国际焊接工程师培训课程_低温钢

纵 100 100 100 100 100 100 100 横 70 70 70 70 70 70 70
90 60
80 50
70 50
60 45
50 40
X8Ni9 +QT
1.5662 +QT
+QT
纵 120 120 120 120 120 120 120 110 100 90 80 70 横 100 100 100 100 100 100 100 90 80 70 60 50
680MPa的热处理状态。
b温度和冷却条件见表A.1。
c 见EN10028-1；2000+Al：2002中的.3。
d 该数值针对于条件下产品厚度≤以及条件下产品厚度<t≤。
钢号
钢种 材料号
热处理条件a
奥氏体化 ℃
热处理 冷却b
回火 ℃ 冷却b
11MnNi5-3
1.6212
+N(+NT)
880-940
低温用钢主要用于制造生产、运输及储存液化气体 的设备，在低温条件下工作的管道、压力容器等。
这些装备最重要的性能要求是抗低温脆性破坏,保 证在使用温度下具有足够的低温韧性。
根据实验结果作出系列冲击曲线。曲线能够确定材 料由韧性状态转变为脆性态转的韧脆转变温度。
低温韧性钢的应用范围
屈服极 冲击功ISOV 丁 丙 丙 CO2 乙 乙 甲 氧 氩 氮
• 两类钢在使用温度条件下均具有足够的Ｖ型缺口冲击值， 满足规定的低温使用要求。
低温韧性镍合金钢见及其化学成分
钢种
质量分数%
钢号
材料号
C max
Si max
Mn
PS max max
Al Mo Nb min max max
Ni
V max
11MnNi5-3 1.6212
0.14
0.50
0.701.50
15NiMn6
1.6228
+N 或+NT
-80
纵
65
65
65
60
50
50
40
-
-
-
-
-
或+QT
横 50 50 45 40 35 35 27 - - - - -
12Ni14
+N 1.5637 或+NT
或+QT
纵 65 60 55 55 50 50 45 40 - - - 横 50 50 45 35 35 35 30 27 - - - -
-
8.5010.00
0.05
X7Ni9
1.5663
0.10
0.35
0.300.60
0.015
0.005
ຫໍສະໝຸດ Baidu
-
0.10
-
8.5010.00
0.01
a 此表格中没有列出的成分需经过买方同意才可添加到钢材之中，熔样分析完成之后除外，炼
钢时应该采取相应的措施以避免影响机械性能和使用性能的成分存在，Cr+Cu+Mo的成分应该
a a w或o
580-640 580-640
a或w a或w
+N
800-850
a
-
-
X12Ni5
1.5680
+NT +QT
880-930+ 770-830 770-830
a w或o
580-660 580-660
a或w a或w
X8Ni9 +NT640
1.5662 +NT640
+N加+NT
770-830
a
X12Ni5
+N 1.5680 或+NT
或+QT
纵 70 70 70 65 65 65 60 50 40d - - 横 60 60 55 45 45 45 40 30 27d - - -
X8Ni9 +NT640 X8Ni9
+QT
1.5662 +NT640 1.5662
+QT
+N +NT；
+QT
-50
540-600 a或w
X8Ni9 +QT640
1.5662 +QT640
+QT
770-830
a
540-600 a或w
X8Ni9 +QT680
1.5662 +QT680
+QTc
770-830
w或o
540-600 a或w
X7Ni9
1.5663
+QTc
770-830
w或o
540-600 a或w
a +N：正火处理 +NT：正火+淬火 +QT：调质 +NT640/+QT640/+QT680：最低抗拉强度为640MPa或者 680MPa的热处理状态； b a：空冷 o：油冷 w：水冷； c 见表3，注c。
a +N:正火处理；+NT:正火和淬火；+QT：调质；+NT640/+QT640/+QT680:最低抗拉强度为640MPa或者680MPa
的热处理状态。
b 温度和冷却条件见表A.1。 c 当产品厚度<，也可以采用+N加上+NT的供货条件。
