材料焊接性第3章_合金結(jié)構(gòu)鋼1

1、第第3章章 合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接3.1 3.1 合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能合金結(jié)構(gòu)鋼的分類和性能3.1.1 3.1.1 合金結(jié)構(gòu)鋼的分類合金結(jié)構(gòu)鋼的分類合金結(jié)構(gòu)合金結(jié)構(gòu)鋼的分類鋼的分類化學化學成分成分合金合金系統(tǒng)系統(tǒng)組織組織狀態(tài)狀態(tài)用途或使用途或使性能等性能等按合金元素按合金元素總含量的多總含量的多少分有少分有低合合鋼低合合鋼一般一般w (Me)w (Me)5 5；中合金鋼中合金鋼w (Me)=5w (Me)=51010高合金鋼高合金鋼w (Me)w (Me)1010。1. 1. 按合金元素總含量的多少分有：按合金元素總含量的多少分有：2. 2. 按用途和性能分有按用途和性能分有 按回

2、火狀態(tài)按回火狀態(tài)按強度等級按強度等級熱處理狀態(tài)熱處理狀態(tài)非調(diào)質(zhì)鋼非調(diào)質(zhì)鋼 經(jīng)過淬火經(jīng)過淬火-回火回火的調(diào)質(zhì)鋼的調(diào)質(zhì)鋼 l熱軋與正火鋼熱軋與正火鋼中碳調(diào)質(zhì)鋼中碳調(diào)質(zhì)鋼低碳調(diào)質(zhì)鋼低碳調(diào)質(zhì)鋼珠光體耐熱鋼珠光體耐熱鋼低合金耐蝕鋼低合金耐蝕鋼低溫鋼低溫鋼熱軋鋼熱軋鋼 控軋鋼控軋鋼 正火鋼正火鋼 國內(nèi)外常見的合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號見表國內(nèi)外常見的合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號見表3-1表表3-1 3-1 國內(nèi)外常見的合金結(jié)構(gòu)鋼國內(nèi)外常見的合金結(jié)構(gòu)鋼3.1.2 3.1.2 合金結(jié)構(gòu)鋼的基本性能合金結(jié)構(gòu)鋼的基本性能基基本本性性能能化學成分化學成分力學性能力學性能顯微組織顯微組織1.2 合金結(jié)構(gòu)鋼的基本性質(zhì) 化學成分： 低合金結(jié)構(gòu)

3、鋼是在低碳鋼基礎上（低碳鋼的化學成分為：wC=0.10%0.25%，wSi0.3%，wMn=0.5%0.8%）添加一定量的合金元素構(gòu)成的。低合金鋼加入的元素有Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，雜質(zhì)元素P、S的含量要限制在較低的程度。C C： 控制鋼材強度、硬度的重要元素，每1C可增加抗拉強度約980MPa。SiSi：也是增大強度、硬度的元素，每1Si可增加抗拉強度約98MPa。MnMn：增加淬透性，提高韌性，降低 S 的危害等。AlAl：細化鋼材組織，控制冷軋鋼板退火織構(gòu)。NbNb：細化鋼材組織，增加強度、韌性等。V V： 細化鋼材組織，增加強度、韌性等。CrCr：增加強度、

4、硬度、耐腐蝕性能。 用于焊接結(jié)構(gòu)的低中合金鋼合金元素總的質(zhì)量分數(shù)一用于焊接結(jié)構(gòu)的低中合金鋼合金元素總的質(zhì)量分數(shù)一般般10%。各種元素對合金結(jié)構(gòu)鋼下臨界點溫度的綜合影響。各種元素對合金結(jié)構(gòu)鋼下臨界點溫度的綜合影響可用下述公式表示：可用下述公式表示： A1 = 720 + 28wSi + 5wCr + 6wCo + 3wTi 5wMn 10wNi 3wV ， （3-1） 由上述公式可見：由上述公式可見：Si、Cr、Co和和Ti等元素能提高下臨界等元素能提高下臨界點點A1的溫度（縮小的溫度（縮小區(qū)），而區(qū)），而Mn、Ni和和V則降低則降低A1點溫度點溫度（擴大（擴大區(qū)）。區(qū)）?；瘜W成分：化學成分：以

