǎn)變臨界冷卻速度，都能提高鋼的淬透性提高淬透性的元素：Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等3.1.2合金結(jié)構(gòu)鋼的基本性能3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能

固溶強化作用很顯著提高韌性(WMn≤1.7%)

良好的脫S、脫O劑，降低熱脆性提高硬度、耐磨性Mn優(yōu)點缺點Mn含量增高，有增加鋼晶粒粗化的傾向和回火脆性敏感性；減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能

Si優(yōu)點固溶強化，提高硬度和強度提高彈性極限，屈服點，常用作彈簧鋼提高抗氧化性（SiO2膜），常做耐熱鋼缺點

顯著降低塑性和韌性，一般Si含量<0.6%

降低焊接性能（與氧結(jié)合能力Si比Fe強，焊接時容易形成低熔點的硅酸鹽，引起噴濺現(xiàn)象）5、各種合金的作用3.1.2合金結(jié)構(gòu)鋼的基本性能3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能NiCrMo顯著提高強度、硬度和耐磨性提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性不銹鋼和耐熱鋼的主要合金元素

惟一既能提高強度同時又能提高韌性且大幅度降低脆性轉(zhuǎn)變溫度的合金元素，在低溫鋼和不銹鋼中最常用

可細(xì)化晶粒，提高熱強性，在高溫下保持足夠的強度和抗蠕變性能。當(dāng)WMo=0.25%~0.50%時，既可以強化金屬又能改善韌性，當(dāng)WMo>0.5%時韌性開始惡化。提高高溫抗氧化性，常與Cr一起用于耐熱鋼。5、各種合金的作用3.1.2合金結(jié)構(gòu)鋼的基本性能3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能5、各種合金的作用N

氮在鋼中的作用與碳相似，奧氏體元素123當(dāng)它溶解在鐵中時，將擴(kuò)大γ區(qū)。能與鋼中其他合金元素形成穩(wěn)定的氮化物，這些氮化物往往以彌散的微粒分布，從而細(xì)化晶粒，提高鋼的屈服點和抗脆斷能力。Al、Ti和V等合金元素對氮具有較高的親和力，并能形成較穩(wěn)定的氮化物。因此，為了充分發(fā)揮氮作為合金元素的作用，鋼中必須同時加入Al、V和Ti等氮化物形成元素。3.1.2合金結(jié)構(gòu)鋼的基本性能3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能6、微合金化元素TiNbVBV、Ti、Nb是強烈形成碳化物的元素；還可形成氮化物，析出微小的VC、TiC、NbC及VN、TiN、Nb(C、N)產(chǎn)生明顯的沉淀強化作用，在固溶強化的基礎(chǔ)上屈服強度可提高50～100MPa，并能保持韌性在晶界上阻止先共析鐵素體生成及長大，細(xì)化晶粒從而改善韌性3.1.2合金結(jié)構(gòu)鋼的基本性能3.1合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能各種合金元素的影響程度不僅取決于它的含量，還取決于同時存在的其他合金元素的性質(zhì)和含量。低碳調(diào)質(zhì)鋼的綜合性能除了取決于化學(xué)成分外，主要是通過熱處理保證具有良好的組織和力學(xué)性能。合金元素的加入：合金結(jié)構(gòu)鋼的強度級別不同，加入的合金元素及其含量也不同，成分設(shè)計既要滿足使用性能要求又要考慮其經(jīng)濟(jì)性。σb=600MPa：Mn-Si、Mn-Si+少量Cr、Ni、Mo、Vσb=700MPa：Mn-Si-Cr-Ni-Mo系，合金元素加入量較

600MPa級的鋼多些，還加入少量的V；σb=800MPa：Mn-Si-Cr-Ni-Mo-Cu-V系，并加入一定量B；σb=1000MPa：與800MPa級的鋼基本相同，但合金元素加入量較高，尤其是為了保證韌性，而加入較多的Ni熱軋及正火鋼的焊接主講人：3.2.1熱軋及正火鋼的成分和性能3.2熱軋及正火鋼的焊接

特點：價格便宜，具有良好的綜合力學(xué)性能和加工性能。

包括：微合金化控軋鋼、抗層狀撕裂的Z向鋼等。

應(yīng)用：常溫下工作的一些受力結(jié)構(gòu)，如壓力容器、動力設(shè)備、工程機械、橋梁、建筑結(jié)構(gòu)和管線等。σs=294~490MPa，在熱軋或正火狀態(tài)下使用，屬于非熱處理強化鋼。熱軋及正火鋼σs=294~490MPa的低合金高強鋼熱軋及正火鋼的焊接3.2.1熱軋及正火鋼的成分和性能3.2熱軋及正火鋼的焊接Mn、Si：固溶強化保證鋼的強度V、Nb、Ti：細(xì)化晶粒、沉淀強化屬于C-Mn或Mn-Si系的鋼種3.2熱軋及正火鋼的焊接1）熱軋鋼σs=294~390MPa的普通低合金鋼化學(xué)成分：C、Mn、Si、S、P、V、Nb、TiwC≤0.2%3.2.1熱軋及正火鋼的成分和性能3.2熱軋及正火鋼的焊接1）熱軋鋼wC≤0.2%，wSi≤0.55%，wMn≤1.5%wSi

>0.6%：使vTrs提高，對韌性不利;wC>0.3%、wMn>1.6%：焊接時易出現(xiàn)裂紋，在熱軋鋼焊接區(qū)還會出現(xiàn)脆性的淬硬組織。3.2.1熱軋及正火鋼的成分和性能3.2熱軋及正火鋼的焊接1）熱軋鋼3.2.1熱軋及正火鋼的成分和性能Q345（16Mn）是我國1957年研制生產(chǎn)和應(yīng)用最廣泛的熱軋鋼，用于南京長江大橋和我國第一艘萬噸遠(yuǎn)洋貨輪。在Q345基礎(chǔ)上加入少量V(0.03~0.20%)、Nb(0.01~0.05%)、Ti(0.10~0.20%)等，利用V、Nb、Ti的碳化物和氮化物的析出可進(jìn)一步提高鋼的強度，細(xì)化晶粒，如Q390，Q4203.2熱軋及正火鋼的焊接1）熱軋鋼3.2.1熱軋及正火鋼的成分和性能

如：Q345在個別情況下，為了改善綜合性能，特別是厚板的沖擊韌性，可進(jìn)行900~920℃正火處理，正火后強度略有降低，但塑性、韌性（特別是低溫沖擊韌性）有所提高。

