低合金高强钢的焊接技术

2. 低碳调质钢
低碳调 质钢
热处理 淬火+高温回火
屈服强度/ MPa 441～980
含碳量 要求wc≤0.22wt%，实 际上都在0.18wt%以下
三、低合金高强钢的性能
2. 低碳调质钢
将钢加热到临界点Ac3或(亚共析钢)或Ac1 (过共析 钢)以上一定温度，保温一定时间，然后以大于临界淬 火速度的速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体(或贝 氏体)组织的热处理工艺称为淬火。
三、低合金高强钢的性能
3. 中碳调质钢
中碳调质钢
热处理 淬火+ 高温回火
屈服强度/ MPa 880～1176
含碳量
wc=0.22～ 0.45wt%
特点
淬透性大， 焊接性差
四、典型低碳调质钢主要成分
C
Mn
Si
NiFra Baidu bibliotek
Cr
Mo
V
N
S
P
14Mn 0.14 1.41 0.30
-
MoVN
-
0.47 0.13 0.015 0.025 0.012
五、低碳调质钢焊接性分析
<四> 层状撕裂 母材中杂质限制比较严格，层状撕裂倾向较小。
五、低碳调质钢焊接性分析
<五> 接头脆化
接头脆化
粗晶脆化 沉淀相脆化 M-A组元脆化 热应变时效脆化 氢脆
五、低碳调质钢焊接性分析
<五> 接头脆化 钢中含有较多固氮元素，不容易产生热应变脆化。 会产生过热区的粗晶脆化、M-A组元脆化。
HQ60 0.09 0.90 0.20 0.30 ≤0.30 0.08 0.03～ - ≤ 0.025 ≤0.030
～
～
～
～
～ 0.08
0.16 1.50 0.60 0.60
0.20
五、低碳调质钢焊接性分析
工艺焊接性
冶金缺陷 性能变化
夹杂
气孔 裂纹
热裂纹
√
冷裂纹
√
再热裂纹 √
应力腐蚀裂纹
层状撕裂 √
六、低碳调质钢焊接工艺
600MPa钢(HQ60)的焊接为例
1. 焊接方法
手工电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极氩弧 焊均可。
六、低碳调质钢焊接工艺
2. 焊接材料
焊后通常不进行热处理，因此要求焊缝金属的力 学性能应接近母材，即采用“等强原则”。特殊情况 下，可以采用低强匹配。
钢号 HQ60
焊条 E6015H
三、低合金高强钢的性能
2. 低碳调质钢
将淬火钢在A1以下温度加热，使其转变为稳定的 回火组织，并以适当的方式冷却到室温的热处理工艺 称为回火。
低温回火 150～250℃ 回火马氏体 回火 中温回火 350～500℃ 回火屈氏体
高温回火 500～650℃ 回火索氏体
三、低合金高强钢的性能
2. 低碳调质钢
低合金高强钢的焊接
哈尔滨工业大学 刘爱国
一、钢的分类
工业用钢的分类方法很多，可以按化学成分、 性能、品质、用途、内部组织等进行分类。
结构钢
按用途分
工具钢 特殊性能钢 专业用钢
一、钢的分类
按化学成分分
碳钢 合金钢
低碳钢 wc<0.25wt% 中碳钢 wc=0.25～0.6wt% 高碳钢 wc>0.6wt%
低合金钢 w<5wt% 中合金钢 w=5～10wt% 高合金钢 w>10wt%
一、钢的分类
低合金高强钢
低合金钢
(按用途)
珠光体耐热钢
低合金特殊用钢 低温钢 低合金耐蚀钢
二、低合金高强钢的分类
低合金高强钢
(按屈服强度级别 和热处理状态)
热轧及正火钢 σs=294～490MPa 低碳调质钢 σs=441～980MPa 中碳调质钢 σs=880～1176MPa
三、低合金高强钢的性能
1.热轧及正火钢 价格便宜，综合力学性能较好。
热处理
热轧钢 钢锭加热1300℃， 热轧，空冷
正火钢 钢板再加热900 ℃ ， 空冷
屈服强度/ MPa 294～343
343～490
合金系 C-Mn、Mn-Si
C-Mn、Mn-Si系，添加 碳、氮化物形成元素
三、低合金高强钢的性能
M-A组元降低韧性的原因为：奥氏体增碳后，易 于形成孪晶马氏体，夹杂于贝氏体、铁素体板条之间， 并在晶界上产生显微裂纹，沿M-A组元扩展，引起脆 化。
五、低碳调质钢焊接性分析
M-A组元脆化
冷却时间t8/5对M-A组元数量的影响
五、低碳调质钢焊接性分析
<六> 接头软化
加热温度在 母材回火温度至 相变温度之间的 区域发生软化。
调质钢热影响区的硬度分布
A-焊前淬火+低温回火；B-焊前淬火+高温回火；C-焊前退火 1-淬火区；2-部分淬火区；3回火区
六、低碳调质钢焊接工艺
确定原则
从焊接性分析过程可知，低碳调质钢焊接时主要要注意：
马氏体转变时冷却速度不能太快 800℃～ 500 ℃冷却速度大于产生脆性M-A组元的临界
速度 尽量减小热输入
金属学与热处理定义： 淬火+高温回火→调质
焊接界定义： 淬火+回火→调质
三、低合金高强钢的性能
2. 低碳调质钢
低碳调质钢
高强度结构钢 σb=600～800MPa 14MnMoNbB 高强度耐磨钢σb=1000～1300MPa HQ100 高强度高韧性钢 σb=600～800MPa 12Ni3CrMoV
接头脆化
√
接头软化
√
五、低碳调质钢焊接性分析
使用焊接性
常规力学性能 低温韧性 抗脆断性能 高温蠕变性能 疲劳性能
耐腐蚀性能 耐磨性能
……
五、低碳调质钢焊接性分析
<一> 热裂纹
低熔共晶
焊接热裂纹形成的两大要素
含碳量低 S、P控制严格
应力 低碳调质钢热裂倾向低
含Mn量高
五、低碳调质钢焊接性分析
<二> 冷裂纹
焊接冷裂纹形成的三大要素
淬硬组织 氢 拘束应力
1. 含有多种提高淬透性的合金元素，淬透倾向大，本 应有很大的裂纹倾向；
2. 含碳量低→Ms点高 ↑
该温度下冷速慢→自回火→冷裂倾向小
五、低碳调质钢焊接性分析
<三> 再热裂纹
促进再热裂纹形成的元素 Cr，Mo，Cu，V，Nb，Ti，B
具有一定再热裂纹倾向
五、低碳调质钢焊接性分析
粗晶脆化
被加热到1200℃以上的过热区，晶粒明显长大。 脆性断裂应力σ和晶粒直径d的关系为：
0 B(d )1/ 2
式中σ0-实验温度下单晶体的屈服强度； B-常数。
五、低碳调质钢焊接性分析
M-A组元脆化
某些低合金钢的焊接热影响区处于中温上贝氏体 的转变区间，出现含碳很低的铁素体，并且逐渐扩大， 而碳大部分富集到被铁素体包围的岛状奥氏体中去。 随后这些高碳的奥氏体转变为高碳马氏体和残余奥氏 体的混合物，称为M-A组元(martensite-austenite constituent)。