焊接冶金学 低合金高强度钢的焊接6

6.1 低合金高强钢的种类和性能 6.1 低合金高强钢的种类和性能 二.低碳和中碳调质钢
2. 中碳调质钢
化学成分 杂质元素： S≤ 0.035%, P≤ 0.035%。 (质量分数)
添加元素：Cr、Ni、Mo、V等。 基本元素： C≤0.25%-0.45%, Si和Mn取决添加元素。
微观组织：淬火+回火，回火马氏体。 力学性能：σs = 880 ~ 1860MPa。 典型牌号：40Cr、30CrMnSiA、 40CrMnSiMoVA 等。
61低合金高强钢的种类和性能61低合金高强钢的种类和性能表65常用中碳调质钢的化学成分质量分数钢材牌号mnsicrnimo40cr03704505080204081135crmoa030040040701703509130030003530crmnsia0280350811091208110300030003530crmnsini2a02703410130912091214180025002540crnimoa036044050801703706091251750150250030003040crmnsimova03704208121216121502504506000701200300030中碳调质钢表66常用中碳调质钢的力学性能钢材牌号热处理40cr850淬火水520回火水或油980785454735crmoa850淬火水550回火水或油98083512456330crmnsia锻件880淬火油540回火水或油1080835104549jcm30crmnsini2a890淬火水200300回火空15704559jcm40crnimoa850淬火油600回火水或油98083512557840crmnsimova890970淬火油250270回火空354962低合金高强钢的焊接性分析62低合金高强钢的焊接性分析一
中碳 调质钢 高碳马氏体的Ms点较低，在低温下难以实现“自回
6.2 低合金高强钢的焊接性分析 6.2 低合金高强钢的焊接性分析 二.冷裂纹
1. 冷裂纹的敏感性
添加合金元素多，碳当量高于 0.6%，具有较大的冷裂倾向。
低 碳 调 质 钢
由于含碳量较低，形成的是低 碳马氏体，其起始转变点Ms比 较高。如果在马氏体生成后的 冷却速度较慢，还能来得及完 成一次“自回火”，因而冷裂倾 向并不一定很大。
6.1 低合金高强钢的种类和性能 6.1 低合金高强钢的种类和性能 一.热轧和正火钢
1. 热轧钢
化学成分 杂质元素： S≤ 0.045%, P≤ 0.045%。 (质量分数)
添加元素：V、Nb等，细化晶粒。 基本元素：C≤ 0.2%, Si≤ 0.55%, Mn≤1.8%。
微观组织：铁素体+珠光体，固溶强化+细晶强化。 力学性能：σs = 295 ~ 390MPa。 典型牌号： Q345、Q390等。
设计合理的坡口形状和几何尺寸，规定适当的接头装 配间隙，以降低母材在焊缝金属中所占的比例。 降低焊接电流，增大熔宽与熔深的比例；加快焊接速 度，降低晶间偏析程度。 正确控制焊前的预热温度及多层焊的层间温度，降低 焊缝金属的应变速率。
工 艺 措 施
6.2 低合金高强钢的焊接性分析 6.2 低合金高强钢的焊接性分析 二.冷裂纹
N:0.0155 B≤0.003 Cu:0.15∼0.50 B:0.0005∼0.005 Cu≤0.25 Ti≤0.02
Ceq/% 0.50 0.47 0.58 0.74
表6-4 典型低碳调质钢的力学性能
钢材牌号 14MnMoVN WCF60 HQ70A HQ80C HY80 HQ100 板厚h/mm 36 16~50 ≥18 — 16~50 —
下篇 —— 焊接性 下篇 —— 焊接性
第6章 低合金高强钢的焊接
★低合金高强钢的种类和性能 热轧和正火钢，低碳和中碳调质钢。 ★低合金高强钢的焊接性分析 热裂纹，冷裂纹，再热裂纹，层状撕裂，脆 化和软化。 ★低合金高强钢的焊接工艺要点 焊接方法及热输入，焊接材料，接头设计和 辅助措施。
第6章 低合金高强钢的焊接 第6章 低合金高强钢的焊接
1. 冷裂纹的敏感性
结论
冷裂纹是低合金高强钢焊接的主要缺陷，随钢种强度 级别的提高，冷裂敏感性明显增大。
热轧及 热轧钢的碳当量一般小于0.4%，冷裂倾向最小；而正 正火钢 火钢由于含有少量的合金元素而增加了冷裂倾向。