钢种 钢号 材料号
热处理 产品 条件a， 厚度
方 向
b
mm
20
国际焊接工程师培训课程
Training Course for International Engineer
3/2.8 低温钢
Steels for cryogenic application
主要内容
• 低温钢的应用 • 如何提高低温韧性 • 低温钢的种类 • 低温钢的焊接
低温钢概念及应用
应用范围：
国内焊接低温用钢的焊条见表，如焊接-45ºC级别的16Mn 低温用钢可采用E5015-G或E5016-G高韧性焊条。
不超过0.5%。
b 当产品厚度≤时，镍含量最小值的0.15%允许低于名义成分。
室温下的机械性能
钢种
钢号
材料号
11MnNi5-3
1.6212
13MnNi5-3
1.6217
15NiMn6
1.6228
12Ni14
X12Ni5 X8Ni9 +NT X8Ni9 +QT X8Ni9 +QT
X7Ni9
1.5637
4)增加钢材中的镍含量
含Ni钢与无Ni钢相比，具有较小的屈强比(σs/σb)， 钢材屈强比越大，表明其塑性变形能力储备越小，易 于促使脆性断裂。由于Ni元素的加入，含Ni钢屈强比 优于不含Ni的钢， 使低温韧性显著改善。
低温韧性钢中不同的Ni含量在不同温度条件下对冲击功的影响
低温用钢分类
• 低温用钢分为
低温用钢的焊接
1)低温用钢的焊接性
低温用钢具有良好的焊接性，焊接关键是保证焊 缝和粗晶区的低温韧性。低温时，由于钢材随温度 降低，材料变脆，对缺陷和应力集中的敏感性较大 ，易造成产品的低温脆性破坏；低温用Ni钢具有回 火脆性倾向。
2)焊接方法
焊接方法可选用焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧 焊、熔化极气体保护焊。
≤30 30<t≤50 50<t≤80
≤30 30<t≤50
50<t≤80
≤30 30<t≤50
50<t≤80
≤30 30<t≤50
≤30 30<t≤50
≤30 30<t≤50
≤30 30<t≤50
≤30
30<t≤50
屈服强度 MPRaeHmin
265 275 285 355 345 335 355 345
钢种
限 纵向试验 烷 烷 烯
烷烯烷气 气 气
N/mm2 温度（℃）
沸点温度（ ℃ ）
（J）
0 -42 -47 -78 -89 -104-181-183 -186 -196
TSTE355 355 -50 27 * *
TSTE420 420 -50 27 * * 11MnNi53 285 -60 40 * * * 13MnNi63 355 -60 40 * * *
无Ni钢：加入提高强度的合金元素和使晶 粒细化的微量元素，如Ｍn、Al、Ti、Nb、 Ｖ等元素。这类国产低温压力容器用钢有 16MnDR、09Mn2VDR、09MnNiDR ，低 温锻件钢16MnMoD、20MnMoD等。
有Ni钢：含Ni的低温用钢，按EN100284（2003年版）标准规定的低温韧性镍 合金钢化学成分见表
335
355 345
335
390 380 490 480 490 480 585 575 585
575
抗拉强度 MRPma
420-530 490-510 490-640 490-640 530-710 640-840 680-820 680-820
延伸率A % min
24 22 22 22 20 18 18 18
3)预热及层间温度
低合金低温钢碳含量较低，淬硬性和冷裂倾向小，
常温下焊接可不预热，当厚度＞25mm时，预热100150℃，层间温度应与预热温度相同。
对于12Ni19、X8Ni9钢，多层焊的层间温度控制应 小于100℃，否则焊接热影响区会形成粗晶组织。 9%Ni钢由于C、S、P含量控制很严，产生冷裂纹倾向 不大，其热影响区是淬火组织；有可能产生液化裂纹 、弧坑裂纹。焊接热输入量应小，线能量控制在735KJ/cm，操作应采用快速多道焊方法，以减轻焊道 过热，通过多层多道作用细化晶粒，防止晶粒粗大韧
0.05
12Ni14
1.5637
0.15
0.35
0.300.60
0.020
0.010
-
-
-
3.253.75
0.05
X12Ni5
1.5680
0.15
0.35
0.300.60