組織：鋁鎮(zhèn)靜的細(xì)晶粒鐵素體＋珠光體，熱軋供貨要求提高沖擊韌度或板厚較大時，可以要求在正火條件下供貨，經(jīng)正火處理可使鋼的化學(xué)成分均勻化，塑性、韌性提高，但強度略有下降。3.2熱軋及正火鋼的焊接2）正火鋼σs

≥390MPa必須在固溶強化的同時加強合金元素的沉淀強化作用化學(xué)成分：C、Mn、Si、S、P、Mo、V、Nb、Ti3.2.1熱軋及正火鋼的成分和性能3.2熱軋及正火鋼的焊接2）正火鋼正火處理：促使碳化物和氮化物的細(xì)小化合物質(zhì)點沉淀析出，彌散分布在晶內(nèi)和晶界，起細(xì)化晶粒的作用

1）正火狀態(tài)下使用的鋼：主要是含V、Nb、Ti的鋼，如420等，主要特點是屈強比（σs/σb）較高；

2)正火＋回火狀態(tài)使用的含Mo鋼：如14MnMoV、18MnMoNb等。Mo：細(xì)化晶粒，提高強度，提高鋼材中溫性能。3.2.1熱軋及正火鋼的成分和性能3.2熱軋及正火鋼的焊接2）正火鋼Z向鋼特點：S含量低（wS≤0.005%）、氣體含量低、

Z向斷面收縮率高（ψZ≥35%）等還包括：抗層狀撕裂的Z向鋼屈服強度σs≥343MPa處理：冶煉中采用鈣或稀土處理和真空除氣。3.2.1熱軋及正火鋼的成分和性能3.2熱軋及正火鋼的焊接

熱軋及正火鋼中碳和合金元素的含量都較低，焊接性總體較好，但隨合金元素含量的增加，焊接性變差。焊接時需要注意的問題是焊接裂紋和熱影響區(qū)性能變化。1、冷裂紋及影響因素2、熱裂紋和再熱裂紋3、熱影響區(qū)脆化4、層狀撕裂3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性3.2熱軋及正火鋼的焊接1、冷裂紋及影響因素1）碳當(dāng)量（Ceq）

碳當(dāng)量（Ceq）淬硬傾向熱影響區(qū)最高硬度

淬硬傾向主要取決于鋼的化學(xué)成分，其中以碳的作用最明顯?？梢酝ㄟ^碳當(dāng)量公式來大致估算不同鋼種的冷裂敏感性。

碳當(dāng)量越高，冷裂敏感性越大。3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性3.2熱軋及正火鋼的焊接Ceq≤0.4%時：焊接過程中基本無淬硬傾向，冷裂敏感性小。熱軋鋼Ceq<

0.4%，焊接性良好，除厚度很大和環(huán)境溫度很低等情況外，一般不需要預(yù)熱和嚴(yán)格控制焊接熱輸入。Ceq＝0.4%~0.6%：鋼的淬硬傾向逐漸增加，屬于有淬硬傾向的鋼。正火鋼基本上處于這一范圍，其中碳當(dāng)量不超過0.5%時，淬硬傾向不算嚴(yán)重，焊接性尚好，但隨著板厚增加需要采取一定的預(yù)熱措施，如Q420就是這樣。

18MnMoNb的碳當(dāng)量在0.5%以上，它的冷裂敏感性較大，焊接時為避免冷裂紋的產(chǎn)生，需要采取較嚴(yán)格的工藝措施，如嚴(yán)格控制熱輸入、預(yù)熱和焊后熱處理等。IIW推薦碳當(dāng)量公式：3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性3.2熱軋及正火鋼的焊接2）淬硬傾向

產(chǎn)生淬硬的M或M+B+F混合組織時，對氫致裂紋敏感；產(chǎn)生B或B+F組織時對氫致裂紋不敏感淬硬傾向可以通過SHCCT或CCT曲線來分析。凡是淬硬傾向大的鋼材，連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線都是往右移。但由于冷卻條件不同，不同曲線的右移程度不同。如CCT曲線右移的程度比等溫轉(zhuǎn)變TTT曲線大1.5倍以上，而SHCCT曲線右移就更多。比較兩種鋼材的淬硬傾向時，必須采用同一種曲線。焊接熱影響區(qū)3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性1）熱軋鋼的淬硬傾向Q345在連續(xù)冷卻時，珠光體轉(zhuǎn)變右移較多。c點以左，鐵素體F析出后剩下的富碳A來不及轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏wP，而轉(zhuǎn)變?yōu)楹驾^高的B+M，具有淬硬傾向。焊條電弧焊快冷時：Q345熱影響區(qū)會出現(xiàn)少量鐵素體F、貝氏體B和大量馬氏體M低碳鋼則出現(xiàn)大量鐵素體F、少量珠光體P和部分貝氏體B因此，Q345熱軋鋼與低碳鋼的焊接性有一定差別，但當(dāng)冷卻速度不大時，兩者很相近。Q345右移鐵素體奧氏體貝氏體馬氏體珠光體圖3-4低碳鋼和熱軋鋼（Q345）的SHCCT圖低碳鋼奧氏體鐵素體珠光體貝氏體馬氏體3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性2）正火鋼的淬硬傾向：隨著合金元素和強度級別的提高而增大18MnMoNb：高溫轉(zhuǎn)變區(qū)過冷奧氏體穩(wěn)定，冷卻下來容易得到B和M，整個轉(zhuǎn)變曲線比Q420右移，淬硬性高。圖3-5正火鋼的焊接連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖（SHCCT）a）Q420b)18MnMoNb鐵素體奧氏體貝氏體馬氏體珠光體鐵素體貝氏體馬氏體奧氏體整個曲線右移3.2熱軋及正火鋼的焊接2、熱裂紋和再熱裂紋3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性（1）焊縫熱裂紋熱軋及正火鋼：具有較好的抗熱裂性能原因：C%較低、而Mn%較高，Mn/S比能達(dá)到要求個別情況：在焊縫中出現(xiàn)熱裂紋原因：C、S、P等元素含量偏高或嚴(yán)重偏析有關(guān)3.2熱軋及正火鋼的焊接（1）焊縫熱裂紋3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性C含量越高，焊縫熔融金屬在進(jìn)行初生相轉(zhuǎn)變時，很容易析出S，P雜質(zhì)，且富集于晶界，增加裂紋傾向。