5、以Ni元素為代表（元素為代表（Ni組元素，擴大組元素，擴大區(qū)）：區(qū)）：Ni、Mn、Co以以Cr元素為代表（元素為代表（Cr組元素，縮小組元素，縮小區(qū)）：區(qū)）：Cr、Si、P、Al、Ti、V、Mo、W。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它合金元素的性質(zhì)和含量。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它合金元素的性質(zhì)和含量。 加入合金元素能加入合金元素能細化晶粒細化晶粒，而且各種合金元素在不同程度上改變了，而且各種合金元素在不同程度上改變了鋼的鋼的奧氏體轉(zhuǎn)變動力學奧氏體轉(zhuǎn)變動力學，直接影響鋼的淬硬傾向。如，直接影響鋼的淬硬傾向。如C、Mn、Cr、Mo、V、

6、W、Ni和和Si等元素能提高鋼的淬硬傾向，而等元素能提高鋼的淬硬傾向，而Ti、Nb、Ta等碳化物形等碳化物形成元素則降低鋼的淬硬傾向。（圖成元素則降低鋼的淬硬傾向。（圖3-1）各元素對鋼的性能的影響各元素對鋼的性能的影響 合金元素對低合金鋼屈服強度和抗拉強度的綜合影響，可按下列合金元素對低合金鋼屈服強度和抗拉強度的綜合影響，可按下列經(jīng)驗公式進行計算：經(jīng)驗公式進行計算： s = 122 + 274wC + 82wMn + 55wSi + 54wCr + 44wNi + 78wCu + 353wV + 755wTi + 540wP + 30-2(h-5), MPa b = 230 + 686wC

7、+ 78wMn + 90wSi + 73wCr + 33wNi + 56wCu + 314wV + 529wTi + 450wP + 21-1.4(h-5), MPa式中式中 h為板厚（為板厚（mm）。）。 各種合金元素對結(jié)構(gòu)鋼的抗拉強度和屈各種合金元素對結(jié)構(gòu)鋼的抗拉強度和屈服強度影響的定量測定數(shù)據(jù)如服強度影響的定量測定數(shù)據(jù)如圖圖3-1所示。所示。圖圖3-1 3-1 各種合金元素對結(jié)構(gòu)鋼的抗拉強度和屈服強度的影響各種合金元素對結(jié)構(gòu)鋼的抗拉強度和屈服強度的影響N 元素對鋼的性能的影響元素對鋼的性能的影響 氮氮在鋼中的作用與碳相似，當它溶解在鐵中時，將擴在鋼中的作用與碳相似，當它溶解在鐵中時，將擴

8、大大區(qū)。氮能與鋼中的其他合金元素形成穩(wěn)定的氮化物，區(qū)。氮能與鋼中的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，從而細化晶粒，提高這些氮化物往往以彌散的微粒分布，從而細化晶粒，提高鋼的屈服點和抗脆斷能力。鋼的屈服點和抗脆斷能力。 氮氮的影響既決定于其含量，也決定于在鋼中存在的其的影響既決定于其含量，也決定于在鋼中存在的其他合金元素的種類和數(shù)量。他合金元素的種類和數(shù)量。Al、Ti和和V等合金元素對氮具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，鋼中必須同時加入充分發(fā)揮氮作為合金元

9、素的作用，鋼中必須同時加入Al、V和和Ti等氮化物形成元素。等氮化物形成元素。 合金元素的作用合金元素的作用 合金元素或者與Fe形成固溶體，或者形成碳化物（除Ti、Nb和Ta外），都產(chǎn)生了延遲奧氏體分解的作用并由此提高了鋼的淬硬傾向。各種元素對鋼的力學性能和工藝性能的影響，取決于它的含量和同時存在的其他合金元素。 添加一些合金元素，如Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，主要是為了提高鋼的淬透性和馬氏體的回火穩(wěn)定性。這些元素可以推遲珠光體和貝氏體的轉(zhuǎn)變，使產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速率降低。低合金調(diào)質(zhì)高強鋼由于含碳量低，所以淬火后得到低碳馬氏體，而且發(fā)生“自回火”現(xiàn)象，脆性小，具有良好的

10、焊接性。 強度(strength)：在外力作用下，材料抵抗塑性變形和斷裂的能力 。屈強比：屈服強度與抗拉強度之比（s /b） 說明： 鋼材的強度越高，屈強比增大，屈服強度與抗拉強度之差越小。 不同溫度下，鋼材的強度不同。（圖3-2） 低碳鋼的屈強比約為0.7左右，控軋鋼板的屈強比約為0.700.85，800MPa級高強鋼的屈強比約為0.95。 2. 力學性能力學性能強度強度2 2力學性能力學性能 低合金高強鋼的低溫拉伸性能如低合金高強鋼的低溫拉伸性能如圖圖3-2a所示。所示。 低合金高強鋼高溫時強度性能的變化如低合金高強鋼高溫時強度性能的變化如圖圖3-2b所示。所示。 圖圖3-2 3-2 低合

