常見金屬材料的焊接性

1、第六章常見金屬材料的焊接6.1焊接性概念6.1.1 金屬焊接性概念：金屬焊接性就是金屬是否能適應(yīng)焊接加工而形成完整的、具備一定使用性能的焊接接頭的特性。含義：一是金屬在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是焊成的接頭在一定的使用條件下可靠運(yùn)行的能力。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：（ 1）焊縫以及HAZ產(chǎn)生裂紋的敏感性如何。（ 2）焊縫HAZ產(chǎn)生氣孔的敏感性如何。（ 3）焊接熱循環(huán)對(duì)HAZ組織結(jié)構(gòu)的影響，比如HAZ容易不容易出現(xiàn)晶粒長大現(xiàn)象以及出現(xiàn)馬氏體等脆硬組織等。（ 4）焊接接頭滿足規(guī)定性能的可能性，比如強(qiáng)度、韌性、低溫性能、抗腐蝕性等。金屬焊接性的具體內(nèi)容包括工藝焊接性和使用焊接性，上面四點(diǎn)中，前三點(diǎn)屬于工藝焊接性

2、，最后一點(diǎn)屬于使用焊接性。6.1.2 工藝焊接性工藝焊接性是指某種金屬在一定焊接條件下，能否獲得優(yōu)質(zhì)致密、無缺陷焊接接頭的能力。分析和研究金屬的工藝焊接性時(shí)，必然要涉及到焊接過程。對(duì)于熔化焊來講，焊接過程一般都要經(jīng)歷傳熱和冶金反應(yīng)。因此，把工藝焊接性又分成“熱焊接性”和“冶金焊接性”。熱焊接性是指在焊接過程條件下，對(duì)HAZ組織性能及產(chǎn)生缺陷的影響程度。它是評(píng)定被焊金屬對(duì)熱的敏感性（晶粒長大和組織性能變化等），主要與被焊材質(zhì)及焊接工藝條件有關(guān)。冶金焊接性是指冶金反應(yīng)對(duì)焊縫性能和產(chǎn)生缺陷的影響程度。它包括合金元素的氧化、還原、氮化、蒸發(fā)以及氫、氧、氮的溶解，對(duì)氣孔、夾雜、裂紋等缺陷的敏感性，它們是

3、影響焊縫金屬化學(xué)成分和性能的主要方面。影響工藝焊接性的因素（ 1）材料因素（ 2）設(shè)計(jì)因素（ 3）工藝因素（ 4）使用因素6.1.3 使用焊接性使用焊接性是指焊接接頭或整體結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)條件所規(guī)定的各種使用性能的程度。6.1.4 如何分析金屬的焊接性6.1.4.1 從金屬的特性分析焊接性（ 1）化學(xué)成分碳當(dāng)量法焊接冷裂紋敏感系數(shù)（ 2）利用物理性能分析（ 3）利用化學(xué)性能分析（ 4）利用合金相圖分析（ 5）禾J用CCT圖或SHCC圖分析6.1.4.2 從焊接工藝條件分析焊接性（ 1）熱源特點(diǎn)（ 2）保護(hù)方法（ 3）熱循環(huán)的控制（ 4）其它工藝因素6.2金屬的焊接性試驗(yàn)6.2.1 焊接性試驗(yàn)的目的

4、及內(nèi)容金屬焊接性試驗(yàn)的目的1）評(píng)定金屬材料的焊接性；2）研制和開發(fā)新型的焊接材料；3）擬定產(chǎn)品的焊接工藝（試件尺寸應(yīng)符合產(chǎn)品特點(diǎn)，焊接工藝參數(shù)是調(diào)整的對(duì)象。具體來講，焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容可以歸納為以下四個(gè)方面：1） 焊縫和HAZ抗熱裂的能力2） 焊縫和HAZ抗冷裂的能力3） 焊接接頭抗脆性轉(zhuǎn)變的能力4） 接頭的使用性能6.2.2 焊接性試驗(yàn)方法的分類（1）模擬類方法特點(diǎn)：節(jié)約材料和工時(shí)，試驗(yàn)周期短；可以將接頭內(nèi)某一區(qū)域局部放大，從而使有些因素孤立出來，便于分析研究和尋求改善焊接性的途徑。和實(shí)際焊接相比有一些差別，因?yàn)楹芏鄺l件是被簡化了的。最常用的有熱一應(yīng)力模擬試驗(yàn)、插銷試驗(yàn)等。（2）實(shí)焊類方法在一

5、定條件下進(jìn)行焊接，通過實(shí)焊來評(píng)價(jià)焊接性。有時(shí)是在生產(chǎn)條件下進(jìn)行焊接，然后檢查焊接接頭是否發(fā)生缺陷，或進(jìn)行力學(xué)性能或其它方面的試驗(yàn)。也有時(shí)是使用一定形狀尺寸的試樣在規(guī)定條件下進(jìn)行焊接，再作各種檢查。常用方法：斜Y坡口對(duì)接裂紋試驗(yàn)、窗口拘束試驗(yàn)、剛性固定對(duì)接裂紋試驗(yàn)以及不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)。（3）理論計(jì)算類方法在大量生產(chǎn)和科學(xué)研究經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上歸納總結(jié)出來的理論計(jì)算方法。它們主要依據(jù)母材或焊縫金屬的化學(xué)成分，加上某些其它條件（如接頭拘束度、焊縫擴(kuò)散氫含量），然后通過一定的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，估計(jì)冷裂、熱裂、再熱裂紋的傾向大小。由于是經(jīng)驗(yàn)公式，這類方法的應(yīng)用更是有條件限制的，且多半是間接，粗略估計(jì)焊接性問題。

6、6.2.3 選擇或制定焊接性試驗(yàn)方法的原則（ 1）針對(duì)性：盡量接近實(shí)際焊接條件。（ 2）可靠性：盡量避免人為因素影響。（ 3）經(jīng)濟(jì)性。卜冷整紋般感指故法一工藝焊接性試監(jiān)一卜熱聚蚊.再熱會(huì)域指看法4楮OCT用法廠間接試鞋法一L使用毋接性試的一焊接物.應(yīng)力植拉M師法岸接性試-L1名理接性試概界按冷裂笈渣船T接班裳統(tǒng)試就一冉摭15蚊試箱 一質(zhì)狀踴秋試七-自排濫的法wmti化學(xué)分S試驗(yàn)依金屬獷敢四試驗(yàn)自相分析試愴舒接HA7修武陵魔試驗(yàn)廠對(duì)接接頭力學(xué)杓般試胎TM接授隊(duì)抗境畸性能域駛T史卅焊接收試驗(yàn)T接接頭抗腐燭性試齡一林接排頭高船看施狀攀金相分析渣險(xiǎn)析因理化試驗(yàn)L斷】u®6.3 常用焊接性試驗(yàn)

7、方法金屬的焊接性評(píng)定方法有兩類：一是通過焊接性試驗(yàn)直接確定接頭HAZ以及焊縫產(chǎn)生裂紋的傾向；一是通過鋼的成分間接評(píng)定它的焊接性。具體現(xiàn)行焊接性試驗(yàn)方法很多，這里只介紹最常用的幾種。6.3.1 斜Y坡口對(duì)接裂紋試驗(yàn)（小鐵研試驗(yàn)）這種方法廣泛用于評(píng)定打底焊縫以及HAZ的冷裂傾向。焊接規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，焊條直徑4mm,I=170A,U=24V,V焊=150mm/min。一般采用三個(gè)平行試樣。熔敷焊縫試驗(yàn)以后，至少放置24小時(shí)，然后進(jìn)行裂紋檢驗(yàn)。首先用放大鏡或磁粉檢查表面裂紋，然后沿焊縫長度方向?qū)⒃囼?yàn)焊縫均勻截取6段，檢查5個(gè)端面的裂紋情況，各類裂紋率的計(jì)算見圖6-6及以下公式。根部裂紋率= 0T 10

