焊接冶金学课程设计任务书

焊接冶金学课程设计任务书
1、17CrMn2SiVN化学成分
17CrMn2SiVN属于中碳调质钢，屈服强度389MPa。

钢中的含碳量较低，并加入合金元素，以保证钢的淬透性，消除回火脆性。

硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，如果钢中含硅量超过0.50-0.60%，硅就算合金元素。

硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。

在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。

硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。

硅量增加，会降低钢的焊接性能。

锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。

在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。

铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。

钼（Mu）：形成硬度很高的碳化物，在回火时弥散析出，产生二次硬化，同时也能提高红硬性，硬度和耐磨性，提高钢的淬透性。

可以阻碍马氏体分解，提高钢的挥霍稳定性。

钒（V）：强碳化物形成元素，阻碍奥氏体的长大，细化晶粒，提高钢的韧性，形成硬度很高的碳化物，产生二次硬化。

显著提高钢的红硬性和耐磨性，抑制马氏体分解，提高回火稳定性。

氮（N）：氮能部分溶于铁中起到固溶强化和提高淬透性的作用，但是不明显。

钢中其他元素化合能形成氮化物，有沉淀硬化的作用。

由于氮化物在晶界的析出，能提高晶界高温强度。

2、力学性能
测定条件：m T=1330℃~1350℃原始状态：
3、SHCCT图分析
图一：17CrMn2SiVN的焊接热影响区SHCCT图
从图中可以看出，由上至下依次是F：铁素体转变区域，P：珠光体转变区域，B：贝氏体转变区域以及M：马氏体区域。

不同的冷却曲线经过了不同的区域就会得到不相同的室温组织，图中所标注的C1C2,C3C4分别对应了只有马氏体；出现珠光体+贝氏体；出现铁素体+珠光体+贝氏体；只出现铁素体这四种不同的临界冷却时间（他们所对应的横坐标就是临界时间）。

通过分析这些曲线可以控制冷却速度从而达到改变焊接组织的目的。

例如，当我们不想存在奥氏体向铁素体转变的过程，就可以通过调节冷却速度使得临界冷却时间小于C2就可以达到目的。

由计算可得，当临界冷却速度大于133摄氏度根据上图可知，焊后室温组织是单向马氏体。

临界冷却速度大于40℃/s时，能够避免奥氏体向铁素体转变，得到珠光体加贝氏体的组织。

4、母材17CrMn2SiVN的焊接性分析
根据合金钢强度的分类可知，17CrMn2SiVN是属于热轧及正火钢。

热轧及正火钢的焊接性：
4.1.裂纹及影响因素
（1）冷裂纹：热轧钢含有少量的合金元素，碳当量比较低，一般情况下冷裂倾向不大。

正火刚随着碳当量及板厚的增加，淬硬性及冷裂倾向增大。

碳当量：通常，碳当量越高，冷裂倾向越大，计算公式为
C当量=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]*100%
计算可知17CrMn2SiVN的C当量为0.64%。

碳当量大于0.5%时，冷裂敏感性较大，需要采取严格的工艺措施。

（2）热裂纹：热裂纹敏感指数的计算公式为
HCS=C(S+P+Si/25+Ni/100)/(3Mn+Cr+Mo+V)*100% 经过计算可知，17CrMn2SiVN的HCS=2.05；当HCS小于4的时候一般不会产生热裂纹。

（3）再热裂纹：17CrMn2SiVN含有强碳化物形成元素，所以有轻微的再热裂纹敏感性。

公式：△G%＝Cr+3.3Mo+8.1V+10C-2;＞2时，对再热裂纹敏感；1.5＜△G%＜2时，一般；△G%＜1.5时，对再热裂纹不敏感。

经过计算，可知，17CrMn2SiVN的△G%=1.438＜1.5，对再热裂纹不敏感。

（4）层状撕裂：只有经过精炼，含S量在0.005%以下的钢才具
有良好的抗层状撕裂性能。

17CrMn2SiVN含S量大于0.005%，要采取预热和降低氢含量的措施。

4.2 热影响区的脆化：
（1）过热区脆化：过热区是指热影响区中熔合线附近母材被加热到1100摄氏度以上的区域。

由于该区温度高，奥氏体晶粒显著长大和一些难熔化质点而导致了性能的改变。

a.热轧钢过热区的脆化问题热轧钢焊接时，淬硬脆化倾向很小。

能导致热轧钢过热区脆化的原因是：焊接热输入过高，使该区的奥氏体晶粒严重长大，冷却后形成魏氏体组织及提起塑性低的混合组织，从而使过热区脆化。

因此，焊接时，采用适当低的热输入工艺等措施来防止脆化。

b. 正火刚过热区的脆化问题对于Mn-V，Mn-Nb系的正火刚，除固溶强化外，还有沉淀强化（含Ti,V,N等沉淀强化元素），必须通过正火才能细化晶粒以及使沉淀相得以充分析出，并弥散均匀分布于基体内。

如果在过热区停留时间较长，就会使得原来在正火状态下弥散分布的VC或NC溶解到奥氏体中，于是削弱了它们抑制奥氏体晶粒长大的作用。

在冷却过程中，V的扩散能力很低，来不及析出而固溶在铁素体内，导致脆化。

所以用小热输入焊接时避免这类正火刚过热区脆化的有效措施。

（2）热应变脆化：是指在200~A C1摄氏度温度范围内，受较大的塑性变形（5%~10%）之后，出现断裂韧性明显下降，脆性转变温度明显升高的现象。

在焊接情况下，焊接区的热应变脆化是由焊接时
的热循环和热应变引起的。

消除热应变脆化的有效措施是焊后退火处理，经600摄氏度消除应力退火后，材料的韧性基本恢复到原来的水平。

5、17CrMn2SiVN焊材搭配
根据合金钢强度的分类可知，17CrMn2SiVN是属于热轧及正火钢。

最常见的焊接方式有焊条电弧焊，埋弧焊以及熔化极气体保护焊。

这里选用焊条电弧焊。

焊接热轧及正火钢时，焊接材料选择主要的依据是焊缝金属的强度，塑性和冲击韧性等力学性能与母材一致，不必考虑焊缝金属的化学成分与母材一致。

焊条的参数如下：
注意事项：
1.焊接前焊条须经350-400℃烘焙1h，放在100-150℃保温箱内，随
用随取。

2.焊前清除焊件铁锈、油污、水分等杂质。

3.焊接时采用短弧，以窄道焊为宜。

4.焊件在焊前经200-300℃预热并在焊后500℃左右回火处理，以消
除内应力。

计算焊缝化学成分（%）
根据公式：
W(焊缝金属）=D(熔合比）*W(母材金属）+(1-D）*W（焊接材料）
计算化学成分（%），熔合比D=0.3
6、材料的焊接工艺的特点
通过对前面焊接性分析可知，17CrMn2SiVN有很大的冷脆倾向（碳当量为0.64%﹥0.5%），对热裂纹（HCS=2.05＜4）及再热裂纹（△G%=1.438＜1.5）并不敏感。

因此其焊接工艺特点为：
1.焊前预热，预热温度为150摄氏度。

焊后缓冷，或者降低冷却速度。

这样可以避免产生淬硬性组织。

2.严格控制热输入，采用较小的热输入。

3.焊后热处理，选择退火处理，消除焊接应力
4.减少氢来源枣焊材要烘干，接头要清洁（无油、无锈、无水）。