11、金高強鋼的低溫拉伸性能（低合金高強鋼的低溫拉伸性能（a,ba,b）說明： 試驗（GB/T 229-2007）：取10mm10mm 55mm的長方形試樣，在試樣中央開深度2mm的V形缺口，尖端半徑為0.25mm。將擺錘置于一定的高度釋放，沖斷試件，然后剎車，讀出試件沖斷時消耗的功。 不同溫度，Ak值不同。2. 力學性能力學性能韌性韌性韌性（toughness）：表示材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。沖擊韌性(impact toughness)：材料沖擊載荷作用下的斷裂時的沖擊吸收功Ak ， Ak 與試樣缺口底部處橫截面積之比為沖擊韌度。 合金結(jié)構(gòu)鋼具有較高的強度和良好的塑性和韌性，采用不

12、同的合金成分和熱處理工藝，可以獲得具有不同綜合性能的低中合金結(jié)構(gòu)鋼。 1. Mn的固溶強化作用很顯著，wMn1.7%時可提高韌性、降低脆性轉(zhuǎn)變溫度 2. Si雖然顯著固溶強化但降低塑性、韌性，一般wSi0.6%； 3. Ni是惟一既固溶強化又同時提高韌性且大幅度降低脆性轉(zhuǎn)變溫度的元素， 常用于低溫鋼。 4. V、Ti、Nb強烈形成碳化物，Al、V、Ti、Nb形成氮化物，析出的微小VC、TiC、NbC及及AlN、VN、TiN、Nb（C、N）產(chǎn)生明顯的沉淀強化作用，在固溶強化的基礎上屈服強度提高50100MPa，并保持了韌性。 （微量加入） 5.微合金化元素還有B，主要作用是在晶界上阻止先共析鐵素

13、體生成及長大，從而改善韌性。3 3顯微組織顯微組織低合低合金鋼金鋼熱影熱影響區(qū)響區(qū)中的中的顯微顯微組織組織低碳馬氏體低碳馬氏體貝氏體貝氏體M-AM-A組元組元珠光體類珠光體類導致具有不同導致具有不同的硬度、強度的硬度、強度性能、塑性和性能、塑性和韌性韌性3. 顯微組織顯微組織 低合金鋼熱影響區(qū)中的顯微組織主要是低碳馬氏體、低合金鋼熱影響區(qū)中的顯微組織主要是低碳馬氏體、貝氏體、貝氏體、M-A組元和珠光體類組織，導致具有不同的硬度、組元和珠光體類組織，導致具有不同的硬度、強度性能、塑性和韌性。幾種典型組織（特別是貝氏體組強度性能、塑性和韌性。幾種典型組織（特別是貝氏體組織）對低合金鋼強度和韌性的影

14、響如圖織）對低合金鋼強度和韌性的影響如圖3-3所示。所示。 低合金結(jié)構(gòu)鋼為了獲得滿意的強度和韌性的組合，晶低合金結(jié)構(gòu)鋼為了獲得滿意的強度和韌性的組合，晶粒尺寸必須細小、均勻，而且應是等軸晶。經(jīng)粒尺寸必須細小、均勻，而且應是等軸晶。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理后后的鋼材具有較高的強度、韌性和良好焊接性，裂紋敏感性的鋼材具有較高的強度、韌性和良好焊接性，裂紋敏感性小，熱影響區(qū)組織性能穩(wěn)定。小，熱影響區(qū)組織性能穩(wěn)定。 幾種典型組織（特別是貝氏體組織）對低幾種典型組織（特別是貝氏體組織）對低合金鋼強度和韌性的影響如合金鋼強度和韌性的影響如圖圖3-33-3所示。所示。 圖圖3-33-3典型組織（特別是貝氏體組織）

15、對低合金鋼強度和韌性的影響典型組織（特別是貝氏體組織）對低合金鋼強度和韌性的影響 低合金高強鋼不同比例混合組織的維氏低合金高強鋼不同比例混合組織的維氏硬度和相應金相組織的顯微硬度見表硬度和相應金相組織的顯微硬度見表3-23-2。表表3-2 3-2 常見金相組織及不同混合組織的硬度常見金相組織及不同混合組織的硬度3.2 3.2 熱軋及正火鋼的焊接熱軋及正火鋼的焊接常用熱軋及正火鋼的化學成分和力性能見常用熱軋及正火鋼的化學成分和力性能見表表3-33-3和和表表3-43-4。熱熱軋軋及及正正火火鋼鋼屈服強度為屈服強度為294294490MPa490MPa的低合金高強鋼的低合金高強鋼一般是在熱軋或正火