8、0%.縱明g藍(lán)產(chǎn)口四 C表面裂紋率=£ 1CF表面裂紋長度總和sc”100%=、：人歸一100%1C試驗(yàn)焊縫長度C斷面裂紋率=3）" 100%100%(4«A試臉焊縫8。拘束焊縫圖6-4斜Y坡口對(duì)接裂紋試驗(yàn)試樣始端HE拘榮焊縫a）手瓠摩試驗(yàn)理睚b）自動(dòng)送進(jìn)焊條電強(qiáng)焊表面 根部77&圖6 5試驗(yàn)焊縫的焊接方式C（任4 （立X圖66裂紋率的計(jì)算由于斜Y坡口對(duì)接裂紋試驗(yàn)接頭拘束度很大，根部尖角又有應(yīng)力集中，所以試驗(yàn)條件苛刻，一般認(rèn)為在這種試驗(yàn)中裂紋率不超過20%,那么在實(shí)際焊接結(jié)構(gòu)中就不會(huì)發(fā)生裂紋。當(dāng)然，試驗(yàn)中如果保持規(guī)范不變而采用不同預(yù)熱溫度進(jìn)行試驗(yàn)，也可以測

9、得能夠防止冷裂紋的臨界預(yù)熱溫度。與斜Y坡口對(duì)接裂紋試驗(yàn)非常相似的是直Y坡口對(duì)接裂紋試驗(yàn)（圖6-7）,兩者的不同處只是坡口形式一個(gè)是斜Y,一個(gè)是直Yo直Y坡口時(shí)，裂紋容易在焊縫根部尖角處起裂，所以適合考核焊縫金屬對(duì)根部裂紋的敏感性。試監(jiān)焊縫圖6-7直Y坡口對(duì)接裂紋試驗(yàn)試樣鐵研試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是不需要專用設(shè)備，在施工現(xiàn)場可以應(yīng)用。缺點(diǎn)是要進(jìn)行大量的解剖檢查。6.3.2 插銷試驗(yàn)插銷試驗(yàn)主要用來考核材料的氫致延遲裂紋敏感性，也可以用來考核再熱裂紋和層狀撕裂等的敏感性。試驗(yàn)時(shí)，在基體板上熔敷焊道，焊道通過插銷中心，并將插銷端部和基體板同時(shí)熔化形成焊縫，這樣試棒緊靠焊縫的區(qū)域就成為了HAZ,如果缺口到試棒端面

10、的距離a合適，那么缺口尖端會(huì)正好落在熔合線附近的粗晶區(qū)。那么，焊后當(dāng)缺口溫度冷卻到150c時(shí)加載，直到試棒斷裂。由于粗晶區(qū)有缺口，存在應(yīng)力集中，所以試棒斷裂一般都是斷在缺口處。缺口溫度降到150c時(shí)加載，直到試棒斷裂，需要一定的時(shí)間。在較大的外加載荷Pi下測得一個(gè)斷裂時(shí)間ti,然后減小外載，P2又對(duì)應(yīng)一個(gè)斷裂時(shí)間t2,然后再減小外載，這樣一直持續(xù)下去，直到試棒能夠保持16小時(shí)也不斷裂（有預(yù)熱的話，要至少24小時(shí)），這時(shí)所加的載荷就是臨界載荷，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力就是臨界應(yīng)力。材料的臨界應(yīng)力小冷裂傾向大。因?yàn)殚_裂條件是：（7<cf,所以越大越好。插銷試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)省材料（試棒?。嵫h(huán)接近實(shí)際焊接

11、熱循環(huán)，而且通過調(diào)整基體板板厚就可以調(diào)整焊接熱循環(huán)方便、靈活、實(shí)用。比如，用被測材料做試棒可以評(píng)價(jià)材料的脆應(yīng)傾向，用全熔敷金屬做試棒可以測定焊縫金屬的冷裂敏感性，對(duì)軋制鋼材可以取與軋制方向呈各個(gè)方向的插銷試棒，研究軋制方向?qū)﹂_裂敏感性的影響，從而評(píng)價(jià)材料對(duì)層狀撕裂的敏感性，等等。插銷試驗(yàn)的缺點(diǎn)是：需要專用設(shè)備，不適合現(xiàn)場用。圖6-8插銷試驗(yàn)1試板；2一支點(diǎn)；3一加壓；4油缸；5插銷試樣；6加載夾頭7加載棒；8應(yīng)變篇；9載荷；10一支柱；11一導(dǎo)線圖6-9插銷試樣形狀、尺寸實(shí)例6.3.3 剛性固定對(duì)接裂紋試驗(yàn)主要用來測定焊縫的熱裂敏感性，也可以測定HAZ的冷裂敏感性，試樣形狀和尺寸見圖6-10。

12、4制自動(dòng)）圖6-10剛性固定對(duì)接裂紋試驗(yàn)這種方法對(duì)焊縫的拘束過于嚴(yán)重，所以即使在在這個(gè)試驗(yàn)中焊縫出現(xiàn)裂紋,實(shí)際生產(chǎn)中也不一定出現(xiàn)，也就是這個(gè)試驗(yàn)得出的結(jié)論比較保守其它的還有FISCO試驗(yàn)和窗口拘束對(duì)接裂紋試驗(yàn)。3比 3 Or圖6-11 FISCO試驗(yàn)6.3.4 HAZ最高硬度試驗(yàn)城口形狀(b)圖6-12窗口拘束試驗(yàn)可以間接判斷母材的脆硬傾向和冷裂敏感性。6.3.5 碳當(dāng)量方法(1)國際焊接協(xié)會(huì)推薦：Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)適用范圍：中、高強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)低合金高強(qiáng)鋼(強(qiáng)度為500900MPa)判據(jù)：當(dāng)Ceq<0.45%,且板厚小于25mm時(shí)，可

13、不預(yù)熱；當(dāng)Ceq<0.41%且C<0.207%時(shí)，板厚小于37mm可不預(yù)熱。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：Ceq<0.4-焊接性良好；Ceq=0.4-0.6-焊接性中等；Ceq>0.6-焊接性較差。(2)由美國焊接學(xué)會(huì)(AWS)推薦的公式Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5+Mo/4+(Cu/13+P/2)(%)適用范圍：C<0.6%;Mn<1.6%;Ni<3.3%;Cr<1.0%;Mo<0.6%;Cu=0.51%,P=0.050.15%,當(dāng)Cu<0.5%或P<0.05%時(shí)，則可以不計(jì)入。6.3.6 冷裂敏感指數(shù)碳當(dāng)量只是反映了鋼

14、材的脆硬傾向，而實(shí)際接頭會(huì)不會(huì)出現(xiàn)冷裂紋，擴(kuò)散氫、拘束度以及熱循環(huán)條件等都有很大影響，所以日本的伊藤慶典提出了冷裂敏感指數(shù)的計(jì)算公式：Pw=Pm+前+Pc=+總+篇npMnSitNiCrMoV,CuRP，m=C+囪+而+而+麗+/+正+而+5B其中，H是擴(kuò)散氫含量(ml/100g),h是板厚(mm),Pw是考慮到拘束度的焊接裂紋敏感指數(shù)(),Pc為焊接裂紋敏感指數(shù)(),Rf為焊縫拉伸拘束度N/(mm2),Pcm為合金元素的冷裂敏感系數(shù)()。按它可以求出需要的預(yù)熱溫度To=1440Pc-392(C)該公式適用的鋼材有一定的化學(xué)成分范圍，對(duì)焊縫的擴(kuò)散氫含量、板厚以及焊接線能量也有規(guī)定，T0又是根據(jù)

