合金元素对焊接性能的影响

合金元素对焊接性能的影响

1、碳（C）：对焊接性及焊缝金属组织性能的影响主要表现在提高强度和硬度，但随着强度和硬度的提高，焊缝金属的塑性、韧性下降。

2、锰（Mn）：来自生铁与脱氧剂。Mn有很好的脱氧能力，能清除钢中的FeO，还能与S形成MnS，以消除S的有害作用。这些反应产物大部分进入炉渣而被去除，小部分残留于钢中成为非金属夹杂物。因此，Mn能改善钢的品质，降低钢的脆性，提高钢的热加工性能。Mn除了形成MnO和MnS作为杂质存在于钢中以外，在室温下Mn能溶于铁素体中，对钢有一定的强化作用。

3、硅（Si）：来自生铁与脱氧剂。Si脱氧能力比Mn强，是主要的脱氧剂，能消除FeO夹杂对钢的不良影响。Si能与FeO作用而形成SiO2，然后进入炉渣而被排除。Si除了形成SiO2，作为杂质存在于钢中以外，在室温下Si大部分溶于铁素体中，因此Si对钢有强化作用。

4、铬（Cr）：是不锈中的主加元素，Cr与氧生成Cr2O3保护膜，防止氧化，但Cr与C能形成Cr23C6，是导致不锈钢晶间腐蚀的主要原因。在低合金钢中Cr含量小于1.6%，提高钢的淬透性，不降低钢的冲击韧度。

5、镍（Ni）：在钢中加入镍，可以提高钢的强度和冲击韧度，Ni与Cr配合加入效果更佳。一般增加低合金钢中的Ni含量会提高钢的屈服强度，但钢中Ni含量较高时热裂纹（主要是液化裂纹）倾向明显增加。

6、钛（Ti）：与O的亲和力很大，以微小颗粒氧化物的形式弥散分布于焊缝中，可以促进焊缝金属晶粒细化。Ti 与C形成的TiC粒子对焊缝起弥散强化作用。Ti与B同时加入对焊缝性能的影响最佳，低合金钢中Ti 、B含量的最佳范围Ti =0.01%～0.02%，B=0.002%～0.006%。

7、钼（Mo）：低合金钢焊缝中加入少量的Mo不仅提高强度，同时也能改善韧性。向焊缝中再加入微量Ti，更能发挥Mo的有益作用，使焊缝金属的组织更加均匀，冲击韧性显著提高。对于Mo-Ti系焊缝金属，当Mo=0.20%～0.35%,Ti=0.03%～0.05%时，可得到均匀的细晶粒铁素体组织，焊缝具有良好的韧性。

8、钒（V）、铌（Nb）：适量的V和Nb可以提高焊缝的冲击韧性。V=0.05%～0.1%,Nb=0.03%～0.04%可使焊缝金属具有良好的韧性。但采用V、Nb来韧化焊缝，当焊后不在进行正火处理时，V和Nb的氮化物以微细共格沉淀相存在，焊缝的强度大幅度提高，致使焊缝的韧性下降。

合金元素在钢以及在焊缝中主要以固溶体和化合物两种形态存在。

有害元素及含量控制

杂质对焊缝金属的性能的金属焊接性有十分重要的影响，其中影响较大的有害元素主要有S、P、N、H、O等。

1、硫（S）：是由生铁及燃料带入钢中的杂质。S在钢中几乎不能溶解，而与铁形成化合物，在钢中以FeS形式存在，FeS与Fe形成熔点较低的共晶体（熔点为9850C）。当钢在12000C左右进行热加工时，分布于晶界的低熔点共晶体将因熔化而导致开裂，为种现象称为热脆性。

为了消除S的有害作用，必须增加钢中的Mn含量。Mn与S可优先形成高熔点的MnS（熔点为16200C），而且MnS呈颗粒分布于晶粒内，比钢材热加工温度高，从而避免了热脆性的发生。

2、磷（P）：是由生铁带入钢中的。P比其它元素具有更强的固溶强化能力室温时P在α-Fe中的溶解度大约略小于0.1%。在一般情况下，钢中的P能全部溶于铁素体中，使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性则显著降低，尤其是在低温时更为严重，为种现象称为冷脆性。

P在结晶过程中有严重的偏析倾向，从而在局部发生冷脆，并使钢材在热轧后出现带状组织，而且P在γ-Fe及α-Fe中的扩散速度很小，很难用热处理方法消除P的偏析。

3、氮（N）：是由炉气进入钢中。N在奥氏体中的溶解度较大，而在铁素体中的溶解度很小，且随着温度的下降而减小，在5900C时溶解度为0.1%，室温时则降至0.001%以下，当钢材由高温较快冷却时，过剩的N由于来不及析出便过饱和地溶解在铁素体中。随后在2000C～2500C加热（或者钢材在室温下静置，随着时间的延长），将会发生氮化物Fe4N的析出，使钢的强度、硬度上升，而塑性、韧性大大降低，为种现象称为蓝脆（时效脆性）。

在钢液中加入Al、Ti进行脱N处理，使N固定在AlN及TiN中，可以消除钢的时效倾向。

4、氢（H）：炼钢炉料和浇注系统带有水分或由于空气潮湿，都会使钢中的H含量增加。H是钢中的有害元素，钢中含H将使钢材变脆，称为氢脆。H还会使钢中出现白点等缺陷，这种现象在合金钢中尤为严重。焊接时H主要来源于焊接材料中的水分、电弧周围空气中的水蒸气、母材坡口表面的铁锈、油污等。

5、氧（O）：在钢中部分溶入铁素体，另一部分以金属氧化物夹杂形式存在于钢中。O以金属氧化物形式存在于非金属夹杂物中时，对钢的性能有不良的影响。O含量增加会使钢的强度、塑性降低。氧化物夹杂对钢的力学性能（尤其是疲劳强度）有严重的影响，钢中的FeO与其它夹杂物形成低熔点的复合化合物聚集在晶界上时，会造成钢的热脆性。

焊缝金属和钢中所含的O几乎全部以氧化物（FeO、SiO2、MnO、Al2O3等）和硅酸盐夹杂物的形式存在。焊缝含0量一般是指总含O量，它既包括溶

解的O，也包括非金属夹杂物中的O。焊接低碳及低合金钢时，尽管母材和焊丝的含O量很低，但是由于金属与气相和熔渣作用的结果，焊缝金属的含O量总是增加的。

N、H、O元素对焊缝金属的主要影响是导致脆化、产生气孔和裂纹，降低焊缝金属的塑性和韧性。