16、狀態(tài)一般是在熱軋或正火狀態(tài)下供貨使用下供貨使用屬于非熱處理強化鋼屬于非熱處理強化鋼 表表3-3 3-3 熱軋及正火鋼的化學成分熱軋及正火鋼的化學成分注：括號中的成分選擇加入。注：括號中的成分選擇加入。表表3-4 3-4 熱軋及正火鋼的力學性能熱軋及正火鋼的力學性能1 1熱軋鋼熱軋鋼熱熱軋軋鋼鋼屈服強度為屈服強度為295-390M295-390MPaPa的的普通低合金鋼都屬于熱軋鋼普通低合金鋼都屬于熱軋鋼這類鋼的基本成分為：這類鋼的基本成分為：w wC0.2%C0.2%，w wSi0.55Si0.55%，wMn 1.5%熱軋鋼通常為鋁鎮(zhèn)靜熱軋鋼通常為鋁鎮(zhèn)靜(Al脫氧脫氧)的細晶的細晶粒鐵素體珠光

17、體組織的鋼粒鐵素體珠光體組織的鋼一般在熱軋狀態(tài)下使用一般在熱軋狀態(tài)下使用Q345Q345（16Mn16Mn）是我國于）是我國于2020世紀世紀5050年代研制和生產(chǎn)應年代研制和生產(chǎn)應用最廣泛的熱軋鋼用最廣泛的熱軋鋼2 2正火鋼正火鋼正正火火鋼鋼正火狀態(tài)下使用的鋼：主要正火狀態(tài)下使用的鋼：主要是含是含V V、NbNb、TiTi的鋼，如的鋼，如Q390Q390、Q345Q345等，主要特點是等，主要特點是屈強比（屈強比（s/s/b b）較高）較高正正火回火狀態(tài)使用的火回火狀態(tài)使用的含含MoMo鋼：如鋼：如14MnMoV14MnMoV、1818MnMoNbMnMoNb等等抗層狀撕裂的抗層狀撕裂的Z向

18、鋼，向鋼，屈服強度屈服強度s343MPa類別類別熱軋鋼熱軋鋼正火鋼正火鋼s/ MPa294392 390成分成分wC0.2%，wSi0.55%，wMn 1.5%。在Q345的基礎上加入V，Nb，Ti 、 Mo等元素（沉淀強化）組織組織/狀態(tài)狀態(tài)熱軋態(tài)（非熱處理強化鋼）一般為鋁鎮(zhèn)靜的細晶粒FP正火（含V，Nb，Ti）正火+回火（含Mo）強化機理強化機理Mn、Si合金固溶強化；V、Nb 、 Ti ( 形成碳化物和氮化物 ) 細晶強化，沉淀強化。在固溶強化的基礎上，加入促C、N化合物形成元素（如V、Nb、Ti和Mo等），通過沉淀強化和細化晶粒進一步提高鋼材的強度和保證韌性。典型鋼種典型鋼種Q345(

19、16Mn)Q390，Q345 （s/b 高）14MnMoV、18MnMoNb（中溫性能好），Z向鋼（抗撕裂）3 3微合金控軋鋼微合金控軋鋼微微合合金金控控軋軋鋼鋼加入質(zhì)量分數(shù)為加入質(zhì)量分數(shù)為0.1%0.1%左右左右對鋼的組織性能有顯著或?qū)︿摰慕M織性能有顯著或特殊影響的微量合金元素特殊影響的微量合金元素的鋼，稱為微合金鋼的鋼，稱為微合金鋼多種微合金元素（如多種微合金元素（如Nb、Ti、Mo、V、B、RE）的共）的共同作用稱為多元微合金化同作用稱為多元微合金化單一微合金元素的質(zhì)量分數(shù)單一微合金元素的質(zhì)量分數(shù)通常在通常在0.25%0.25%以下。以下。u 微合金控軋鋼是熱軋及正火鋼中的一個分支，是近