Mn：良好的脫S劑，生成高熔點MnS，避免產(chǎn)生晶界FeS，降低熱脆性。Mn/S↗C%↗Mn%↗當(dāng)wC=0.12%：Mn/S≥10wC=0.16%：Mn/S≥40不出現(xiàn)熱裂紋C含量越高，為防止S的有害作用，Mn含量也要求越高，wMn/wS也提高。Si：Si的有害作用與促使S的偏析有關(guān)，Si含量高時，熱裂紋傾向也增加3.2熱軋及正火鋼的焊接（2）消除應(yīng)力裂紋（SR裂紋）3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性1)

含Mo正火鋼厚壁壓力容器之類的焊接結(jié)構(gòu)，進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理或焊后再次高溫加熱（包括長期高溫使用過程中）的過程中，可能出現(xiàn)消除應(yīng)力裂紋，即再熱裂紋。2)

有沉淀強化的鋼或合金（如珠光體耐熱鋼、奧氏體不銹鋼等）焊接接頭中，也可能產(chǎn)生再熱裂紋。

出現(xiàn)：3.2熱軋及正火鋼的焊接（2）消除應(yīng)力裂紋（SR裂紋）3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性影響因素鋼中的Cr、Mo元素及含量對再熱裂紋的產(chǎn)生影響很大。元素之間的相互作用對再熱裂紋敏感性的影響更復(fù)雜(與形成的碳化物形態(tài)有關(guān))消除應(yīng)力裂紋敏感性與Cr、Mo含量的關(guān)系MoCrA-SR裂紋敏感區(qū)B-隨Cr、Mo含量增加，SR

裂紋增加C-隨Cr、Mo含量增加，SR

裂紋下降D-SR裂紋敏感性降低區(qū)影響因素3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性（2）消除應(yīng)力裂紋（SR裂紋）

熱影響區(qū)的粗晶區(qū)裂紋沿熔合區(qū)方向在粗晶區(qū)奧氏體晶界斷續(xù)發(fā)展產(chǎn)生區(qū)域

與雜質(zhì)元素在奧氏體晶界偏聚及碳化物析出“二次硬化”導(dǎo)致的晶界脆化有關(guān)。原因粗晶區(qū)再熱裂紋的產(chǎn)生一般須有較大的焊接殘余應(yīng)力，因此在拘束度大的厚大工件中或應(yīng)力集中部位更易于出現(xiàn)再熱裂紋。3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性（2）消除應(yīng)力裂紋（SR裂紋）SR敏感鋼種：Mn-Mo-Nb和Mn-Mo-V系低合金鋼正火鋼中的18MnMoNb和14MnMoV采取措施：提高預(yù)熱溫度或焊后立即后熱如：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180℃×2h的后熱。3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性3、熱影響區(qū)脆化1)粗晶區(qū)脆化2)熱應(yīng)變脆化

1)粗晶區(qū)脆化被加熱到1200℃以上的熱影響區(qū)過熱區(qū)可能產(chǎn)生粗晶區(qū)脆化，韌性明顯降低。

熱軋鋼焊接時，采用過大的焊接熱輸入，粗晶區(qū)將因晶粒長大或出現(xiàn)魏氏組織而降低韌性；焊接熱輸入過小，含碳量偏上限時,粗晶區(qū)中馬氏體組織比例增大而降低韌性。

原因3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性1)粗晶區(qū)脆化3、熱影響區(qū)脆化

在焊接碳含量偏高的熱軋鋼時較明顯

正火鋼（如Q420）：含有碳、氮化物形成元素，采用過大焊接熱輸入時，粗晶區(qū)的V（C、N）析出相基本固溶。此時，V（C、N）化合物抑制A晶粒長大和組織細(xì)化作用被削弱；

→粗晶區(qū)易出現(xiàn)粗大晶粒及Bu、M-A組元等→粗晶區(qū)韌性降低、時效敏感性增大。3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性3、熱影響區(qū)脆化1)粗晶區(qū)脆化

采用小焊接熱輸入

1）對C%偏高的熱軋鋼，焊接熱輸入要適中；

2）對含有碳、氮化物形成元素的正火鋼，應(yīng)選用較小的焊接熱輸入。

如果為了提高生產(chǎn)率而采用大熱輸入時，焊后應(yīng)采用800~1050℃正火處理來改善韌性。但正火溫度超過1100℃，晶粒會迅速長大，將導(dǎo)致焊接接頭和母材的韌性急劇下降。防止措施S、P對熱影響區(qū)韌性的影響（低合金鋼三絲埋弧焊）沖擊功3.2熱軋及正火鋼的焊接3、熱影響區(qū)脆化3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性1)粗晶區(qū)脆化雜質(zhì)的影響：S和P均降低熱影響區(qū)的韌性特別是大熱輸入焊接時，P的影響較為嚴(yán)重wP>0.013%時，韌性明顯下降3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性3、熱影響區(qū)脆化2)熱應(yīng)變脆化產(chǎn)生在：焊接熔合區(qū)及最高加熱溫度低于Ac1的亞臨界熱影響區(qū)。原因：對于C-Mn系熱軋鋼及N%較高的鋼，熱應(yīng)變脆化是由于氮、碳原子聚集在位錯周圍，對位錯造成釘軋作用造成的?！?00~400℃時熱應(yīng)變脆化最為明顯→焊前存在缺口時，會使熱應(yīng)變脆化更為嚴(yán)重→熔合區(qū)易產(chǎn)生熱應(yīng)變脆化，與此區(qū)域常存在缺口和不利組織有關(guān)釘軋位錯3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性3、熱影響區(qū)脆化2)熱應(yīng)變脆化熱應(yīng)變脆化易于發(fā)生在一些固溶N含量較高而強度級別不高的低合金鋼中，如抗拉強度490MPa級的C-Mn鋼。

在鋼中加入足夠量的氮化物形成元素（如Al、Ti、V等）如Q420比Q345的熱應(yīng)變脆化傾向小。退火處理也可大幅度恢復(fù)韌性，降低熱應(yīng)變脆化如Q345經(jīng)600℃

1h退火處理后，韌性大幅度提高，熱應(yīng)變脆化傾向明顯減小。防止措施1）2）3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性4、層狀撕裂發(fā)生：要求熔透的角接接頭或T形接頭的厚板結(jié)構(gòu)中角接T形接頭對接T形接頭對接角接頭

厚度方向承受較大的拉伸應(yīng)力時，可能沿鋼材軋制方向發(fā)生呈明顯階梯狀的層狀撕裂大型厚板3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性4、層狀撕裂硫含量和Z向斷面收縮率是評定鋼材層狀撕裂敏感性的主要指標(biāo)。產(chǎn)生原因：不受鋼材種類和強度級別的限制

