哈尔滨工程大学材料部分复习提纲

材料部分复习提纲材料及材料焊接行为在基础课程和主课程中都涉及到，此部分需要掌握金属材料的基本知识和焊接冶金基本知识，更需要掌握常用的金属材料性能及其焊接性。

基本知识内容包括：铁碳相图及相关知识、焊接裂纹及焊接性、材料及接头热处理、金属材料特性及其试验方法。

具体金属材料要从以下几个方面了解这种材料：标准、标记方法、典型钢种、化学成分、机械性能、材料特性、焊接性、焊接材料的选择、焊接工艺要点。

本部分涉及到的标准有：材料的分类和标记体系、每种材料的标准和标记方法、焊接填充材料的标准和标记。

2、钢的工业生产——高炉炼铁过程还原过程，焦碳既作为燃料又作为还原剂，成品为生铁。

——炼钢过程基本氧化过程，向熔池中吹入氧气，由生铁炼成钢要求去除不期望存在的铁的伴生杂质，如碳、硅、锰、磷和硫。

炼钢在1700℃进行，首先进行Fe+O2=FeO在铁液中被还原 C+FeO=CO+Fe Si+FeO=Fe+SiO2 Mn+FeO=MnO+Fe精炼方法：酸性转炉炼钢法、平炉炼钢法、电炉炼钢法——钢的浇注浇注的钢水中仍含有大量氧的成份。

应进行脱氧，这一过程为还原。

沸腾钢：仅用锰铁脱氧不完全，FeO+C=Fe+CO（沸腾），偏析严重镇静钢（在钢水中添加约0.15%的硅和少量的锰和铝）特别镇静钢（在钢水中添加约0.2%的硅，约0.02%的铝和少量的锰）钢中的伴生元素Mn Si P O H N S的作用P1、偏析较强；2、降低了可焊性；3、强度提高，变形能力下降；4、增强了易老化性；5、改善了软钢的可加工性；6、提高了耐蚀性（耐候钢）S1 偏析较强；2、降低了可焊性；3 产生热裂纹N可提高钢的强度，降低了钢的变形能力，可焊性变差，时效导致钢的老化MnSi是有益的，融入铁素体起固溶强化作用，Mn+S=MNS,降低硫。

3、钢的分类，EN10020标准，——按合金元素的含量分类碳钢（非合金钢）低合金钢∑合金元素含量<5% 例如13CrMo4-5高合金钢∑合金元素含量≥5% 例如X6CrNi16-13——按使用要求分类普通钢优质钢特殊优质钢4、钢的标记体系，EN10027EN10027-2 材料的数字标记×××××××①②③④⑤①－材料分组： 0=纯铁 1=钢 2=重金属如Cu、Ni 3=轻金属如Al②－分类组别见表2③－不同品种的数字编号④⑤－钢种的数量有要求时的标记数字例：1． 01 16按EN 10025-2对S235 J2钢的数字编号01=一般结构钢R m<500N/mm2材料类别号：1=钢材分类号按*主要符号标记:①G－铸钢如GS-35，GG-灰口铸铁②根据钢的使用及其机械性能和物理性能的主要符号：S－普通结构用钢 P－压力容器用钢L－管道用钢 E－机器制造用钢B－钢筋用钢 Y－应力钢R－钢轨用钢 H－高强度拉伸性能的冷轨钢板例如：EN10025-2 S235J2③按化学成分含量标记:i）碳素钢和锰<1%的碳锰钢（不含易切削钢），标记为：CXX。

例如：C25，C45ii）锰>1%的碳锰非合金钢、非合金钢的易切削钢、合金元素<5%的合金钢（不含高速钢），用数字+化学元素符号+数字来标记。

例如：13CrMo4-513---C=0.13% Cr---Cr=1% Mo---Mo=0.5%用 X+数字+化学元素+数字来标记，例如：X5CrNi18-10X---高合金钢 Cr---Cr=18% Ni---Ni=10%按欧洲标准材料标记示例机械性能一致的钢的标记、按欧洲EN标准非合金结构钢对S、E、P、L、B钢的标记5、碳钢碳锰钢——应用广泛应用于民用建筑、地下工程、桥梁工程、水利工程、车辆制造和机器制造。