20、年來發(fā)展起來的一類新鋼種。u 采用微合金化（加入微量Nb、V、Ti）和控制軋制等技術達到細化晶粒和沉淀強化相結(jié)合的效果。在冶煉工藝上采取了降C、降S、改變夾雜物形態(tài)、提高鋼的純凈度等措施，使鋼材具有均勻的細晶粒等軸晶鐵素體基體。u 微合金化鋼就其本質(zhì)來講與正火鋼類似，它是在低碳的C-Mn鋼基礎上通過V、Nb、Ti微合金化及爐外精煉、控軋、控冷等工藝，獲得細化晶粒和綜合力學性能良好的微合金鋼。u 控軋鋼具有高強度、高韌性和良好的焊接性等優(yōu)點。微合金控軋鋼微合金控軋鋼3.2.2 3.2.2 熱軋及正火鋼的焊接性熱軋及正火鋼的焊接性低合金鋼低合金鋼的焊接性的焊接性化學化學成分成分軋制軋制工藝工藝1

21、1冷裂紋及影響因素冷裂紋及影響因素冷裂冷裂紋及紋及影響影響因素因素碳當量碳當量（C Ceqeq）淬硬淬硬傾向傾向熱影響區(qū)熱影響區(qū)最高硬度最高硬度熱軋鋼的熱軋鋼的淬硬傾向淬硬傾向正火鋼的正火鋼的淬硬傾向淬硬傾向類別類別熱軋鋼熱軋鋼正火鋼正火鋼微合金控扎鋼微合金控扎鋼焊接焊接性特性特點點合金元素少，Ceq小，冷裂傾向小合金元素較多，淬硬傾向增加。級別及Ceq低時，冷裂紋傾向不大；隨Ceq及增加，淬硬性及冷裂傾向增加Wc%小Ceq低冷裂傾向小 低合金鋼的焊接性主要取決于它的化學成分和組織狀態(tài)。隨著鋼材強度級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。（1）碳當量（）碳當量（Ceq） 淬硬傾向

22、主要取決于鋼的化學成分，其中以碳的作用最明顯?？梢酝ㄟ^碳當量公式來大致估算不同鋼種的冷裂敏感性。通常碳當量越高，冷裂敏感性越大。5156VMoCrNiCuMnCCeq， (IIW公式：wt%)p Ceq0.4%時，淬硬傾向不明顯，焊件一般不會產(chǎn)生裂縫，但對厚大工件或低溫下焊接時應考慮預熱。p Ceq=0.4%0.6%時，鋼材塑性下降，淬硬傾向明顯，焊性較差。焊前預熱，焊后緩冷，p Ceq0.6%時，鋼材塑性較低，淬硬傾向很強，焊接區(qū)易產(chǎn)生冷裂，焊接性不好。焊前須較高溫度預熱到，焊接時要采取減少焊接應力和防止開裂的工藝措施，焊后要進行適當?shù)臒崽幚恚拍鼙ＷC焊接接頭質(zhì)量。2.1 冷裂及影響因素冷裂

23、及影響因素 (2) 淬硬傾向：淬硬傾向： 焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生淬硬的M或M+B+F混合組織時，對氫致裂紋敏感； 而產(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HAZ的SHCCT或母材的CCT圖來進行分析（圖3-4）。結(jié)論：Q345與低碳鋼比較：2.1 冷裂及影響因素冷裂及影響因素類別類別熱軋鋼熱軋鋼正火鋼正火鋼特點特點快冷時，淬硬傾向大合金元素含量、強度級別越大，淬硬傾向大原因原因V冷大時，HAZ的組織：少量F+B+大量M。（低碳鋼：大量F+少量B+M。 ）V冷小時，和低碳鋼類似Me%越大，冷卻組織中B+M多，淬硬傾向大16Mn 的的SHCCT圖圖當冷卻速度VVc時，F(xiàn)析出后剩下的富碳

24、A來不及轉(zhuǎn)變?yōu)镻，直接轉(zhuǎn)變?yōu)楦咛糂和M，硬度增加，淬硬傾向增加。少量F+大量B+大量M低碳鋼低碳鋼SHCCT圖圖大量F+少量P+部分B（3）熱影響區(qū)最高硬度）熱影響區(qū)最高硬度 HAZ最高硬度允許值就是剛好不出現(xiàn)冷裂紋的臨界硬度值。即若實際HAZ的硬度高于HAZ最高硬度允許值，那么這個接頭有可能產(chǎn)生冷裂紋；若在最高硬度允許值內(nèi)，一般認為此接頭不會產(chǎn)生冷裂。 HAZ最高硬度值與材料的強度、成分、工藝都有關。2.1 冷裂及影響因素冷裂及影響因素 1.Ceq越高，熱影響區(qū)最高硬度越大，HAZ淬硬傾向越大，圖3-7 2.冷卻速度越大，熱影響區(qū)最高硬度越大，HAZ淬硬傾向越大，圖3-8，3-9（1 1）碳