0.020
0.010
-
-
-
4.755.25
0.05
X8Ni9
1.5662
0.10
0.35
0.300.60
0.020
0.010
-
0.10
X8Ni9低温用钢的焊接材料选择
X8Ni9低温用钢的焊接材料可选择Ni基(Ni约60％ 以上的Inconel型) 、Fe-Ni基(Ni约40％以上的Fe-Ni 基型)或Ni-Cr(Ni13％-Ni16％)奥氏体不锈钢型焊接 材料。
选择Ni基和Fe-Ni基焊接材料低温韧性好，线膨 胀系数与X8Ni9相近，屈服强度稍低，成本高；NiCr(Ni 13％ -Ni 16％)奥氏体不锈钢型焊接材料成本 低，屈服强度高、低温韧性稍差、线膨胀系数与 X8Ni9 钢有较大差异。
0.025
0.015
0.020
-
0.06
0.30b -0.80
0.05
13MnNi6-3 1.6217
0.16
0.50
0.651.70
0.025
0.015
0.020
-
0.06
0.30b -0.85
0.05
15NiMn6
1.6228
0.18
0.35
0.601.50
0.025
0.015
-
-
-
1.301.70
a
580-640 a
13MnNi6-3
1.6217
+N(+NT)
880-940
a
580-640 a
15NiMn6
1.6218
+N +NT +QT
850-900 850-900 850-900
a a w或o
600-660 600-660
a或w a或w
12Ni14
1.5637
+N +NT +QT
830-880 830-880 820-870
性下降。
4)焊后热处理
在消除应力热处理时，应控制温度和冷却速度，应 采取避免回火脆性的措施。
5)焊后检查
避免焊接缺陷的产生，弧坑、未焊透缺陷及焊缝 成型不良处应及时修补。
6)焊接材料选择
含镍低合金钢焊接时，所选焊接填充材料含镍 量应与母材相同或高于母材，当Ni>2.5%时，通 过调质处理，使焊缝具有细化的铁素体组织，韧 性才能随Ni含量增加而提高，如3.5%Ni钢，降低 C、S、P、O同时，加入少量Ti细化晶粒，添加 Mo减少回火脆性。高镍钢如9%Ni钢最好采用Ni 基、Fe-Ni基或Ni-Cr奥氏体不锈钢焊接材料。
X7Ni9 1.5663 +QT
纵 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 110 100 横 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 90 80
a +N：正火处理 +NT：正火+淬火 +QT：调质 +NT640/+QT640/+QT680:最低抗拉强度为640MPa或者
1.5680 1.5662 +NT 1.5662 +QT 1.5662 +QT
1.5663
通用供货条件a，b （热处理标记）
+N(+NT)
+N(+NT)
+N或+NT或+QT
+N或+NT或+QT +N或+NT或+QT
+N加+NT +QT +QTc +QTc
产品厚度 t mm
≤30 30<t≤50 50<t≤80
降低含C量和严格限制S、P的含量。
2)固溶强化和晶粒细化
低温用钢一般是通过合金元素Ni、Mn的固溶强化； 加入V、Al、Nb、Ti等合金元素形成稳定的氮化物， 达到细化晶粒目的。同时，还应提高Mn/Ｃ比，降 低含碳量，可以得到较低的脆性转变温度。
3)热处理方法
通过正火, 正火加回火或调质处理细化晶粒、均化 组织，获得良好的低温韧性。
10Ni14 355 -100 40 * * * * * 12Ni19 390 -120 40 * * * * * * X7NiMo6 490 -160 40 * * * * * * * X8Ni9 490 -196 40 * * * * * * * * * *
提高低温钢韧性的措施
1)提高钢材的纯净度
0
最低冲击功KV J 温度℃ -20 -40 -50 -60 -80 -100 -120 -150 -170 -196
11MnNi53
1.6212
+N
纵 70 60 55 50 45 40 - - - - - -
13MnNi63
1.6217
(+NT)
横 50 50 45 35 30 27 - - - - - -