含碳量较高，合金元素多，碳当量远大于0.6%，淬硬 倾向明显，形成的是又脆又硬的高碳马氏体，冷裂倾 向很大。 火”。因此，为了防止冷裂发生，除采取预热措施 外，焊后还必须及时进行回火热处理。
表6-2 常用热轧钢和正火钢的力学性能（GB/T 1591-1994）
σs /MPa
牌号 质量 等级 厚度（直径）/mm ≤16 16~35 35~50 不小于 Q295 Q345 Q390 Q420 Q460 A A A A C 295 345 390 420 460 275 325 370 400 440 55 295 350 380 420 235 275 330 360 400 390~570 470~630 490~650 520~680 550~720 23 21 19 18 17 34 － － － － － － － － 34 50~100 Akv (纵向)/J
6.2 低合金高强钢的焊接性分析 6.2 低合金高强钢的焊接性分析 一.热裂纹
1. 热裂纹的敏感性
结论
低合金高强钢的热裂倾向不十分突出，但随钢种强度 级别的提高，热裂倾向增大。
热轧及 C少，Mn多，Mn/S比 较高，热裂倾向不敏感。但因 正火钢 严重偏析而使局部C、S含量很高时，会出现热裂纹。
C少，Mn多，S、P控制严格，热裂倾向小。但高Ni、 低碳 低Mn的钢种（如HY80），热裂倾向增大。可通过焊 调质钢 材提高焊缝含Mn量，避免结晶裂纹出现；同时要尽 量减小焊接热输入，防止液化裂纹的形成。
中碳 C多，合金含量高，结晶温区大，热裂倾向大。焊接 调质钢 选材时，严格控制C、S、P的含量，保证弧坑填满。
6.2 低合金高强钢的焊接性分析 6.2 低合金高强钢的焊接性分析 一.热裂纹
2. 热裂纹的防止措施
严格控制母材中C、S、P及其它易形成低熔共晶的合金元 素(如Ni 、Si等)的含量。
冶 金 措 施
6.1 低合金高强钢的种类和性能 6.1 低合金高强钢的种类和性能 二.低碳和中碳调质钢
2. 中碳调质钢
表6-5 常用中碳调质钢的化学成分(质量分数)/%
钢材牌号 40Cr 35CrMoA 30CrMnSiA 30CrMnSiNi2A 40CrNiMoA 40CrMnSiMoVA C 0.37∼0.45 0.30∼0.40 0.28∼0.35 0.27∼0.34 0.36∼0.44 0.37∼0.42 Mn 0.5∼0.8 0.4∼0.7 0.8∼1.1 1.0∼1.3 0.5∼0.8 0.8∼1.2 Si 0.2∼0.4 0.17∼0.35 0.9∼1.2 0.9∼1.2 0.17∼0.37 1.2∼1.6 Cr 0.8∼1.1 0.9∼1.3 0.8∼1.1 0.9∼1.2 0.6∼0.9 1.2∼1.5 Ni － － ≤0.30 1.4∼1.8 1.25∼1.75 ≤0.25 Mo － 0.2∼0.3 － － 0.15∼0.25 0.45∼0.60 V － － － － － 0.07∼0.12 S － ≤0.030 ≤0.030 ≤0.025 ≤0.030 ≤0.030 P － ≤0.035 ≤0.035 ≤0.025 ≤0.030 ≤0.030
6.1 低合金高强钢的种类和性能 6.1 低合金高强钢的种类和性能 一.热轧和正火钢
表6-1 常用热轧钢和正火钢的化学成分（GB/T 1591-1994）
化学成分（质量分数）/（%） C ≤0.16 ≤0.20 ≤0.20 ≤0.20 ≤0.20 Mn 0.80~1.50 1.00~1.60 1.00~1.60 1.00~1.70 1.00~1.70 Si ≤0.55 ≤0.55 ≤0.55 ≤0.55 ≤0.55 P ≤.045 ≤0.045 ≤0.045 ≤0.045 ≤0.035 S ≤0.045 ≤0.045 ≤0.045 ≤0.045 ≤0.035 V 0.02~0.15 0.02~0.15 0.02~0.20 0.02~0.20 0.02~0.20 Nb 0.015~0.06 0.015~0.06 0.015~0.06 0.015~0.06 0.015~0.06 Ti 0.02~0.20 0.02~0.20 0.02~0.20 0.02~0.20 0.02~0.20 Al － － － － ≥0.015 Cr － － ≤0.30 ≤0.40 ≤0.70 Ni － － ≤0.70 ≤0.70 ≤0.70
1. 低碳调质钢
化学成分 杂质元素： S≤ 0.035%, P≤ 0.035%。 (质量分数)
基本元素：C≤ 0.18%, Si≤ 0.35%, Mn≤1.8%。