25、當量（）碳當量（C Ceqeq） 淬硬傾向主要取決于鋼的化學成分，其淬硬傾向主要取決于鋼的化學成分，其中以碳的作用最明顯。國際焊接學會（中以碳的作用最明顯。國際焊接學會（IIW）推薦的碳當量公式為推薦的碳當量公式為： 碳當量碳當量Ceq0.4%0.6%時鋼的淬硬傾時鋼的淬硬傾向逐漸增加，屬于有淬硬傾向的鋼向逐漸增加，屬于有淬硬傾向的鋼5156VMoCrNiCuMnCCeq (%)(2) (2) 淬硬傾向淬硬傾向 淬硬傾向可以通過焊接熱影響區(qū)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)淬硬傾向可以通過焊接熱影響區(qū)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖（變圖（SHCCT）或鋼材的連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖）或鋼材的連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖（CCT）來進行分析）來進行分

26、析。體或體或M+B+FM+B+F混合組織時混合組織時而產(chǎn)生而產(chǎn)生B B或或B+FB+F組織時組織時焊焊接接熱熱影影響響區(qū)區(qū)對氫致對氫致裂紋敏感裂紋敏感對氫致裂對氫致裂紋不敏感紋不敏感1 1）熱軋鋼的淬硬傾向）熱軋鋼的淬硬傾向 從從圖圖3-4a3-4a可以看到可以看到Q345Q345焊條電弧焊冷速焊條電弧焊冷速快時，熱影響區(qū)會出現(xiàn)少量鐵素體、貝氏快時，熱影響區(qū)會出現(xiàn)少量鐵素體、貝氏體和大量馬氏體。而低碳鋼焊條電弧焊時體和大量馬氏體。而低碳鋼焊條電弧焊時（見圖（見圖3-4b3-4b），則出現(xiàn)大量鐵素體、少量，則出現(xiàn)大量鐵素體、少量珠光體和部分貝氏體。珠光體和部分貝氏體。圖圖3-4 3-4 熱軋鋼（

27、熱軋鋼（Q345Q345）和低碳鋼的焊接連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖（）和低碳鋼的焊接連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖（SHSHCCT）a a) Q345 ) Q345 T Tm 1350m 1350 b b) ) 低碳鋼低碳鋼 T Tm 1300)m 1300)2) 2) 正火鋼的淬硬傾向正火鋼的淬硬傾向 隨著合金元素和強度級別的提高而增隨著合金元素和強度級別的提高而增大，如大，如Q420Q420和和18MnMoNb18MnMoNb相比相比（見圖（見圖3-5a3-5a、b b），），兩者的差別較大。兩者的差別較大。圖圖3-5 3-5 正火鋼的焊接連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖（正火鋼的焊接連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖（SHCCTSHCC

28、T） (3) (3) 熱影響區(qū)最高硬度熱影響區(qū)最高硬度 最高硬度允許值就是一個剛好不出現(xiàn)冷最高硬度允許值就是一個剛好不出現(xiàn)冷裂紋的臨界硬度值。裂紋的臨界硬度值。圖圖3-63-6。圖圖3-6 3-6 熱影響區(qū)最高硬度與裂紋率的關系熱影響區(qū)最高硬度與裂紋率的關系 碳當量增大時，熱影響區(qū)淬硬傾向隨之碳當量增大時，熱影響區(qū)淬硬傾向隨之提高，但并非始終保持線性關系。碳當量提高，但并非始終保持線性關系。碳當量與熱影響區(qū)最高硬度的關系與熱影響區(qū)最高硬度的關系如圖如圖3-73-7所示所示。圖圖3-7 3-7 熱影響區(qū)最高硬度與碳當量的關系熱影響區(qū)最高硬度與碳當量的關系Ceq=C+(Mn/6)+(Si/24)+

29、(Cr/5)+(Mo/4)+(V/14)+(Ni/40Ceq=C+(Mn/6)+(Si/24)+(Cr/5)+(Mo/4)+(V/14)+(Ni/40) ) 焊接熱輸入焊接熱輸入E E或冷卻時間或冷卻時間t t8/58/5對熱影響對熱影響區(qū)淬硬傾向影響很大。熱影響區(qū)最高硬度區(qū)淬硬傾向影響很大。熱影響區(qū)最高硬度與碳當量和冷卻速度的關系與碳當量和冷卻速度的關系如圖如圖3-83-8所示。所示。 圖圖3-8 3-8 熱影響區(qū)最高硬度與碳當量和冷卻速度的關系熱影響區(qū)最高硬度與碳當量和冷卻速度的關系 Ceq=C+(Mn+Si)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 Ceq=C+(Mn+Si)/