從Z向拘束力考慮，層狀撕裂與板厚有關(guān)板厚在16mm以下一般不會產(chǎn)生層狀撕裂

從鋼材本質(zhì)來說，主要取決于冶煉質(zhì)量鋼中的片狀硫化物與層狀硅酸鹽或大量成片地密集于同一平面內(nèi)的氧化物夾雜都使Z向塑性降低，導(dǎo)致層狀撕裂的產(chǎn)生，其中層片狀硫化物的影響最為嚴(yán)重。123.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性4、層狀撕裂小標(biāo)題小標(biāo)題小標(biāo)題小標(biāo)題

2）4）防止措施合理選擇層狀撕裂敏感性小的鋼材（Z向鋼）：處于角焊縫強烈作用的部分可采用一段優(yōu)質(zhì)Z向鋼。改善接頭形式設(shè)計減小拘束應(yīng)變：將貫通板端部延伸一定長度；變更焊縫位置，使接頭總的受力方向與軋層平行等；在滿足使用要求下選用強度級別較低的焊接材料：使應(yīng)變集中于焊縫而減輕母材熱影響區(qū)的應(yīng)變采用預(yù)熱及降氫等輔助措施：氣體保護(hù)焊、埋焊，表面隔離層堆焊等1）3）3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性1、焊接方法：焊條電弧焊、埋弧自動焊、CO2氣體保護(hù)焊、電渣焊、壓焊等。坡口：機械加工(自動行進(jìn)式坡口機)、火焰切割或碳弧氣刨(砂輪打磨)

坡口兩側(cè)約50mm內(nèi)，去除水、油、銹及臟物等裝配：間隙不應(yīng)過大，避免強力裝配，減小焊接應(yīng)力定位焊縫L應(yīng)有足夠長度（一般L≥50mm）較薄板材L≥4δ選用同類型焊接材料，或強度稍低焊條或焊絲定位焊的順序應(yīng)能防止過大拘束、允許工件有適當(dāng)變形，定位焊焊縫應(yīng)對稱均勻分布；定位焊電流可稍大于正常時的焊接電流。1234定位焊3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性2、焊接材料的選擇：考慮：1）不能有裂紋等焊接缺陷；

2）能滿足使用性能要求。選擇依據(jù)：保證焊縫金屬的強度、塑性和韌性等力學(xué)性能與母材相匹配。熱軋及正火鋼焊接：根據(jù)其強度級別選擇焊接材料，而不要求與母材同成分3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性2、焊接材料的選擇：1）選擇與母材力學(xué)性能匹配的相應(yīng)級別的焊接材料“等強匹配”：焊縫強度性能與母材等強或稍低于母材焊縫中C%≤0.14%焊縫中W%合金＜母材防止裂紋及焊縫強度過高例如：焊接Q420（15MnVN），選擇焊條E5515（J557）C、Mn的含量都比母材低，且其中不含沉淀強化元素V，但用它焊接的焊縫金屬的抗拉強度可達(dá)549～608MPa，同時還具有高的塑性和韌性E5515：C%≤0.12%，Mn%≤1.2%，Si%≤0.5%3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性2、焊接材料的選擇：2）考慮焊后熱處理對焊縫力學(xué)性能的影響當(dāng)焊縫強度余量不大時，焊后熱處理（如消除應(yīng)力退火）后焊縫強度有可能低于要求。因此，對于焊后要進(jìn)行正火處理的焊縫，應(yīng)選擇強度高一些的焊接材料。3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性3、焊接參數(shù)的確定Ceq＜0.40%，如Q295、Q345，→焊接熱輸入的選擇可適當(dāng)放寬Ceq＞0.40%，隨Ceq↗σs↗→焊接熱輸入范圍變窄Ceq=0.40%~0.60%：淬硬傾向加大，M含量也增加→較小熱輸入（防止脆化，尤其是正火鋼）＋預(yù)熱（防止冷裂紋）預(yù)熱溫度控制恰當(dāng)，既能避免產(chǎn)生裂紋，又能防止晶粒的過熱（1）焊接熱輸入取決于接頭區(qū)是否出現(xiàn)冷裂紋和熱影響區(qū)脆化3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性3、焊接參數(shù)的確定含Nb、V、Ti正火鋼，為避免焊接中由于沉淀析出相的溶入以及晶粒過熱引起的熱影響區(qū)脆化，焊接熱輸入應(yīng)偏小多層焊的第一道焊縫需用小直徑的焊條及小熱輸入進(jìn)行焊接，減小熔合比。σs

＞440MPa低合金鋼或重要結(jié)構(gòu)件，嚴(yán)禁在非焊接部位引弧。注意1）2）3）3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性3、焊接參數(shù)的確定（2）預(yù)熱和焊后熱處理目的：防止裂紋，改善組織、性能針對：強度級別較高或鋼板厚度較大的結(jié)構(gòu)件①預(yù)熱：降低焊接接頭區(qū)域的溫差，減弱熱影響區(qū)的淬硬傾向有利于氫氣的逸出，降低焊縫中的氫含量，防止冷裂紋的產(chǎn)生預(yù)熱溫度：與淬硬性、板厚、拘束度和氫含量等因素有關(guān)(冷裂紋敏感指數(shù))多層焊時應(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高引起的不利影響，如韌性下降等。3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性板厚/mm預(yù)熱溫度＜16不低于-10℃不預(yù)熱，-10℃以下預(yù)熱100～150℃16～24不低于-5℃不預(yù)熱，-5℃以下預(yù)熱100～150℃25～40不低于0℃不預(yù)熱，0℃以下預(yù)熱100～150℃＞40均預(yù)熱100～150℃表3-12不同環(huán)境溫度下焊接Q345鋼的預(yù)熱溫度3.2熱軋及正火鋼的焊接3.2.2熱軋及正火鋼的焊接性②焊后熱處理

a）電渣焊由于接頭區(qū)嚴(yán)重過熱需要進(jìn)行正火處理

b）對要求抗應(yīng)力腐蝕的焊接結(jié)構(gòu)、低溫下使用的焊接結(jié)構(gòu)和厚板結(jié)構(gòu)等，焊后需進(jìn)行消除應(yīng)力的高溫回火①②③不要超過母材原來的回火溫度，以免影響母材本身的性能對于有回火脆性的材料，要避開出現(xiàn)回火脆性的溫度區(qū)間如：對含V或V+Mo的低合金鋼，回火時應(yīng)提高冷卻速度，避免在600℃左右的溫度區(qū)間停留較長時間，以免因V的二次碳化物析出而造成脆化。若焊后不能及時進(jìn)行熱處理，應(yīng)立即在200~350℃保溫2~6h，以便焊接區(qū)的氫擴(kuò)散逸出。確定焊后回火溫度的原則低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接主講人：3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接隨著合金元素含量的增加，合金強度提高，但是韌性下降，通過調(diào)質(zhì)處理，可以進(jìn)一步提高強度，并保證韌性。調(diào)質(zhì)處理：金屬學(xué)和熱處理：“淬火+高溫回火”