添加元素： Cr、Ni、Mo、V、Nb、Ti、B、Zr、 Cu等，提高淬透性和回火稳定性。
微观组织：淬火+回火，回火马氏体。 力学性能：σs = 490 ~ 980MPa。 典型牌号：14MnMoVN、HY80等。
表6-6 常用中碳调质钢的力学性能
钢材牌号 40Cr 35CrMoA 30CrMnSiA 30CrMnSiNi2A 40CrNiMoA 40CrMnSiMoVA 热处理 850℃淬火(水)，520℃回火(水或油) 850℃淬火(水)，550℃回火(水或油) 锻件880℃淬火(油)，540℃回火(水或油) 890℃淬火(水)，200∼300℃回火(空) 850℃淬火(油)，600℃回火(水或油) 890-970℃淬火(油)，250∼270℃回火(空)
6.1 低合金高强钢的种类和性能 6.1 低合金高强钢的种类和性能 一.热轧和正火钢
2. 正火钢
化学成分 杂质元素： S≤ 0.045%, P≤ 0.045%。 (质量分数)
基本元素：C≤ 0.2%, Si≤ 0.55%, Mn≤1.8%。 添加元素：V、Nb、Ti、Mo等，细晶和沉淀强化。
微观组织：细晶铁素体+珠光体，固溶+细晶+沉淀强化。 力学性能：σs = 390 ~ 490MPa。 典型牌号：Q390、 Q420等。
σs/MPa
600 ≥490 ≥590 ≥685 ≥655 ≥880
σb/MPa
700 610~725 ≥680 ≥785 ≥785 ≥950
δ/%
20 ≥18 ≥17 ≥16 ≥20 ≥10
AKV (横向)/J 20℃：77J/cm2 (aku), −40℃：56J/cm2 (aku) −40℃：≥40 −20℃：≥39, −40℃：≥29 −20℃：≥47, −40℃：≥29 — −25℃：≥27
6.1 低合金高强钢的种类和性能 6.1 低合金高强钢的种类和性能 二.低碳和中碳调质钢
1. 低碳调质钢
表6-3 典型低碳调质钢的化学成分
钢材牌号 14MnMoVN WCF 60 HQ80C HY80 C 0.14 ≤0.09 0.10 ∼0.16 0.12 ∼0.18 Mn 1.41 1.10 ∼1.50 0.60 ∼1.20 0.10 ∼0.40 Si 0.30 0.15 ∼0.35 0.15 ∼0.35 0.15 ∼0.35 S 0.035 ≤0.02 ≤ 0.015 ≤ 0.025 化学成分（质量分数）／% P Ni Cr 0.012 － － ≤0.03 ≤ 0.025 ≤ 0.025 ≤0.50 － 2.00∼ 3.25 ≤0.30 0.60 ∼1.20 1.00 ∼1.80 Mo 0.17 ≤0.30 0.30 ∼0.60 0.20 ∼0.60 V 0.13 0.02 ∼0.06 0.03 ∼0.08 ≤0.03 其它
低合 在碳素钢的基础上，通过加入质量分数低于 金钢 5%的一种或几种合金元素而形成的钢种。 合金化 细化晶粒，提高钢的淬透性和回火稳定性， 的目的 使证钢具有较高的强度和足够的韧性。 低合金 屈服强度超过295MPa的低合金钢。 高强钢 热轧和正火钢 低合金 高强钢 低碳调质钢 中碳调质钢 屈服强度295～490MPa 屈服强度490～980MPa 屈服强度880～1180MPa
σb/MP
a ≥980 ≥980 ≥1080 ≥1570 ≥980 —
σs/MP
a ≥785 ≥835 ≥835 — ≥835 ≥1862
δ 5/
% ≥9 ≥12 ≥10 ≥9 ≥12 ≥8
Ψ/%
45 45 45 45 55 35
Akv/J ≥47 ≥63 ≥49J/cm2(akv ) ≥59J/cm2(akv ) ≥78 ≥49
σb /MPa
δ5
/% +20℃ 0℃
180°弯曲试验 d=弯心直径 a=试样厚度(直径) 钢材厚度(直径)/mm ≤16 d=2a d=2a d=2a d=2a d=2a 16~100 d=3a d=3a d=3a d=3a d=3a
6.1 低合金高强钢的种类和性能 6.1 低合金高强钢的种类和性能 二.低碳和中碳调质钢
采用低C、低S的焊接材料，通过控制熔合比，调整焊缝 金属的成分。 焊丝成分设计中，增加Mn含量，适当加入Mo、W和V等 碳化物形成元素，避免采用易形成低熔共晶的合金元素。 采用碱性焊条或焊剂进行焊接。
6.2 低合金高强钢的焊接性分析 6.2 低合金高强钢的焊接性分析 一.热裂纹
2. 热裂纹的防止措施