——标准欧洲标准EN 10025-2——标记－标准号（EN 10025-2）；－标记S（结构钢）或者E（机器制造用钢）；－厚度≤16mm的最低屈服强度的标识，用M Pa表示－如果适用，关于冲击功数值的等级标记；－如果适用，表示特殊要求的附加标记C－标明“＋N或者＋AR”示例：一种适于冷弯边（C）的结构钢（S）,其在室温条件下的最低屈服强度为355Mpa1)，在0℃（J0）条件下的最低冲击功数值为27J，供货状态为正火轧制（或者轧制状态）钢材EN 10025-2-S355J0C＋N（或者＋AR）供货状态：热轧正火调质热轧 Wc=0.45% 在热轧状态下为粗大的珠光体+铁素体，正火均匀细小的珠光体+铁素体，调质马氏体索氏体拖氏体分类：Wc小于0.25%低碳钢 0.25%-0.6% 中大于0.6%高碳质量等级分类：普通质量优质特殊质量碳素钢（按照SP含量，韧性分）非合金结构钢的焊接性：对于钢-JR -J0 –J2 –K2,根据所有的焊接工艺，适合焊接。

从质量组JR到K2的焊接性都有所提高。

对于钢种S235JR来说，镇静钢好于非镇静钢。

随着产品厚度和强度等级的增加，会产生冷裂纹，接头处冷裂纹由下列因素引起：焊缝金属中扩散氢的总量热影响区中的脆性组织焊接接头中明显的集中拉应力——化学成分——机械性能——可焊性*碳当量CEV:CEV = C ＋Mn＋Cr＋Mo＋V＋Ni＋Cu 6 5 15非合金结构钢的焊接：普通结构钢熔化焊时的焊接性主要受它的淬硬倾向、脆断倾向、时效倾向以及它的偏析性能等因素的影响。

这些影响都是由钢的化学成分所确定，尤其是由钢中的含碳量、含氮量、含硫量和含磷量所确定。

含碳量不大于0.22%的结构钢是可焊接钢种，并且可在不予热的情况下施焊。

——耐侯钢含有一定数量的合金元素的钢材，如添加P、Cu、Cr、Ni、Mo、…到钢材中在温度条件下通过在母材金属上形成自保护的氧化膜可以增强其抗大气腐蚀性。

耐侯钢标记：－标准号（EN 10025-5）；－标记S（结构钢）；－厚度≤16mm的最低屈服强度的标识，用MPa表示；－相关冲击功数值的质量标识；－字母W表示钢材抗大气腐蚀；－如必要，字母P表示高磷含量等级（只适用于级别S355）；－标明“＋N或者＋AR”例：防大气腐蚀（W）的结构钢（S）在355MPa1)的室温下使用最低屈服强度，在0℃(J0)条件下使用27J 的最低冲击功，正火轧制（或轧制）供货：钢材EN 10025-5-S355J0W＋N（或者＋AR）耐侯钢焊接性如果使用无抗大气腐蚀的填充金属则应该确保焊缝本身是耐候的。

在焊接之前，应该将已形成的表面层清除至接头边缘10mm到20mm的距离。

焊接钢材级别S355J0WP和S355J2WP采用的磷含量很高时，应该采用特殊的预防措施1、材料基础知识——金属结构、铁碳合金、铁碳相图金属材料中常见的晶格形式纯铁的结晶过程置换固溶体、间隙固溶体、金属化合物共晶相图、包晶相图铁碳合金相图中各特征点的意义铁素体、奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体、莱氏体、渗碳体，魏氏组织共析钢、亚共析钢、过共析钢、共晶白口铁、亚共晶白口铁、过共晶白口铁钢的冷却转变，TTT曲线，CCT曲线——焊接冶金焊接接头构成和各区的特点焊接裂纹的种类和形成机理焊接接头断裂形式和裂纹试验——热处理热处理种类、作用正火、淬火、回火、调质、消除应力退火、时效强化、固溶处理——金属材料性能，试验方法，材料特征值强度、塑性、韧性、硬度、导热性、热膨胀性、耐腐蚀性6、细晶粒结构钢——提高金属材料强度的机理1）析出强化2）固溶强化3）晶界强化4）热处理强化5）冷作硬化——细晶粒钢的分类正火细晶粒结构钢，标准EN10025-3（2004）热机械轧制细晶粒结构钢，标准EN10025-4（2004）调质细晶粒结构钢，标准EN10025-6（2004）——细晶粒钢的应用主要是用于受较高载荷的焊接构件，如桥梁、闸门、容器、水罐、吊车以及用于低温情况下。