焊接界：“淬火+回火(高溫或低溫)”

經(jīng)過“淬火+回火”處理的鋼稱為“調(diào)質(zhì)鋼”（QT鋼）低碳調(diào)質(zhì)鋼：較高強度(

b=600~1300MPa)和良好塑性、韌性和耐磨性。3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.1低碳調(diào)質(zhì)鋼的種類、成分和性能1、成分合金系：低C、Mn-Cr-Ni-Mo系

碳含量低：wC≤0.18%

淬火后得到具有較好韌性的低碳馬氏體，而且C含量越低，Ms點越高，低碳馬氏體還來得及發(fā)生一次“自回火”（使ε碳化物彌散沉淀，韌性進(jìn)一步提高），脆性小，具有良好的焊接性。①3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.1低碳調(diào)質(zhì)鋼的種類、成分和性能

加入了較多的Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B

目的：提高淬透性和馬氏體的回火穩(wěn)定性，彌補C%降低對強度的損失②1、成分

含較高的Ni和Cr：保證較高的低溫缺口韌性Ni：Ni與Cr一起加入時可顯著增加淬透性，提高強度、塑性和韌性，得到高的綜合力學(xué)性能。Cr：提高淬透性出發(fā)，上限為1.6%因此保證鋼材調(diào)質(zhì)處理后獲得高強度的同時，具有較好的塑性、韌性和焊接性3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.1低碳調(diào)質(zhì)鋼的種類、成分和性能2、種類2）高強度耐磨鋼3）高強高韌性鋼1）高強度結(jié)構(gòu)鋼（σb=600~800MPa）如14MnMoNbB15MnMoVNRE等應(yīng)用：承受拉伸載荷的焊接結(jié)構(gòu)，橋梁、車輛、船舶等各類工程機械（σb≥700MPa）如12Ni3CrMoV及美國的HY80、HY-130等要求：在高強度的同時要具有高韌性應(yīng)用：高強度高韌性焊接結(jié)構(gòu)，如海軍軍艦、宇航等

（σb≥1000MPa）如HQ100、HQ130等應(yīng)用：承受沖擊磨損部位，如礦山機械、水泥設(shè)備等3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.1低碳調(diào)質(zhì)鋼的種類、成分和性能2、種類焊接無裂紋鋼（CF鋼）：wC<0.09%微合金化調(diào)質(zhì)鋼日本：WEL-TEN62CFWCF-60(62)鋼是我國武鋼研制的C%極低(wC<0.09%)的低裂紋敏感性鋼。

鋼中氣體含量及S、P雜質(zhì)明顯降低→母材和焊接熱影響區(qū)具有優(yōu)異低溫韌性，

s≥490MPa。

CF鋼具有碳含量低，裂紋敏感指數(shù)低的特點，低溫沖擊韌性高，焊接性優(yōu)異，鋼板厚度50mm以下可不預(yù)熱進(jìn)行焊接，廣泛用于制造儲氣球罐，具有廣闊的發(fā)展前景。中國：WCF-60(62)3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.1低碳調(diào)質(zhì)鋼的種類、成分和性能3、顯微組織

熱處理制度為淬火+回火，回火溫度越低，強度級別越高，但塑性和韌性有所下降。所得到的組織是回火低碳馬氏體、下貝氏體或回火索氏體，可以保證得到高強度、高韌性和低vTrs。

高硬度和強度(45~50HRC，σs=1000~1300MPa，σb=1200~1600MPa)，很好的塑性（A≥10%，Z≥40%）和韌性（AkV≥59J）低碳馬氏體3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接4、力學(xué)性能σs≥490~980MPaσb≥600~1300MPa強度高、塑韌性好3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接2、種類低碳調(diào)質(zhì)鋼主要用于焊接結(jié)構(gòu)制造，它的含碳量很低，而且對S、P等雜質(zhì)控制嚴(yán)格，因而具有良好的焊接性。但是這類鋼屬于熱處理強化鋼，對加熱反應(yīng)靈敏，熱影響區(qū)性能的變化比熱軋及正火鋼更復(fù)雜。與熱軋及正火鋼比，這類鋼是通過調(diào)質(zhì)獲得強化效果，因此在熱影響區(qū)內(nèi)，除了脆化還有軟化問題。主要焊接性問題

1.焊縫強韌性匹配2.冷裂紋3.熱裂紋及消除應(yīng)力裂紋4.熱影響區(qū)性能變化3.3.2低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.2低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析1、焊縫強韌性匹配保證接頭區(qū)的強度性能是低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接性分析中首先要考慮的問題。1）焊縫強度匹配系數(shù)表征接頭力學(xué)非均質(zhì)性的參數(shù)之一(σb)w—焊縫強度，(σb)b—母材強度>1超強匹配=1等強匹配<1低強匹配傳統(tǒng)：等強匹配或超強匹配3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.2低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析2）焊縫金屬強度選擇焊縫金屬強度越高，韌性越低，甚至低于母材韌性水平。即使是低強度鋼，采用大熱輸入焊接方法時，焊縫金屬的韌性也常常低于母材，難以保證焊縫金屬與母材的強韌性匹配。焊縫金屬性能評定中一重要指標(biāo)，σb≥800MPa低合金高強鋼的焊接中韌性下降是突出問題問題韌性3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.2低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析2）焊縫金屬強度選擇①②較低強度鋼：母材、焊縫都有較高韌性儲備“等強匹配”選用焊接材料σb≥800MPa高強鋼：除考慮強度外，還必須考慮焊接區(qū)韌性和裂紋敏感性，采用“低強匹配”能提高抗裂性。

少許犧牲焊縫強度而保證韌性儲備；特別適用于承受動載荷、重載荷和低溫工作條件的高強鋼焊接接頭；低強匹配但焊縫金屬的σb不能過低（不低于母材強度的80%)，

σb=800~900MPa，焊縫金屬應(yīng)σb≥650MPa2.1非合金鋼與鋼材分類方法3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.2低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析2、冷裂紋：淬硬性大，在焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)有產(chǎn)生冷裂紋和韌性下降的傾向。但淬硬組織為Ms點較高的低碳馬氏體，具有一定韌性，裂紋敏感性較小。防止措施