30、6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 冷卻時間冷卻時間t t8/58/5對熱影響區(qū)最高硬度的影對熱影響區(qū)最高硬度的影響如圖響如圖3-93-9所示。所示。 圖圖3-9 3-9 冷卻時間冷卻時間t t8/58/5對熱影響區(qū)最高硬度的影響對熱影響區(qū)最高硬度的影響（鋼材成分：（鋼材成分：w wC 0.12%, C 0.12%, w wMn 1.40%, Mn 1.40%, w wSi 0.48%, Si 0.48%, w wCu 0.15%, Cu 0.15%, 板厚板厚h h=20mm=20mm） 2 2熱裂紋和再熱裂紋熱裂紋和再熱裂紋裂裂紋紋再熱裂紋再熱裂紋焊縫熱裂紋焊縫熱裂紋 鋼中的

31、鋼中的CrCr、MoMo元素及含量對再熱裂紋的元素及含量對再熱裂紋的產(chǎn)生影響很大。不同產(chǎn)生影響很大。不同CrCr、MoMo含量低合金鋼含量低合金鋼的再熱裂紋敏感區(qū)的再熱裂紋敏感區(qū)如圖如圖3-103-10所示。所示。圖圖3-10 3-10 再熱裂紋敏感性與再熱裂紋敏感性與CrCr、MoMo含量的關系含量的關系A ASRSR裂紋敏裂紋敏感區(qū)感區(qū) BB隨隨CrCr、MoMo含量增加，含量增加，SRSR裂紋增加裂紋增加3 3非調(diào)質(zhì)鋼焊縫的組織和韌性非調(diào)質(zhì)鋼焊縫的組織和韌性焊縫焊縫韌性韌性針狀鐵素體針狀鐵素體(AF)(AF)先共析鐵素體先共析鐵素體(PF)組織組織所占的比例所占的比例 焊縫中存在較高比例

32、的針狀鐵素體組織焊縫中存在較高比例的針狀鐵素體組織時，韌性顯著升高，韌脆轉(zhuǎn)變溫度（時，韌性顯著升高，韌脆轉(zhuǎn)變溫度（vTrsvTrs）降低，如圖降低，如圖3-11a3-11a所示；焊縫中先共析鐵素所示；焊縫中先共析鐵素體組織比例增多則韌性下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫體組織比例增多則韌性下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度上升，如圖度上升，如圖3-11b3-11b所示。所示。 圖圖3-11 3-11 不同鐵素體形態(tài)對高強鋼焊縫韌性的影響不同鐵素體形態(tài)對高強鋼焊縫韌性的影響 a a) AF) AF對對v vT Trsrs的影響的影響 b b) PF) PF對對v vT Trsrs的影響的影響 焊縫中焊縫中AFAF增多，有利于改善

33、韌性，但增多，有利于改善韌性，但隨著合金化程度的提高，焊縫組織可能出隨著合金化程度的提高，焊縫組織可能出現(xiàn)上貝氏體和馬氏體，在強度提高的同時現(xiàn)上貝氏體和馬氏體，在強度提高的同時會抵消會抵消AFAF的有利作用，焊縫韌性反而會惡的有利作用，焊縫韌性反而會惡化。如化。如圖圖3-123-12所示，高強鋼焊縫中所示，高強鋼焊縫中AFAF由由100%100%減少到減少到20%20%左右，焊縫韌性急劇降低。左右，焊縫韌性急劇降低。 圖圖3-12 3-12 高強鋼焊縫韌性與強度的關系高強鋼焊縫韌性與強度的關系 Mn-SiMn-Si系焊縫組織與韌性的關系見系焊縫組織與韌性的關系見表表3-53-5。 表表3-5

34、Mn-Si3-5 Mn-Si系焊縫組織與韌性的關系系焊縫組織與韌性的關系 顯見，中等程度的顯見，中等程度的MnMn、SiSi含量，例如含量，例如w wMn=0.8%Mn=0.8%-1.0%-1.0%，w wSi=0.15%-0.25%Si=0.15%-0.25%，Mn/SiMn/Si比約比約4-74-7的情的情況下，可得到針狀鐵素體況下，可得到針狀鐵素體+ +細晶粒鐵素體的混合細晶粒鐵素體的混合組織，對裂紋擴展的阻力大，焊縫韌性高。組織，對裂紋擴展的阻力大，焊縫韌性高。4 4熱影響區(qū)脆化熱影響區(qū)脆化脆脆化化粗晶區(qū)脆化粗晶區(qū)脆化熱應變脆化熱應變脆化 S S和和P P均降低熱影響區(qū)的韌性（均降低熱