15、鐵研試驗(yàn)確定的，所以，這種方法的應(yīng)用范圍很小。適用范圍：C:0.070.22%;Si:00.60%;Mn:0.41.4%;Cu:00.50%;Ni:01.20%;Cr：01.20%;Mo：00.07%;V:00.12%;B:00.005%。此外擴(kuò)散氫1.05.0ml/100g；板厚1950mm；焊接線能量1730kJ/cm。6.4 利用焊接性試驗(yàn)擬定焊接工藝的基本思路6.4.1 焊接工藝焊接工藝是制造焊件所有關(guān)的加工方法和實(shí)施要求。包括：(1)焊前準(zhǔn)備(2)選擇焊接方法(3)選擇焊接材料(4)選擇焊接參數(shù)：例如：焊接電流、電弧電壓、焊接速度等。(5)制定工藝措施：例如：預(yù)熱、焊后緩冷、焊后熱處

16、理、焊后去氫處理等。(6)制定操作要求6.4.2 擬定焊接工藝的基本思路(1)選擇焊接方法依據(jù)：a被焊材料的種類；b焊接產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；c生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。（2）選擇焊接材料依據(jù)：a被焊材料的化學(xué)成分或力學(xué)性能；b產(chǎn)品的工作條件和使用性能要求；c焊件剛性的大小、幾何形狀的復(fù)雜程度；d焊接施工條件；f勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)合理性。（3）選擇焊接參數(shù)利用間接的焊接性試驗(yàn)方法分析材料的焊接性和初步擬定焊接參數(shù)。利用直接的焊接性試驗(yàn)方法對(duì)初步擬定的焊接參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)和調(diào)整。a利用工藝焊接性試驗(yàn)（焊接冷裂紋敏感性試驗(yàn)）確定熱輸入E的下限E=36IU/Vb利用使用焊接性試驗(yàn)（焊接接頭沖擊試驗(yàn)）確定熱輸入E的上限

17、。（4）確定工藝措施當(dāng)按上述方法確定的熱輸入下限高于上限時(shí)，應(yīng)考慮采用預(yù)熱、緩冷、后熱、焊后熱處理等工藝措施。6.4碳鋼的焊接碳鋼又稱為碳素鋼，是鋼材中產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的材料。6.4.1 低碳鋼的焊接（1）焊接性分析低碳鋼因含碳及其他合金元素少，塑性、韌性好，一般無淬硬傾向，不易產(chǎn)生焊接裂紋等缺陷，焊接性能優(yōu)良。焊接低碳鋼，一般不需要采取預(yù)熱和焊后熱處理等特殊工藝措施。手工電弧焊焊接低碳鋼時(shí)可適合全位置焊接，且焊接工藝和操作技術(shù)比較簡單，容易掌握。不需要選用特殊和復(fù)雜的設(shè)備，對(duì)焊接電源無特殊要求，一般交流、直流弧焊機(jī)都可焊接。（2）焊接材料熔化焊時(shí)用的焊接材料可以根據(jù)等強(qiáng)度的原則選用，也就是

18、使焊縫的強(qiáng)度等于或接近于母材的強(qiáng)度。表6.2幾種低碳朝焊接選用焊條播例諭號(hào)押條選用族捍條件一股結(jié)構(gòu)煤接動(dòng)戴薄、復(fù)雜和厚板結(jié)構(gòu)，重聚受壓容器，以及低溫下姆接Q235SA。結(jié)42】，結(jié)422.結(jié)4期.箝424.結(jié)425結(jié)426,結(jié)427（結(jié)506,結(jié)607）一幅不叫熱Q255CA*一般不超蒸Q275CAO皓4區(qū)、精427姑506,5507厚板結(jié)枸朝熱150c以上08結(jié)42九結(jié).結(jié)424、結(jié)425結(jié)426.結(jié)醛74常結(jié)5071一艇不5(鉆25.30結(jié)426.結(jié)427姑507厚板結(jié)構(gòu)瑛熱15。七以上2困尊結(jié)4如、結(jié)423結(jié)4洸.結(jié)4271結(jié)506、軸507)；一般不前熱20R結(jié)42露結(jié)423結(jié)4招靖4

19、27（結(jié)506,結(jié)507）一般不超觸(3)焊接工藝要點(diǎn)如果母材和焊接材料合格，這種鋼焊接時(shí)一般不需要預(yù)熱、保持層間溫度和后熱處理，也能獲得優(yōu)良的焊接接頭。只有在下列情況下才能采取相應(yīng)的措施：1在低溫環(huán)境下焊接厚件時(shí)，應(yīng)預(yù)熱焊件，防止產(chǎn)生冷裂紋；2厚度超過50mm的焊件，應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理以消除應(yīng)力；3電渣焊焊件焊后應(yīng)正火以細(xì)化HAZ晶粒。6.4.2 中碳鋼的焊接中碳鋼主要是在鑄、鍛毛坯的組合件以及補(bǔ)焊工作中應(yīng)用。(1)焊接性l熱影響區(qū)易產(chǎn)生低塑性的淬硬組織，含碳量越高，板厚越大，焊件剛性越大，焊條選用不當(dāng)時(shí)，容易產(chǎn)生冷裂紋。2焊縫金屬易產(chǎn)生熱裂紋。3焊縫區(qū)易產(chǎn)生氣孔。4焊前經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的中碳鋼，焊

20、后在熱影響區(qū)會(huì)出現(xiàn)回火軟化區(qū)，從而影響到焊接接頭的使用性能。(2)焊接材料中碳鋼主要采用手弧焊和氣焊。手弧焊時(shí)最好采用低氫焊條，因?yàn)榈蜌浜笚l擴(kuò)散氫含量少、具有一定的脫硫能力，熔敷金屬塑韌性良好，抗冷裂、熱裂的能力都高。如果允許焊縫與母材不等強(qiáng)，可以采用強(qiáng)度級(jí)別低的焊條。當(dāng)焊件不允許預(yù)熱時(shí)，可以采用奧氏體不銹鋼焊條，因?yàn)樗苄院每梢员苊饬鸭y。(3)焊接工藝要點(diǎn)l焊接坡口盡量開成U形，以減少焊件熔入量。2焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度一般在150-250C。當(dāng)含碳量高、板厚度大或結(jié)構(gòu)剛性大時(shí)，預(yù)熱溫度可提高到250-400C,局部預(yù)熱的加熱范圍為焊縫兩側(cè)50200mm左右。3 采用小電流多層焊，尤其焊接第一層

21、焊縫時(shí)，更應(yīng)采用小電流慢速焊，以減小焊件熔入焊縫金屬的比例（減小熔合比），防止熱裂紋。4 采用堿性焊條。焊前焊條要烘干，烘干溫度350-400，烘干2h。5 選用合理的裝焊順序，改善應(yīng)力分布狀態(tài)；采用錘擊焊縫的方法，以減小焊接殘余應(yīng)力，細(xì)化晶粒。6 焊后緩冷。焊件焊接后放在石棉灰中，或放在爐中緩慢冷卻。7焊后熱處理。對(duì)含碳母高、厚度大和剛性大的焊件，焊后作600650c的回火處理以消除應(yīng)力。6.4.3高碳鋼的焊接（ 1）焊接性分析高碳鋼的含碳量比中碳鋼還高（>0.6），所以更容易產(chǎn)生脆硬的馬氏體組織，脆硬傾向和冷裂敏感性更大，因此焊接結(jié)構(gòu)一般不采用這種鋼，它們的焊接通常只用在焊補(bǔ)修理工作