緩慢冷卻：馬氏體中C%很低，Ms點較高。M轉(zhuǎn)變冷卻較慢，生成的M來得及進(jìn)行一次“自回火”，得到強度韌性都較高的回火M+回火B(yǎng)，焊接冷裂紋可以避免。

降低焊縫含氫量：鋼材強度級別越高，冷裂傾向越大，對低氫焊接條件的要求越嚴(yán)格3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.2低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析（1）熱裂紋液化裂紋結(jié)晶裂紋3、熱裂紋及消除應(yīng)力裂紋低碳調(diào)質(zhì)鋼C%較低、Mn%較高，而且對S、P的控制也較嚴(yán)格，因此熱裂紋傾向較小，對結(jié)晶裂紋的敏感性比某些熱軋和正火鋼還低些。高Ni低Mn類型的鋼種有一定的熱裂紋敏感性，主要產(chǎn)生于熱影響區(qū)過熱區(qū)（稱為液化裂紋）3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.2低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析（1）熱裂紋液化裂紋影響因素：wMn/wS、Ni含量、焊接工藝與wMn/wS有關(guān)碳含量越高，要求的wMn/wS比也越高C%≤0.2%，wMn/wS>30，液化裂紋敏感性較小wMn/wS>50，液化裂紋敏感性很低Ni含量：對液化裂紋的產(chǎn)生起明顯有害作用HY-80鋼：wMn/wS較低，Ni%較高，所以對液化裂紋較敏感HY-130：Ni%>HY-80的，wC≤0.12%，wS≤0.01%，wMn/wS=60~90，因此它對熱影響區(qū)的液化裂紋并不敏感1）2）3）工藝因素：焊接熱輸入越大，熱影響區(qū)晶粒越粗大，晶界熔化越嚴(yán)重，液化裂紋產(chǎn)生的傾向就越大。液化裂紋影響因素：wMn/wS、Ni含量、焊接工藝3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.2低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析（1）熱裂紋防止熱裂紋措施關(guān)鍵在于控制C和S含量，保證高的Mn/S比，尤其當(dāng)Ni%高時，要求更為嚴(yán)格從工藝上采用小熱輸入的焊接方法，并注意控制熔池形狀、減小熔合區(qū)凹度等3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.2低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析4、熱影響區(qū)性能變化由于低碳調(diào)質(zhì)鋼含有較多的固N元素，因此熱影響區(qū)不會產(chǎn)生明顯的熱應(yīng)變脆化，這類鋼的熱影響區(qū)的突出特點：同時存在脆化（即韌性下降）和軟化現(xiàn)象（1）熱影響區(qū)脆化在焊接熱循環(huán)作用下（t8/5繼續(xù)增加時），低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)過熱區(qū)易發(fā)生脆化，即沖擊韌性明顯降低原因：除了奧氏體晶粒粗化的原因外，更主要的是由于上貝氏體和M-A組元的形成3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.2低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析（1）熱影響區(qū)脆化1）調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)組織特征焊接熱影響區(qū)的主要組織類型：馬氏體（ML、M）、貝氏體（BL、Bg、Bu)、鐵素體（F）、珠光體（P）

低溫轉(zhuǎn)變組織：ML或ML+BL高溫轉(zhuǎn)變組織：Bu或F+Bu3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.2低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析1）調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)組織特征低碳調(diào)質(zhì)鋼獲得較細(xì)小的低碳馬氏體ML組織或低溫貝氏體BL組織時，韌性良好，韌性最佳的組織為：ML+BL；圖3-24裂紋在低碳馬氏體和ML+BL混合組織中擴(kuò)展的示意圖a）低碳馬氏體ML組織b)ML+BL混合組織ML與BL混合組織：有更多大角度晶界，裂紋擴(kuò)展在ML板條束界或ML與BL邊界處受阻，韌性明顯提高3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.2低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析2）熱影響區(qū)脆化奧氏體晶粒粗化上貝氏體M-A組元a）冷卻時間對vTrs的影響b）M-A組元數(shù)量對vTrs的影響控制焊接熱輸入和采用多層多道焊工藝，使低碳鋼熱影響區(qū)避免出現(xiàn)高硬度的M或M-A混合組織，可提高熱影響區(qū)韌性3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接鋼號冷卻時間t8/5/s硬度HV5組織組成（%）HQ6041336350250230ML75+BL25ML5+BL93+F2BL25+F7HQ7051332425395350ML100ML98+BL2ML8+BL92HQ80C5.31130420400340ML100ML100ML10+BL9014MnMoNbB5.8*17*33*475455440ML100ML100ML10012Ni3CrMoV5.6930437425312ML98+BL2ML96+BL4ML56+BL44表3-18幾種低碳調(diào)質(zhì)鋼模擬熱影響區(qū)粗晶區(qū)的硬度和組織組成注：*為t8/3冷卻時間3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.2低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析3）熱影響區(qū)軟化

調(diào)質(zhì)鋼焊接時，焊接接頭熱影響區(qū)受到不同熱循環(huán)的影響，組織發(fā)生了相應(yīng)變化，致使熱影響區(qū)的強度、硬度低于焊前狀態(tài)，成為HAZ軟化。圖3-28調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)的硬度分布A-焊前淬火+低溫回火B(yǎng)-焊前淬火+高溫回火C-焊前退火1-淬火區(qū)2-部分淬火區(qū)3-回火區(qū)

低碳調(diào)質(zhì)鋼熱影響區(qū)軟化最明顯的部位是峰值溫度接近AC1的區(qū)域，這與該區(qū)域組織轉(zhuǎn)變及碳化物的沉淀和聚集長大有關(guān)。2.1非合金鋼與鋼材分類方法3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.2低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析3）熱影響區(qū)軟化焊前母材強化程度越高（母材調(diào)質(zhì)處理的回火溫度越低)，焊后熱影響區(qū)的軟化（或稱失強率）越嚴(yán)重失強率D:熱影響區(qū)軟化必然引起強度降低D—失強率（%）(σb)b—母材的抗拉強度（MPa）