35、影響區(qū)的韌性（見圖見圖3-3-1414），特別是大熱輸入焊接時，），特別是大熱輸入焊接時，P P的影響較的影響較為嚴重。為嚴重。w wP0.013%P0.013%時，韌性明顯下降。時，韌性明顯下降。圖圖3-14 S3-14 S、P P對熱影響區(qū)韌性的影響對熱影響區(qū)韌性的影響（低合金鋼三絲埋弧焊）（低合金鋼三絲埋弧焊） N N對對Mn-SiMn-Si系低合金鋼熱影響區(qū)韌性的系低合金鋼熱影響區(qū)韌性的影響影響如圖如圖3-153-15所示?？梢钥吹剑ㄟ^降低所示?？梢钥吹剑ㄟ^降低N N含量，即使焊接熱輸入在很大范圍內(nèi)變含量，即使焊接熱輸入在很大范圍內(nèi)變化，也仍然可以獲得良好的韌性?；?，也仍然可以獲得

36、良好的韌性。圖圖3-15 N3-15 N對熱影響區(qū)韌性的影響對熱影響區(qū)韌性的影響（Mn-SiMn-Si系低合金鋼）系低合金鋼） 5 5層狀撕裂層狀撕裂 層狀撕裂是一種特殊形式的裂紋，它主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要發(fā)生于要求熔透的角接接頭或T T形接頭的形接頭的厚板結(jié)構(gòu)中，如厚板結(jié)構(gòu)中，如圖圖3-163-16所示。所示。圖圖3-16 3-16 產(chǎn)生層狀撕裂的一些典型接頭形式產(chǎn)生層狀撕裂的一些典型接頭形式a a) ) 角接角接T T形接頭形接頭 b b) ) 對接對接T T形接頭形接頭 c c) ) 對接角接頭對接角接頭 3.2.3 3.2.3 熱軋及正火鋼的

37、焊接工藝熱軋及正火鋼的焊接工藝1 1坡口加工、裝配及定位焊坡口加工、裝配及定位焊坡口坡口加工加工裝配裝配及定及定位焊位焊坡口加工可采用機械加工，其坡口加工可采用機械加工，其加工精度較高，也可采用火焰加工精度較高，也可采用火焰切割或碳弧氣刨。切割或碳弧氣刨。焊接件的裝配間隙不應過焊接件的裝配間隙不應過大，盡量避免強力裝配，大，盡量避免強力裝配，減小焊接應力。減小焊接應力。定位焊應選用同類型的焊接定位焊應選用同類型的焊接材料，也可選用強度稍低的材料，也可選用強度稍低的焊條或焊絲。焊條或焊絲。 2 2焊接材料的選擇焊接材料的選擇低合低合金鋼金鋼選擇選擇焊接焊接材料材料一是不能有裂紋等一是不能有裂紋等

38、焊接缺陷焊接缺陷二是能滿足使用二是能滿足使用性能要求。性能要求。 熱軋及正火鋼焊接一般是根據(jù)其強度級熱軋及正火鋼焊接一般是根據(jù)其強度級別選擇焊接材料，而不要求與母材同成分，別選擇焊接材料，而不要求與母材同成分，其要點如下：其要點如下：要要點點考慮焊后熱處理對考慮焊后熱處理對焊縫力學性能的影響焊縫力學性能的影響同時考慮熔合比和冷卻同時考慮熔合比和冷卻速度的影響速度的影響選擇與母材力學性能匹選擇與母材力學性能匹配的相應級別的焊接材料配的相應級別的焊接材料 3 3焊接工藝參數(shù)的確定焊接工藝參數(shù)的確定工藝工藝參數(shù)參數(shù)預熱和焊后熱處理預熱和焊后熱處理焊接熱輸入焊接熱輸入 焊接熱輸入對熱軋及正火鋼熱影響區(qū)焊接熱輸入對熱軋及正火鋼熱影響區(qū)晶粒尺寸和沖擊韌性的影響晶粒尺寸和沖擊韌性的影響如圖如圖3-173-17所示。所示。 圖圖3-17 3-17 焊接熱輸入對熱影響區(qū)晶粒尺寸和沖擊韌性的影響焊接熱輸入對熱影響區(qū)晶粒尺寸和沖擊韌性的影響a a) ) 冷卻時間冷卻時間t t8/