22、中。（ 2）焊接材料高碳鋼焊接可以采用手弧焊和氣焊。高碳鋼的抗拉強(qiáng)度大多都在675Mpa以上，要求強(qiáng)度高時(shí)，手弧焊一般用J707、J607焊條，要求不高時(shí)，可以用J50&J507，或者選用和以上強(qiáng)度級(jí)別相當(dāng)?shù)牡秃辖痄摵笚l或填充金屬。所有焊接材料都應(yīng)該是低氫型的，以提高焊縫塑韌性和抗裂性能。（ 3）焊接工藝要點(diǎn)高碳鋼要先進(jìn)行退火才能進(jìn)行焊接。采用結(jié)構(gòu)鋼焊條時(shí)，焊前應(yīng)進(jìn)行250-350C以上的預(yù)熱（如果用奧氏體不銹鋼焊條可以不預(yù)熱）。多層焊焊接過程中，還應(yīng)保持與預(yù)熱溫度相同的層間溫度，并在焊后緩冷。通常焊后要進(jìn)行650高溫回火消除應(yīng)力。6.5 合金結(jié)構(gòu)鋼在碳素鋼基礎(chǔ)上加入一定的合金元素來達(dá)

23、到所需要求的鋼種稱為合金結(jié)構(gòu)鋼。碳素鋼中加入合金元素有兩個(gè)目的：一個(gè)是在保證鋼具有一定塑性韌性的基礎(chǔ)上提高鋼的強(qiáng)度；另一個(gè)目的是使鋼具有某些特殊性能，比如耐蝕性、耐低溫、耐高溫等等。由于加入合金元素的目的不同，那么制造出來的合金鋼就有不同的用途，根據(jù)合金鋼的用途，合金鋼分為兩大類：強(qiáng)度用鋼、特殊用鋼。6.5.1 強(qiáng)度用鋼強(qiáng)度用鋼即高強(qiáng)鋼，在焊接結(jié)構(gòu)中它應(yīng)用很廣。根據(jù)屈服強(qiáng)度級(jí)別和熱處理狀態(tài)，一般又分為三類：熱軋鋼和正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼、中碳調(diào)質(zhì)鋼。新發(fā)展：微合金控扎鋼、焊接無裂紋鋼、抗層狀撕裂鋼、大線能量鋼等。6.5.2 特殊用鋼（1）珠光體耐熱鋼這類鋼主要用在最高工作溫度為500-600的高溫

24、設(shè)備上。它是一種以鉻、鉬為基礎(chǔ)的低、中合金鋼，隨著使用溫度的提高，鋼中還往往加有V、W、Nb、B等合金元素。這種鋼使用中可以根據(jù)需要進(jìn)行各種熱處理，焊后一般不用進(jìn)行調(diào)質(zhì)，主要進(jìn)行高溫回火處理。（2）低溫鋼近十幾年來，由于液化石油（045C）和液化天然氣（-162C）的開發(fā)和利用，需要大量的低溫用鋼來制造儲(chǔ)存和運(yùn)輸這些能源的容器。另外，在嚴(yán)寒地區(qū)的工程結(jié)構(gòu)上也需要低溫用鋼。低溫用鋼必須能夠保證在相應(yīng)的低溫下具有足夠的低溫韌性，而對(duì)強(qiáng)度沒有特殊要求。低溫鋼大部分是一些含鎳的低碳低合金鋼，一般在正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用。（3）低合金耐蝕鋼在石化企業(yè)，很多場合存在腐蝕問題，比如海底輸油管線內(nèi)有原油介質(zhì)腐蝕

25、、外有海水腐蝕，輸送天然氣的管線內(nèi)存在嚴(yán)重的硫化氫腐蝕等等，所以在要求設(shè)備具有一定耐蝕性的場合就采用低合金耐蝕鋼。低合金耐蝕鋼的成本遠(yuǎn)低于高合金耐蝕鋼，但耐蝕性要比碳鋼好的多。6.6 熱軋鋼及正火鋼的焊接6.6.1 熱軋和正火鋼的成分和性能（ 1）熱軋鋼強(qiáng)化機(jī)理：固溶強(qiáng)化，屈服強(qiáng)度：294392Mp故，合金系：C-Mn或Mn-Si系，主合金化元素：Mn、Mn-Si，輔合金化元素：V、Nb）,達(dá)到細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化的作用使用狀態(tài)：熱軋狀態(tài)典型鋼種：16Mn組織：細(xì)晶鐵素體+珠光體一般成分范圍：C00.2%,Si<0.55%,Mnc1.5%,在這個(gè)范圍內(nèi)，強(qiáng)度韌性都很好，焊接性也好，但如果C

26、>0.3%，Si>0.6%,Mn>1.6%，焊接性就要大大變差。（ 2）正火鋼它的強(qiáng)化途徑是：固溶強(qiáng)化+彌散相強(qiáng)化，它是在熱軋鋼的基礎(chǔ)上加上V、Ti、Nb通過形成彌散相來進(jìn)一步提高強(qiáng)度，所以它的屈服強(qiáng)度要比熱軋鋼的高。它的特點(diǎn)是便宜，綜合機(jī)械性能好。強(qiáng)化機(jī)理：固溶強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化或細(xì)晶強(qiáng)化，屈服強(qiáng)度：為343490MPa,合金系：C-Mn或Mn-Si（V、Nb、Ti、Mo）系，主合金化元素：Mn、Mn-Si，輔合金化元素：V、Nb、Ti、Mo（碳化物、氮化物元素），熱處理狀態(tài)：正火，使合金元素以細(xì)小的化合物質(zhì)點(diǎn)從固溶體中充分析出，并同時(shí)細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度的同時(shí)改善塑性、韌性、達(dá)到

27、最佳的綜合性能典型鋼種：15MnVN。l正火狀態(tài)下使用鋼除15MnTi外，主要是V、Nb鋼。15MnV、15MnVN。2 正火回火狀態(tài)使用的含Mo鋼18MnMoNb，3 微合金化控軋鋼采用微合金化（加入微量Nb、V、Ti）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)合的效果，同時(shí)從冶煉工藝上采取了降C降S，改變夾雜物形態(tài)，提高鋼的純度等措施，使鋼具有均勻的細(xì)晶粒等軸鐵素體基體。X70除加微量Nb、V、Ti外，還加入Ni、Cr、Cu、Mo。6.6.2 焊接性分析焊接性通常表現(xiàn)為兩方面的問題：一是裂紋問題，一是接頭的脆化問題。6.6.2.1 對(duì)熱裂紋的敏感性（ 1）含碳量都較低而含錳量都較高，所以它們