(σb)h—熱影響軟化區(qū)的抗拉強度（MPa）3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.2低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析防止軟化措施②①減小焊接熱輸入有利于縮小軟化區(qū)寬度，軟化程度也有所降低。低碳調(diào)質(zhì)鋼的強度級別越高，母材焊前調(diào)質(zhì)處理的回火溫度越低（即強化程度越大），熱影響區(qū)軟化區(qū)的范圍越寬，焊后熱影響區(qū)的軟化問題越突出。熱影響區(qū)軟化區(qū)寬度(b)與板厚(h)之比m，對軟化程度影響很大板厚越小接頭軟化越突出，因而更需要限制焊接熱輸入和預(yù)熱溫度；板厚增大，軟化的影響將減弱。3）熱影響區(qū)軟化3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接①優(yōu)點：碳含量低，基體組織是強度和韌性都較高的低碳馬氏體＋下貝氏體②缺點：調(diào)質(zhì)狀態(tài)下的鋼材，只要加熱溫度超過它的回火溫度，性能就會發(fā)生變化，熱影響區(qū)的強度和韌性下降幾乎是不可避免①要求馬氏體轉(zhuǎn)變時的冷卻速度不能太快，使馬氏體有一“自回火”作用，以防止冷裂紋的產(chǎn)生；低碳調(diào)質(zhì)鋼的特點注意兩個基本問題②要求在800~500℃之間的冷卻速度大于產(chǎn)生脆性混合組織的臨界速度，保證高強度的同時，提高焊縫金屬及熱影響區(qū)的韌性。3.3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點1、焊接方法和焊接材料的選擇（1）焊接方法的選擇①①②為了消除裂紋和提高焊接效率，一般采用熔化極氣體保護(hù)焊(MIG)或活性氣體保護(hù)焊(MAG)等自動化或半自動機械化焊接方法調(diào)質(zhì)鋼焊后熱影響區(qū)強度和韌性下降，可以焊后重新調(diào)質(zhì)處理

低碳調(diào)質(zhì)鋼常用的焊接方法有：焊條電弧焊、CO2焊、Ar+CO2混合氣體保護(hù)焊等3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點（1）焊接方法的選擇

σs≥686MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼，熔化極氣體保護(hù)焊（如Ar+CO2混合氣體保護(hù)焊）最合適。

σs≥980MPa如10Ni-Cr-Mo-Co等，采用鎢極氬弧焊、電子束焊等可獲得最好的焊接質(zhì)量；

σs≤980MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼，焊條電弧焊、埋弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊和鎢極氬弧焊等都能采用1）2）3）如果采用多絲埋弧焊和電渣焊等熱量輸入大、冷卻速度低的焊接方法時，焊后必須重新進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點（2）焊接材料的選擇要求：焊縫金屬在焊態(tài)下應(yīng)接近母材的力學(xué)性能特殊條件下：如結(jié)構(gòu)的剛度很大，冷裂紋很難避免時，應(yīng)選擇比母材強度稍低一些的材料作為填充金屬3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點（2）焊接材料的選擇1）高強高韌性鋼：低溫和承受動載荷的結(jié)構(gòu)，對焊接熱影響區(qū)韌性要求較高，不宜采用大熱輸入的焊接方法，應(yīng)采用熱量集中的氣體保護(hù)焊或焊條電弧焊進(jìn)行焊接焊條電弧焊超低氫焊條母材中Ni含量較高，焊材也應(yīng)選擇Ni含量較高的焊條或焊絲2）兩種鋼強度級別不同焊接時：淬硬性很大,有產(chǎn)生焊接裂紋的傾向低強匹配焊材CO2或Ar+CO2氣體保護(hù)焊焊條電弧焊超低氫焊條母材中Ni含量較高，焊材也應(yīng)選擇Ni含量較高的焊條或焊絲低強匹配焊材CO2或Ar+CO2氣體保護(hù)焊3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點1、焊接參數(shù)的選擇焊接熱輸入對HAZ組織和韌性的影響控制焊接熱輸入是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點2、焊接參數(shù)的選擇防止冷裂紋：要求冷卻速度慢為佳即，大熱輸入，冷卻后得到回火M+回火B(yǎng)，馬氏體“自回火”，避免冷裂紋防止脆化：要求冷卻速度快較好即小熱輸入，得到ML+BL混合組織，韌性最佳，防止脆化上限：不產(chǎn)生冷裂紋下限：熱影響區(qū)不出現(xiàn)脆化的混合組織（Bu+M-A組元）3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點2、焊接參數(shù)的選擇wC=0.18%是形成低碳馬氏體的界限wC>0.18%：將出現(xiàn)高碳馬氏體，對韌性不利不應(yīng)提高冷卻速度，應(yīng)適當(dāng)增大熱輸入wC<0.18%：可以提高冷卻速度(減小熱輸入)，

E適當(dāng)小時，得到BL+ML混合組織時，可以獲得最佳的韌性效果

焊接厚板時，即使采用了大的熱輸入，冷卻速度還是超過了它的上限，這就必須通過預(yù)熱來使冷卻速度降到低于不出現(xiàn)裂紋的極限值3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接鋼種板厚/mm預(yù)熱溫度/℃層間溫度/℃焊接熱輸入/kJ·cm-1焊條電弧焊氣體保護(hù)焊埋弧焊HQ706～13502550≤150≤2513～2675～1005050～75≤200≤4526～5012575100≤220≤48HQ80C6～13505050≤150≤2513～2675～10050～7575～100≤200≤4526～50125100125≤220≤48表3-20兩種低碳調(diào)質(zhì)鋼的最大焊接熱輸入3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點2、焊接參數(shù)的選擇

為限制過大焊接熱輸入，不宜采用大直徑焊條或焊絲施焊，應(yīng)盡量采用多層多道焊工藝，采用窄焊道而不用橫向擺動的運條技術(shù)。這樣不僅使熱影響區(qū)和焊縫金屬有較好的韌性，還可以減小焊接變形。雙面施焊的焊縫，背面焊道應(yīng)采用碳弧氣刨清理焊根并打磨氣刨表面后再進(jìn)行焊接。多層多道焊低碳調(diào)質(zhì)高強高韌性鋼：較小焊接熱輸入的多層多道焊工藝3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點2、焊接參數(shù)的選擇（2）預(yù)熱溫度不預(yù)熱：板厚不大，接頭拘束度較小預(yù)熱：

E提高到最大允許值裂紋還不能避免時如：焊接δ<10mm的HQ60、HQ70鋼，采用低氫焊條電弧焊、CO2氣體保護(hù)焊或Ar+CO2混合氣體保護(hù)焊，可以進(jìn)行不預(yù)熱焊接。目的：希望能降低馬氏體轉(zhuǎn)變時的冷卻速度，通過馬氏體的“自回火”作用來提高抗裂性能，較低預(yù)熱溫度（T0≤200℃）3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點（2）預(yù)熱溫度

過高，會使800~500℃的冷卻速度低于出現(xiàn)脆性混合組織的臨界冷卻速度，使熱影響區(qū)韌性下降。避免不必要的提高預(yù)熱溫度，也包括層間溫度預(yù)熱溫度3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點（2）預(yù)熱溫度焊接方法焊接材料預(yù)熱及層間溫度/℃焊接電流/A焊接電壓/V焊接速度/cm·s-1焊接熱輸入/kJ·cm-1焊條電弧焊E10015(Φ4mm

