16MnDR焊接性分析

16MnDR的焊接性分析

摘要:16MnDR钢一般在-40°C以上使用的低合金钢,本文重点对此钢材的焊接性作简要分析,为现场焊接16MnDR钢材提供参考。

关键词：热裂纹冷裂纹焊接性能

1.前言

低温用钢和普通低合金高强度钢的主要差别，就在于低温用钢除了要满足通常的强度要求外，还必须保证相应的低温条件下具有足够高的低温韧性。这种钢大部分是一些含Ni的低碳低合金钢，一般在正火或调质状态下使用。在贵州天福年产５０万吨合成氨项目两台低温液氨储罐用的16MnDR是正火状态下使用的。而16Mn系列钢材的低温下限是-40°C，满足现场-３８.９°C的低温要求。

2.16MnDR成分上对焊接的影响

钢材的焊接性和它的其他性能一样,主要取决于它的化学成份。

若钢中含Si量超过06%后对冲击韧度不利，使脆性转变温度提高。

含C量超过0.3%和含Mn量超过1.6%后，焊接时经常出现裂纹，同时在热轧钢板上还会出现脆性的贝氏体组织。对比成份(见表1)来看，贵州天福年产５０万吨合成氨项目所用16MnDR还是可以保证不容易出现这类问题的。

表1 GB3531-1996关于16MnDR化学成份规定

16MnDR属于正火钢的一种，从成分上看其含碳量较低而含

Mn量较高。如果材料的Mn/S比能达到要求，具有较好的抗热裂性能，正常条件下不会出现热裂纹。但当材料成分不合格，或因严重

偏析使局部C、Si含量偏高时，Mn/S就可能低于要求而出现热裂纹。如果出现这种情况，我们就要从工艺上设法减少熔合比，在焊接材

料上采用低碳高锰的焊材，以此降低焊缝中的含碳量和提高焊缝中

的含锰量，来避免热裂纹的产生。

４．冷裂纹

冷裂纹是焊接16MnDR的一个主要问题。从材料本身考虑，淬

硬组织是引起冷裂纹的决定因素。因此，在焊接中尽量减少形成对

氢致裂纹敏感的淬硬组织的出现是防止出现焊接冷裂纹的重要手段。 16MnDR的含碳量并不高，但含少量的合金元素。因此，它的淬硬倾向比低碳钢的大一些。而冷裂敏感性一般随强度的提高而增加。

因为16MnDR的含碳量较低，合金元素较少，强度也不是那么高，

故其淬硬倾向和冷裂敏感性都是很低的。

钢材的冷裂敏感性与其淬硬倾向之间有密切的关系。而淬硬倾

向又主要取决于钢的化学成分，其中以碳的作用最为明显。因此，

可以通过一些经验性的碳当量公式来粗略地估计和对比不同钢材的

冷裂敏感性。通常碳当量越高，则冷裂敏感性越大。16MnDR的碳

当量CE≤0.4%。而在实际经验中，一般认为CE≤0.4%时，钢材在

焊接时基本无淬硬倾向，焊接性良好，与低碳钢几乎相同。屈服强

度σs为294～392MPａ的热轧钢基本都属于这类。焊接这类钢时，除钢板厚度很大和环境温度很低的情况外，一般不需预热和严格控

制线能量。下表是GB１５０上关于16MnDR及其使用强度。综合

16MnDR的常温性能来看，16MnDR在母材厚度较小（根据ＳＨ３

５３７标准环境温度不低于－１０°C，母材厚度不大于２５mm情

况下），不必考虑预热和控制线能量问题（当然在母材厚度较大或

者环境温度恶劣的情况下就要考虑预热和控制线能量问题）。

表2 16MnDR的常温强度指标

５．再热裂纹

再热裂纹与合金系统有很大的联系。在16Mn系列的钢种中，

由于不含有强碳化物形成元素，故对再热裂纹不敏感，可以不作考虑。

６．层状撕裂

层状撕裂的产生不受钢材种类和强度级别的限制。一般板厚在

16mm以下就不易产生层状撕裂。从钢材本身来说，主要取决于冶

炼条件，钢材中的片状硫化物与层状硅酸盐或大量成片地密集于同

一平面内的氧化铝夹杂物都能导致Z向塑性降低和层状撕裂的产生，其中片状硫化物的影响最为严重。因此，只要16MnDR的钢板材料

生产符合标准不出现偏析和断面收缩率达到20%以上，焊接将不会

出现这种缺陷。即使由于成份偏析出现层状撕裂，只要稍微预热

（预热温度不高）层状撕裂就不会产生。

７．热影响区性能

16MnDR主要的合金化方式是固溶强化，固溶强化的材料只有合金元素全部固溶的条件下才能保证良好的综合性能。而16MnDR的

供货状态是正火状态，在热轧装下使用，合金能够很好地固溶。因

此16MnDR（16Mn）这类钢不存在着过热区脆化问题，对线能量

敏感性也小。对16Mn这类钢来说有一定的热应变脆化倾向，但只

要厚度不是很大的情况就不会产生这类问题（若厚度较大而产生了热应变脆化可用焊后热处理来消除）。

８．小结

综上所述，16MnDR具有良好的焊接性能，只要母材的成分符合有关规范要求不出现异常的成份偏析或含量超标，选用正确的焊接材料，选用合适的焊接参数，搞好焊接的过程控制,焊接后的性能还是非常不错的。