28、的Mn/S比都能達(dá)到防止發(fā)生熱裂紋的要求，具有較好的抗熱裂性能。（ 2）但當(dāng)材料成分不合格，或因嚴(yán)重偏析使局部碳、硫含量偏高時(shí)Mn/S比就可能低于要求而出現(xiàn)熱裂紋。6.6.2.2 對(duì)冷裂紋的敏感性從材料本身看，淬硬組織是引起冷裂紋的決定因素。焊接時(shí)是否形成對(duì)氫致裂紋敏感的組織是評(píng)定材料焊接性的一個(gè)重要指標(biāo)。不同成分鋼材的冷裂紋敏感性，可以通過反映鋼材焊接熱影響區(qū)淬硬傾向的模擬焊接熱影響區(qū)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（SHCCT）曲線來進(jìn)行分析比較。熱軋鋼：碳當(dāng)量都比較低，除環(huán)境溫度很低或鋼板厚度很大，一般情況下其裂紋傾向都不大。正火鋼：碳當(dāng)量不超過0.5時(shí)，淬硬傾向比熱軋鋼大，但不算嚴(yán)重，焊接性尚可，但對(duì)于厚

29、板往往需要進(jìn)行預(yù)熱。當(dāng)碳當(dāng)量大于0.5時(shí)鋼的淬硬傾向和冷裂傾向逐漸增加。防止措施：嚴(yán)格控制線能量、預(yù)熱和焊后熱處理等。6.6.2.3 再熱裂紋（1） C-Mn和Mn-Si系熱軋鋼對(duì)再熱裂紋不敏感，例如16M”（2）正火鋼中有一些含有強(qiáng)碳化物形成元素，但實(shí)踐證明它對(duì)再熱裂紋不敏感，例如15MnVN；（3）正火+回火鋼,如18MnMoNb14MnMo則有輕微的冉熱裂紋敏感性，可提高預(yù)熱溫度和焊后立即后熱來防止再熱裂紋的產(chǎn)生。6.6.2.4 層狀撕裂層狀撕裂的產(chǎn)生不受鋼種和強(qiáng)度的限制，它主要發(fā)生于厚板結(jié)構(gòu)中（在熱影響區(qū)或遠(yuǎn)離熱影響區(qū)的母材中）。在低碳鋼、熱軋、正火鋼中都可能發(fā)生層狀撕裂。一般板厚小于

30、16mm寸就不容易發(fā)生層狀撕裂。一般認(rèn)為Z向收縮率20%,鋼材就可以避免層狀撕裂。合理選用層狀撕裂敏感性較低的鋼材（如Z向鋼），改善接頭形式以及降低鋼板Z向所承受應(yīng)力應(yīng)變，在滿足產(chǎn)品使用要求前提下選用強(qiáng)度級(jí)別較低的焊接材料或預(yù)堆低強(qiáng)焊縫，采用預(yù)熱及降氫等措施，都有利于防止層狀撕裂。6.6.3 焊接接頭的脆化焊接熱軋鋼和正火鋼時(shí)，存在過熱區(qū)脆化問題，此外，在一些合金元素含量低的鋼中，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)熱應(yīng)變脆化問題。（1）過熱區(qū)的脆化奧氏體嚴(yán)重長大-魏氏體、粗大馬氏體、混合組織、M-A組元，難熔質(zhì)點(diǎn)的溶入。熱軋鋼焊接線能量過大：導(dǎo)致冷速過慢，過熱區(qū)將因晶粒長大或出現(xiàn)魏氏組織等而使韌性降低；焊接線能量過

31、?。河捎谶^熱區(qū)組織中馬氏體比例增大而使韌性降低，這在含碳量偏高時(shí)較明顯。正火鋼對(duì)含V、Nb的正火鋼焊接時(shí)線能量過大：會(huì)導(dǎo)致過熱區(qū)沉淀相固溶，這時(shí)V、Nb的碳、氮化合物細(xì)化晶粒、抑制奧氏體長大的作用大大削弱，過熱區(qū)奧氏體晶粒顯著長大，冷卻過程中可能產(chǎn)生一系列不利的組織轉(zhuǎn)變，如魏氏體、粗大的馬氏體、塑性很低的混合組織（鐵素體、高碳馬氏體和貝氏體）和M-A組元，再加上過熱區(qū)金屬碳、氮固溶量的增加，導(dǎo)致過熱區(qū)韌性降低和時(shí)效敏感性增加。含鈦正火鋼（Ti含量約O.22）線能量過大時(shí)：過熱區(qū)的TiN、TiC都向奧氏體內(nèi)溶入。由于鈦的擴(kuò)散能力低，在隨后的冷卻過程中，即使大線能量條件下也來不及析出而停留在鐵素體

32、中，顯著提高了鐵素體的顯微硬度，降低了材料的沖擊韌性。預(yù)防措施：采用小線能量，抑制TiN、TiC向奧氏體內(nèi)溶入，即便生成馬氏體，也由于一部分TiC來不及溶入奧氏體而得到韌性較好的低碳馬氏體。（2）熱應(yīng)變脆化產(chǎn)生區(qū)域：焊接過程中，在熱和應(yīng)變同時(shí)作用，熔合區(qū)及200-400區(qū)發(fā)生脆化。產(chǎn)生原因：一般認(rèn)為這種脆化是由于碳、氮原子聚集在位錯(cuò)周圍，對(duì)位錯(cuò)造成釘扎作用所造成的。發(fā)生材質(zhì)：固溶氮含量較高的低碳鋼和強(qiáng)度級(jí)別不高的低合金鋼中。如造船中常用的16Mn16MnC熱軋鋼）就具有一定的熱應(yīng)變脆化傾向。鋼中如果加入足夠量的氮化物形成元素（如A1、Ti、V等）脆化傾向就顯著減弱。消除措施：焊后消除應(yīng)力退火6

33、.6.4 焊接工藝特點(diǎn)熱軋鋼和正火鋼進(jìn)行焊接時(shí)，對(duì)焊接方法沒有特殊要求，只對(duì)焊接材料的選擇和工藝參數(shù)的確定進(jìn)行討論。6.6.4.1 焊接材料的選擇選擇焊接材料的目的是使焊縫無缺陷和滿足焊接接頭的使用性能。（ 1）選擇相應(yīng)強(qiáng)度級(jí)別的焊接材料（ 2）考慮熔合比和冷卻速度的影響（ 3）必須考慮焊后熱處理對(duì)焊縫力學(xué)性能的影響（ 4）滿足焊縫對(duì)特殊性能的要求6.6.4.2 焊接工藝參數(shù)的確定（1） E焊接線能量的確定主要決定于過熱區(qū)的脆化和冷裂兩個(gè)因素。各類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。（ 2）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

34、以下多種因素有關(guān)：材料的成分冷卻速度結(jié)構(gòu)的拘束度含氫量焊后熱處理（ 3）焊后熱處理熱扎正火鋼一般焊后不需要熱處理，但對(duì)于抗應(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，焊后需要消除應(yīng)力的高溫回火。原則：不要超過母材原來的回火溫度，以免影響母材本身的性能；回火避開脆性溫度區(qū)間。6.7 低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接6.7.1 低碳調(diào)質(zhì)鋼碳含量：在0.09-0.23%，大部分0.16-0.18%強(qiáng)化機(jī)理：相變強(qiáng)化（調(diào)質(zhì)處理屈服強(qiáng)度：為490MPa1000MPa合金系：低C、Mn-Ni-Cr-Mo系主合金化元素：Mn、Ni、Cr、Mo輔合金化元素：V、Nb、Ti、B、Cu，熱處理狀態(tài)：淬火回火，低碳馬氏