)400℃×1h烘干100~130170~18024~260.27~0.2815~17氣體保護(hù)焊GHQ-100焊絲(Φ1.2mm

)80%Ar+20%CO2100~130300300.45~0.9010~20表3-22HQ100G鋼的焊接參數(shù)3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.3.3低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝特點2、焊接參數(shù)的選擇（3）焊后熱處理不需焊后熱處理進(jìn)行焊后熱處理一般在焊態(tài)下使用，正常情況下不進(jìn)行焊后熱處理焊后接頭區(qū)強度和韌性過低、焊接結(jié)構(gòu)受力大或承受應(yīng)力腐蝕以及焊后需要進(jìn)行高精度加工以保證結(jié)構(gòu)尺寸等焊后熱處理溫度：須比母材原調(diào)質(zhì)處理的回火溫度低30℃左右，以保證材料的強度性能。中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接主講人：3.4中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.4.1中碳調(diào)質(zhì)鋼的成分和性能中碳調(diào)質(zhì)鋼的成分C含量：中C，wC=0.25~0.5%合金元素：Mn、Si、Cr、Ni、B及Mo、W、V、Ti強化機理：固溶強化、相變強化、沉淀強化熱處理狀態(tài)：淬火+回火（調(diào)質(zhì)）屈服強度：σs=880~1176MPa

高強度，高硬度（作火箭外殼、裝甲鋼），淬硬性高于低碳調(diào)質(zhì)鋼，強度硬度高，韌性較低，焊接困難主要特點典型鋼種40Cr、30CrMnSi、35CrMoA、35CrMoVA、40CrNiMoA3.4中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.4.1中碳調(diào)質(zhì)鋼的成分和性能1）40Cr是一種廣泛使用的含Cr調(diào)質(zhì)鋼Cr：能增加高溫或低溫的回火穩(wěn)定性，但Cr鋼有回火脆性。wCr＜1.5%：能有效提高鋼的淬透性；wCr=1%：對鋼的塑性和韌性略有提高；wCr＞2%：對塑性影響不大，但略使鋼沖擊韌度降低中碳調(diào)質(zhì)鋼的合金系統(tǒng)：特點：價格適中，加工容易，好的綜合力學(xué)性能、較高淬透性和較高疲勞強度應(yīng)用：制造較重要在交變載荷下工作的機器零件，如齒輪和軸類3.4中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.4.1中碳調(diào)質(zhì)鋼的成分和性能2）35CrMoA和35CrMoVACr-Mo系wMo=0.15%～0.25%：可以消除Cr鋼的回火脆性，提高淬透性和高溫強度，具有較好強度和韌性匹配；V：可以細(xì)化晶粒，提高強度、塑性和韌性，增加高溫回火穩(wěn)定性焊接性：含碳量較高，淬透性較大，焊接性較差，一般要求焊前預(yù)熱和焊后熱處理應(yīng)用：動力設(shè)備中用于制造一些承受負(fù)荷較高、截面較大的重要零部件，如汽輪機葉輪、主軸和發(fā)電機轉(zhuǎn)子等。中碳調(diào)質(zhì)鋼的合金系統(tǒng)：3.4中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.4.1中碳調(diào)質(zhì)鋼的成分和性能組織：退火狀態(tài)：鐵素體+珠光體調(diào)質(zhì)狀態(tài)：回火索氏體缺點：回火脆性中碳調(diào)質(zhì)鋼的合金系統(tǒng)：3）30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA、Cr-Mn-Si系30CrMnSiA：不含Ni①在300～450℃內(nèi)出現(xiàn)第一類回火脆性回火時避開該溫度范圍

②

第二類回火脆性高溫回火時必須采取快速冷卻的辦法，否則韌性會顯著降低應(yīng)用：飛機制造中3.4中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.4.1中碳調(diào)質(zhì)鋼的成分和性能30CrMnSiNi2A：增加Ni，大大提高鋼的淬透性

強度提高，保持良好韌性焊接性較差，具有較大冷裂傾向40CrMnSiMoVA：低Cr無Ni，加入淬透性強的Mo，C含量高且不含Ni，焊接性差一些可用來代替30CrMnSiNi2A制造飛機上的一些構(gòu)件特點應(yīng)用3.4中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.4.1中碳調(diào)質(zhì)鋼的成分和性能添加標(biāo)題中碳調(diào)質(zhì)鋼的合金系統(tǒng)：4）40CrNiMoA和34CrNi3MoA

Cr-Ni-Mo系加入3%的Ni和Mo，顯著提高了淬透性和抗回火軟化的能力，改善鋼的韌性特點：具有良好的綜合性能：強度高、韌性好、淬透性大等優(yōu)點應(yīng)用：制造高負(fù)荷、大截面的軸類和承受沖擊載荷的構(gòu)件，如汽輪機、噴氣渦輪機軸、噴氣式客機的起落架及火箭發(fā)動機外殼等

與低碳調(diào)質(zhì)鋼相比，中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性稍差，母材近縫區(qū)容易產(chǎn)生低塑性的淬硬組織，所以說當(dāng)中碳鋼焊接時，焊材和工藝參數(shù)不當(dāng)時，容易產(chǎn)生冷、熱裂紋以及熱影響區(qū)的脆化和軟化。3.4中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.4.2中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析3.4中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.4.2中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析1、焊縫中的熱裂紋wC、w合金較高，因此液-固相溫度區(qū)間大，結(jié)晶時成分偏析也較嚴(yán)重，焊接時易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，具有較大的熱裂紋傾向22）工藝采用wC低和雜質(zhì)S、P含量低的焊接材料

wC<0.15%，ws+p<0.03~0.03511）焊材

注意填滿弧坑和保證良好的焊縫成形因為熱裂紋容易出現(xiàn)在未填滿的弧坑處，尤其是多層焊的第一層焊道的弧坑中以及焊縫的凹陷部位熱裂紋方式措施3.4中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接3.4.2中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性分析母材含碳量、合金元素含量較高，Ceq>0.5%，多數(shù)超過0.6%→淬硬傾向大1）2）Ms點較低：低溫下形成的馬氏體難以產(chǎn)生“自回火”→焊接熱影響區(qū)易出現(xiàn)硬脆馬氏體組織冷裂敏感性大的原因01

焊前預(yù)熱02

焊后及時進(jìn)行回火處理2、淬硬性和冷裂性01