——正火和热机械轧制细晶粒钢的标记－标准号（EN 10025-3，-4）；－标记S（结构钢）；－厚度≤16mm的最低屈服强度的标识，用MPa表示；－供货条件（N，M）；－大写字母L用于表示在温度不低于－50℃下按照所说明的最低冲击功数值的性质。

不带L的表示在不低于－20℃的温度下按照所说明的最低冲击功数值例如 EN10025-3 S355 NL或者钢材 EN10025-4 S355 ML。

——调质细晶粒结构钢的标记－标准号（EN10025-6）；－标记S（结构钢）；－厚度≤50mm的最低屈服强度的标识，用Mpa表示；－供货条件Q；－大写字母L或者L1用于在不低于－40℃或者－60℃的温度下的最低冲击功数值。

不带L的表示在不低于－20℃的温度下按照所说明的最低冲击功数值例如 EN10025-6 S460QL——化学成份——机械性能——正火细晶粒结构钢的焊接正火钢的冷裂倾向HAZ区脆化——热机械轧制细晶粒钢焊接特性少量珠光体钢对于不同的焊接方法，在不同的焊接条件下均可以无困难地进行焊接。

其特殊的优点在于：这种钢在恶劣的焊接条件下也不要求予热或焊后热处理。

——调质细晶粒结构钢的焊接冷裂纹再热裂纹HAZ区的脆化HAZ区的软化——细晶粒结构钢填充材料的选择按等强匹配的原则选择填充材料熔敷金属的屈服强度的小于500MPa的焊接材料，以EN10025-3 S460N为例ISO2560-A E 46 4 B即EN499 E 46 4 BISO14341-A G 46 5 M G3Si1即 EN440 G 46 5 M G3Si1ISO17632-A T 46 3 1Ni B M即 EN758 T 46 3 1Ni B M熔敷金属的屈服强度的大于500MPa的焊接材料，以EN10025-6 S620Q 为例：ISO18275-A E 62 7 Mn1Ni B T即EN757 E 62 7 Mn1Ni B TEN12534 G 62 5 Mn4NiMoISO18276-A T 62 5 Mn1.5Ni B T即EN12535 T 62 5 Mn1.5Ni B T7、热强钢——对热强钢的要求１)具有足够的热强性，包括高温持久强度或蠕变强度。

２)具有足够的抗腐蚀性和抗氧化性。

３)具有良好的可加工性能，包括冷、热成形性能，热切割性和焊接性等。

——蠕变及其影响因素通过固溶强化对晶格造成约束通过弥散强化阻碍位错运动通过减少钢中的有害伴生元素净化晶界通过正火处理使晶粒分布均匀通过改变金属的晶格结构提高热强性——热强钢分类，标准（EN10028）碳钢系列低合金钢系列高合金系列——热强钢化学成分——热强钢性能（常温和高温）——低合金热强钢的焊接工艺焊接方法坡口加工准备焊接材料选择原则焊接金属的合金成分与强度应基本上与母材相应指标一致或应达到产品技术条件提出的最低性能指标。

低合金热强钢的焊前预热和焊后热处理——低合金热强钢焊接材料焊条电弧焊用药皮焊条ISO 3580ISO3580-A（EN1599） E CrMo1 B 4 4 H5气体保护焊、焊丝、棒、埋弧焊焊丝EN12070EN12070 G CrMo1EN12070 W CrMo1EN12070 S CrMo1气体保护焊药芯焊丝ISO 17634ISO17634-A（EN12071） T CrMo 1 B M8、低温钢——提高低温钢韧性的措施固溶强化和晶粒细化增加钢材中的镍含量提高钢材的纯净度热处理方法——低温用钢分类、典型钢种和应用范围低温用钢分为无Ni钢和有Ni钢两类。