35、體或下貝氏體，綜合機(jī)械性能好。典型鋼種：14MnMoVN、HT60HT80、HY80HY130。6.7.2 焊接性分析低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)，主要存在過熱區(qū)脆化問題。和正火鋼不同的地方是，低碳鋼調(diào)質(zhì)鋼除了過熱區(qū)脆化還存在HAZ軟化問題。6.7.2.1 熱裂紋低碳調(diào)質(zhì)鋼中S、P雜質(zhì)控制嚴(yán)，含C量低，而含鈕量和Mn/Si比較高，所以熱裂傾向很小。對(duì)一些高Ni低Mn型低合金高強(qiáng)調(diào)質(zhì)鋼（HY80,焊縫中的含Mn量可通過焊接材料加以調(diào)整，焊接熱裂紋不會(huì)產(chǎn)生。6.7.2.2 熱影響區(qū)的液化裂紋液化裂紋主要發(fā)生在高Ni低Mn的低合金高強(qiáng)鋼中。這是因?yàn)楹琈n量低，對(duì)脫S不利，焊縫金屬中的S和Ni、Fe形成低熔點(diǎn)共晶

36、，低熔點(diǎn)共晶處于晶界上而產(chǎn)生液化裂紋。液化裂紋產(chǎn)生傾向與含C量及Mn/S比有關(guān)，含C量越高，要求Mn/S也較高。因此，避免液化裂紋的關(guān)鍵在于控制C和S含量，保證高數(shù)值的W（Mn）W（S）。此外，焊接線能量越大，金屬晶粒長得越大，晶界熔化得越嚴(yán)重，液態(tài)晶間層存在的時(shí)間越長，液化裂紋產(chǎn)生的傾向越大。6.7.2.3 冷裂紋低碳調(diào)質(zhì)鋼是通過加入提高淬透性的合金元素，保證獲得強(qiáng)度高、塑性和韌性好的低碳馬氏體和部分下貝氏體。由于淬透性增加，使得CCT®線大大右移，除非冷卻速度很緩慢，高溫轉(zhuǎn)變一般不會(huì)發(fā)生。但是，這類鋼馬氏體含碳量很低，馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度Ms較高，在該溫度下以較慢的速度冷卻，形成的

37、馬氏體還能來得及進(jìn)行一次“自回火”處理，所以實(shí)際上冷裂傾向并不大。若馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)冷卻速度較快，得不到“自回火”效果，冷裂傾向就會(huì)增大。只要焊接工藝合適，也不會(huì)產(chǎn)生冷裂紋6.7.2.4 再熱裂紋從合金系統(tǒng)來說，為加強(qiáng)其淬透性和提高抗回火性能，加入的合金元素Cr、MoV、Ti、Nb>B等，大多數(shù)都能引起再熱裂紋。其中V的影響最大，Mo的影響次之。一般認(rèn)為，Mo-V鋼、Cr-Mo-V鋼對(duì)再熱裂紋較敏感；Cr-Mo鋼、Mo-B鋼有一定的冉熱裂紋傾向，焊接時(shí)都應(yīng)該注意再熱裂紋問題。6.7.2.5 層狀撕裂低碳調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)控制較嚴(yán)，其雜質(zhì)含量低，純凈度高，層狀撕裂的敏感性低，到目前尚來見這方面報(bào)導(dǎo)。

38、6.7.2.6 過熱區(qū)脆化調(diào)質(zhì)鋼過熱區(qū)脆化的原因和熱軋鋼、正火鋼的不同。熱軋鋼和調(diào)質(zhì)鋼的主要和焊接線能量E有關(guān)，而調(diào)質(zhì)鋼的和冷卻時(shí)間t8/5有關(guān)。低碳調(diào)質(zhì)鋼的合金化是通過合金元素的作用提高其淬透性，保證獲得高強(qiáng)度、高塑性和韌性的低碳馬氏體和下貝氏體。凡是不利形成低碳馬氏體+下貝氏的原因都會(huì)引起組織塑性和韌性下降脆化，如由于過熱造成奧氏體晶粒粗化引起的脆化；形成上貝氏體引起的脆化；由于合金化程度增加提高了奧氏體的穩(wěn)定性，在貝氏體中的鐵素體之間形成M-A組元引起的脆化等。每種調(diào)質(zhì)鋼都有一個(gè)最佳冷卻時(shí)間t8/5,這時(shí)粗晶區(qū)的組織為“低碳馬氏體+10-30%下貝氏體”，韌性最好，見圖6-17。t8/5

39、小（冷速快），韌性下降是由于得到了全部馬氏體；t8/5大（冷速慢），韌性下降原因有兩個(gè)，一是奧氏體晶粒粗化，二是出現(xiàn)了上貝氏體和M-A組元，而上貝氏體和M-A組元是導(dǎo)致脆化的主要原因。1001M*馬氏體L下貝氏體一u上熨氏體木一R鐵素體+珠光體/ 坐卷”£M+L 屢 Jm+LL* M+L. -LL-MX±-_I1 L 1 L 1L-L一呻-7+Eu YU 女/*uo HT5Q HT60 HT馳OHTIOO(A)等HT100 i_-1圖 6-17050 K0C50。 1000幾種高強(qiáng)鋼的模擬熱影響區(qū)脆性轉(zhuǎn)變溫度與 之間的關(guān)系6.7.2.7 HAZ軟化焊后在HAZ某一部位的強(qiáng)度

40、低于焊前的原始狀態(tài)，它是調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)普遍存在的一個(gè)問題，發(fā)生在HAZ受熱時(shí)沒有完全奧氏體化的區(qū)域以及受熱時(shí)最高溫度低于AC1而高于鋼調(diào)質(zhì)處理時(shí)回火溫度的那個(gè)區(qū)域。HAZ軟化的情況和母材的強(qiáng)度、母材的熱處理狀態(tài)、選用的焊接方法、采用的焊接工藝有關(guān)。母材的強(qiáng)度越高，軟化越顯著；母材調(diào)質(zhì)處理的回火溫度越低，軟化區(qū)越寬；焊接熱源越不集中，軟化區(qū)越寬，比如氣焊的就寬；焊接E越大、預(yù)熱溫度過高，都會(huì)使軟化程度加重。6.7.3 焊接工藝特點(diǎn)為了保證焊接接頭的性能，制定低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接工藝的主要依據(jù)：一是要求在馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)冷速不能太快，以免產(chǎn)生冷裂；二是要求在800c500c之間的冷卻速度大于產(chǎn)生脆性混合組織的

41、臨界溫度。至于熱影響區(qū)的軟化問題，在采用小線能量的焊接后就可基本解決。針對(duì)上面兩個(gè)基本要求，可以采取下列措施防止冷裂和過熱區(qū)脆化：采用熱源集中的焊接方法焊接材料原則上按等強(qiáng)度原則，但結(jié)構(gòu)剛度大時(shí)用低匹配原則，以保證塑韌性。焊接線能量Ec的上限應(yīng)避免產(chǎn)生冷裂紋，下限要避免使HAZ現(xiàn)脆性混合組織。預(yù)熱焊后熱處理6.8 中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接6.8.1 成分和一般性能中碳調(diào)質(zhì)鋼的含碳量比較高（一般0.25-0.45%），而且加入了多種合金元素（Cr、Ni、Mn、Mo、Si等）來保證淬透性和提高抗回火性。中碳調(diào)質(zhì)鋼的（TS高達(dá)880-1176N/mm2,它的硬度也高，適合作火箭外殼和裝甲鋼。由于淬透性很大，

42、所以焊接性比較差，焊接工藝復(fù)雜，焊后必須通過調(diào)質(zhì)處理才能保證接頭的性能。6.8.2 焊接性分析（1）熱裂傾向CT-S、P偏析T-熱裂傾向TC多，合金多TB（液固相區(qū)間）T-熱裂T（2）冷裂敏感性CT-淬硬傾向T-HAZ容易形成大量硬脆高碳馬氏體-冷裂TCeq大淬硬傾向大冷裂敏感焊接時(shí)，T0+Tp（焊后及時(shí)進(jìn)行回火處理）（3）HAZ性能過熱區(qū)脆化中碳調(diào)質(zhì)鋼的過熱區(qū)會(huì)形成大量脆硬的高碳馬氏體，所以過熱區(qū)會(huì)嚴(yán)重脆化。冷卻速度越大，生成的高碳馬氏體越多，脆化也就越嚴(yán)重。HA球化這類鋼在退火狀態(tài)下進(jìn)行焊接時(shí)，HAZ不存在軟化問題；若調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接時(shí)，HAZ內(nèi)將出現(xiàn)軟化區(qū)，若焊后不再調(diào)質(zhì)處理，該軟化區(qū)可能

43、成為接頭的薄弱區(qū)。6.8.3焊接工藝特點(diǎn)指導(dǎo)思想是：防止裂紋、過熱區(qū)脆化和HA球化。具體焊接工藝可以分兩種情況進(jìn)行考慮：（1）鋼在退火態(tài)下焊接，焊后通過調(diào)質(zhì)獲得所要求的性能這種工藝比較合理，焊接時(shí)只要考慮不出現(xiàn)裂紋就可以。焊接方法沒有要求焊接材料主要合金組成應(yīng)該和母材的盡量接近。工藝參數(shù)選擇（2）鋼在調(diào)質(zhì)態(tài)下焊接除裂紋外,還需要解決過熱區(qū)脆化和HAZ軟化問題。焊接方法焊接材料焊接線能量預(yù)熱、焊后及時(shí)回火處理焊接操作6.9珠光體耐熱鋼的焊接6.9.1 鉻-鉬耐熱鋼的焊接特點(diǎn)珠光體耐熱鋼的焊接性和低碳調(diào)質(zhì)鋼的很相似，主要問題是HAZ的硬化、冷裂紋、軟化以及焊后熱處理或長期高溫下使用中的再熱裂紋傾向

44、。（1）焊接接頭產(chǎn)生冷裂紋珠光體耐熱鋼焊接過程中最常見的焊接缺陷之一就是在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)產(chǎn)生冷裂紋，在實(shí)際生產(chǎn)中，為了防止冷裂紋的出現(xiàn)，一般都采用焊前預(yù)熱、控制層間溫度、焊后去氫處理、改善組織狀態(tài)以及減小和消除應(yīng)力等處理方法。（2）焊縫中產(chǎn)生熱裂紋在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用的珠光體耐熱鋼，很少在熱影響區(qū)產(chǎn)生熱裂紋，而多數(shù)在焊縫中產(chǎn)生，特別是弧坑處。（3）熱影響區(qū)的再熱裂紋這類鋼中加入少量的合金元素Cr、MoV、Ti、Nb等，它們都是強(qiáng)烈碳化物形成元素，會(huì)增加鋼的再熱裂紋敏感性。再熱裂紋的產(chǎn)生部位一般都在工件較厚的地方。（4）回火脆化現(xiàn)象Cr-Mn鋼產(chǎn)生回火脆化的主要原因是由于在回火脆化溫度范圍內(nèi)長期加

45、熱后，雜質(zhì)元素P、As、Sn和Sb等在晶界上偏析而引起的晶界脆化現(xiàn)象，此外與促進(jìn)回火脆化元素Mn和Si也有一定關(guān)系。因此，對(duì)基休金屬來說，嚴(yán)格控制有害雜質(zhì)元素的含量，同時(shí)降低Mn和Si含量是解決脆化的有效措施。對(duì)于焊縫金屬，國內(nèi)外一致認(rèn)為必須嚴(yán)格控制P和硅的含量。6.9.2 焊接工藝特點(diǎn)（ 1）焊接方法（ 2）焊接材料的選擇要求等成分，力求焊縫金屬成分和機(jī)械性能與母材相匹配手弧焊時(shí)通常采用堿性低氫焊條在結(jié)構(gòu)剛度大（比如焊補(bǔ)缺陷）而且焊后不能進(jìn)行熱處理時(shí)，也可采用成分不同的奧氏體焊條。（ 3）正確選用預(yù)熱和焊后回火溫度（ 4）從焊接工藝和操作上盡量降低焊接殘余應(yīng)力6.10 低溫鋼的焊接低溫用鋼主

46、要是為了適應(yīng)石油化工的需要而發(fā)展起來的一種專用鋼。主要用于低溫下工作的結(jié)構(gòu)，如貯存和運(yùn)輸液化石油和液化天然氣的容器和管道，在嚴(yán)寒地區(qū)工作的一些工程結(jié)構(gòu)等。在國外：-10C-196C為低溫，-196C-273C為超低溫；在國內(nèi)：-40C-196C為低溫，-196C-273C為超低溫6.10.1 低溫鋼的性能要求和合金系列性能要求：低溫下鋼材塑韌性要好屈強(qiáng)比接近（Ts/（Tb1）合金系列：無鎳系-中國，以錳代鎳，國內(nèi)鎳缺乏，而錳很豐富含鎳系-國外（特別是前蘇聯(lián)，鎳資源豐富）成分特點(diǎn)（無鎳系低溫鋼）：含碳量很少（00.12%）含少量Mn、Ti、Nb、NMn-代Ni（控制S的有害影響，降低熱裂傾向）T

47、i、Nb、N-形成彌散相，細(xì)化晶粒嚴(yán)格控制S、P、O加有少量Re（一般是錮和鈾）6.10.2 焊接特點(diǎn)低溫用鋼由于含碳量低，其淬硬傾向和冷裂傾向小，所以具有較好的焊接性。主要問題是焊接接頭的低溫脆化：焊縫脆化出現(xiàn)粗大柱狀組織，HAZ脆化晶粒長大。6.10.3 焊接工藝特點(diǎn)關(guān)鍵是保證焊縫和粗晶區(qū)的低溫韌性，防止接頭脆化：（1）焊接材料的選擇焊接低溫鋼時(shí)，焊縫的韌性除與線能量有關(guān)外，最根本的是取決于焊縫成分的選擇。與母材同質(zhì)的焊縫金屬，由于是粗大的鑄造狀組織，因此性能低于同成分的正火態(tài)的母材，故焊縫成分不能與母材一樣。應(yīng)針對(duì)不同類型低溫鋼選擇不同的焊接材料。（2）焊接工藝E要小、采用多層焊）采用表

48、面退火焊縫焊接低溫用鋼產(chǎn)品，應(yīng)注意避免形成弧坑、未焊透及焊縫成形不良等焊接缺陷，并應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)缺陷焊后消除應(yīng)力處理6.11 低合金耐蝕鋼的焊接低合金耐蝕鋼主要分兩類：含Al耐蝕鋼：主要用于石油化工中耐硫和硫化物腐蝕，故稱為耐石油腐蝕鋼含Cu、P耐蝕鋼：抗大氣、海水腐蝕用鋼這兩類鋼的屈服強(qiáng)度均為294392N/mm2:,組織上都屬于F-P鋼，一般在熱軋或正火狀態(tài)供貨使用。6.11.1 含Al低合金耐蝕鋼的焊接（1）適用環(huán)境石化工業(yè)要求抗硫和硫化氫腐蝕的環(huán)境。在這種腐蝕環(huán)境中，國外多用鉻-鉬耐蝕鋼。在我們國家，缺鉻少鎳，所以結(jié)合自己的資源優(yōu)勢(shì)，研制了一系列含鋁耐蝕鋼。國內(nèi)多用含鋁耐蝕鋼，含鋁耐蝕鋼抗

49、硫化物腐蝕能力比鉻鉬鋼的還要好。（2）成分特點(diǎn)Al（主要元素）+Cr、Mo、W、V、Ti、Nb中的一種或幾種Al它是含鋁耐蝕鋼最主要的抗蝕元素。鋼中的Al能形成堅(jiān)固的表面氧化膜，保護(hù)金屬不再繼續(xù)氧化和受腐蝕。根據(jù)含Al量的多少和耐蝕性含鋁耐蝕鋼可分為三類：第一類的含Al量不超過0.5，如09AlVTiCu可用于制造油罐，其抗石油腐蝕性能比碳鋼好。第二類的含Al量為1左右，如12AIMoV等鋼的抗蝕性能比第一類好。第三類的含Al量一般為23%,同時(shí)還含有增強(qiáng)熱強(qiáng)性的合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、Nb中的一種或兩種，主要是為了適應(yīng)石油煉制加工中的高溫高壓下的抗硫及硫化物腐蝕性能的要求。如15A

50、13MoWTi鍋爐管的耐蝕性和抗氧化性都達(dá)到了Cr5Mo鋼管水平。Cr、Mo、W、V、Ti、Nb可以形成穩(wěn)定的碳化物，并細(xì)化晶粒，可以提高鋼的熱強(qiáng)性。（3）焊接特點(diǎn)焊接含Al低合金耐蝕鋼時(shí)，淬硬傾向很小，焊前不需預(yù)熱，焊后也不需熱處理，主要應(yīng)考慮焊縫金屬的合金化和近縫區(qū)的“鐵素體帶”脆化兩個(gè)問題。焊縫金屬的合金化特殊鋼要求焊縫與母材等成分，所以焊縫中也應(yīng)該含有鋁。但是鋁和氧的親和力很大，不容易過渡，很難得到含Al的焊縫金屬。近縫區(qū)“鐵素體帶”脆化由于焊縫與母材的成分有很大的差別，焊后在熔合線靠近母材一側(cè)可產(chǎn)生1-2個(gè)晶粒寬的粗大晶粒的“鐵素體帶”，在光鏡下呈白色，所以俗稱“白帶”。白帶區(qū)的晶粒

51、十分粗大，同時(shí)鐵素體晶粒內(nèi)和晶界上還分布有細(xì)小的脆性相，使熔合區(qū)附近的塑性、韌性很低，室溫下具有較高的缺口敏感性。而且鐵素體帶一旦形成，焊后退火也不能消除，甚至還會(huì)加寬，所以“鐵素體帶”是整個(gè)焊接接頭中的最薄弱環(huán)節(jié)，是焊接焊接含鋁鋼需要解決的主要問題。影響形成白帶層的因素有以下幾點(diǎn)：a. 母材含鋁量b. 焊縫中碳化物形成元素的量c. 晶體結(jié)構(gòu)的影響6.11.2 含CuP低合金耐蝕鋼的焊接（1）適用環(huán)境抗大氣、海水腐蝕（2）焊接特點(diǎn)不含P的普通含Cu低合金鋼，P是雜質(zhì)元素，在含Cu量不超過0.5，并嚴(yán)格限制P含量時(shí)，含碳量高達(dá)0.2仍具有較好的焊接性。對(duì)于含P低合金耐蝕鋼，就存在焊接問題，主要是

52、焊縫和熔合線附近的裂紋傾向大。因?yàn)镻易偏析，促使形成結(jié)晶裂紋；P可使近縫區(qū)的硬度增加，增大冷裂紋的敏感性，同時(shí)降低接頭的塑性和韌性。這種裂紋傾向在含碳量高時(shí)更為嚴(yán)重，因?yàn)镃促使P的偏析。為此，焊接時(shí)必須采取下列措施：嚴(yán)格控制含碳量，一般C<0.12%,并要求C+PV0.25%。采用小線能量焊接，合理設(shè)計(jì)接頭形式，并盡量避免在大拘束度條件下進(jìn)行焊接，從而降低焊接應(yīng)力。加入一些細(xì)化晶粒的合金元素，使偏析層減薄。焊縫金屬可以用P來合金化（如J507CuP），也可以用Ni-Cr-Cu或Ni-Cu來合金化（如J507CrNi）。6.12 不銹鋼和耐熱鋼不銹鋼和耐熱鋼按照空冷后的室溫組織可分為：馬氏

53、體鋼、鐵素體鋼和奧氏體鋼。在這些鋼中，奧氏體鋼相對(duì)應(yīng)用得最廣。6.13 奧氏體鋼的焊接奧氏體鋼由高溫冷卻下來時(shí)不發(fā)生任何組織變化，直到室溫或更低的溫度下仍保持奧氏體組織。顯微組織：奧氏體一般屬于耐蝕鋼成分：高銘不銹鋼+適量的Ni825%典型鋼種：18-8鋼0Cr18Ni91Cr18Ni9Ti25-20鋼2Cr25Ni20Si24Cr25Ni2025-35鋼0Cr21Ni324Cr25Ni354Cr25Ni35Nb6.13.1 焊接性分析奧氏體鋼焊接的主要問題是：接頭的耐蝕性、接頭的熱裂紋、有時(shí)也出現(xiàn)接頭的熱強(qiáng)性和再熱裂紋問題等，其中主要是腐蝕和熱裂問題。6.13.2 接頭的耐蝕性奧氏體不銹鋼接

54、頭在腐蝕介質(zhì)中的腐蝕形式除整體均勻腐蝕外，還有晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂、點(diǎn)蝕等，它們都是局部腐蝕，比均勻腐蝕的危害大的多，尤其是晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂。6.13.2.1 晶間腐蝕18-8奧氏體不銹鋼在使用溫度處于450850c或再次加熱到450850c之間并停留一段時(shí)間，就會(huì)發(fā)生晶間腐蝕，這種熱處理稱為“敏化處理”，而在450850的溫度范圍稱敏化溫度區(qū)。（1）不銹鋼的晶間腐蝕現(xiàn)象和產(chǎn)生機(jī)理對(duì)于18-8鋼，一般認(rèn)為是由于碳化鉻在晶界沉淀造成晶界貧鉻引起的。鉻是決定不銹鋼耐蝕性的決定元素，但是含量只有超過12%才能使鋼處于耐腐蝕的鈍態(tài)。由于18-8鋼固溶處理態(tài)下，奧氏體一定是碳過飽和，所以呈不穩(wěn)定狀態(tài)。如果固溶態(tài)的不銹鋼在450-850P使用或加熱時(shí)，超過溶解度的C向晶界擴(kuò)散，并與銘形成銘的碳化物C23C6在晶界沉淀，由于銘在奧氏體中擴(kuò)散速度慢，晶粒內(nèi)部的銘不能及時(shí)補(bǔ)充到晶界，就造成品界貧銘。當(dāng)貧化區(qū)的銘降至鈍化所需的極限含量12%以下時(shí)，電極電位急劇下降。這樣在腐蝕介質(zhì)中，晶界和晶內(nèi)產(chǎn)生電極電位差形成電化學(xué)腐蝕，貧化區(qū)的品界成為陽極，在腐蝕介質(zhì)的作用下產(chǎn)生品界腐蝕。（2）影響因素溫度、時(shí)間化學(xué)成分相結(jié)構(gòu)的影響（3）焊接接頭