焊丝及选用

2．淬硬性和冷裂纹




中碳调质钢的淬硬倾向十分明显，HAZ容易出现硬脆 的马氏体组织，增大了焊接接头区的冷裂纹倾向。 母材C含量越高，淬硬性越大，焊接冷裂纹倾向越大。 中碳调质钢对冷裂纹的敏感性之所以比低碳调质钢大， 除了淬硬倾向大外，还由于Ms点较低，在低温下形成 的马氏体难以产生“自回火”效应。 由于马氏体中的碳含量较高，有很大的过饱和度，点 阵畸变更严重，因而硬度和脆性更大，冷裂纹敏感性 也更突出。
3.4.2 中碳调质钢的焊接性分析 1. 焊缝中的热裂纹 2. 淬硬性和冷裂纹 3. 热影响区的脆化和软化
1．焊缝中的热裂纹
（1）产生原因：(C高、合金元素总量高、成分偏析) 中碳调质钢含碳量及合金元素总量较高，焊缝凝固结 晶时，固-液相温度区间大，结晶偏析倾向严重，焊接 时易产生结晶裂纹，具有较大的热裂纹敏感性。 例如30CrMnSi由于C、Si含量较高，热裂倾向较大。 为了防止产生热裂纹，要求采用低碳低硅焊丝（焊丝 中C<0.15%，最高不超过0.25%），严格限制母材 及焊丝中的S、P含量（S+P<0.03%~0.035%）。 对于重要产品的钢材和焊丝，要求采用真空熔炼或电 渣精炼，将S、P总量限制在0.025%以下。
（2）防止热裂纹的措施
焊接中碳调质钢时，应考虑到可能出现热裂纹问题，尽 可能选用低碳、低Si以及含S、P杂质少的焊材。 采用碱性焊条。 在焊接工艺上应注意填满弧坑和保证良好的焊缝成形。 因为热裂纹容易出现在未填满的弧坑处，特别是多层焊 时第一层焊道的弧坑中以及焊缝的凹陷部位。 控制焊接热输入。


中碳调质钢的焊接
3.4 中碳调质钢的焊接

Leabharlann Baidu

中碳调质钢中的碳和其他合金元素含量较高， 通过调质处理（淬火+回火）可获得较高的强 度性能。 中碳调质钢合金元素的加入主要是起保证淬透 性和提高抗回火性能的作用，而其强度性能主 要还是取决于含碳量。 随着碳含量的提高，钢的焊接性明显变差，焊 接难度增大。


典型钢种

Cr-Mn-Si系 30CrMnSiA 前苏联王牌钢，不含贵重的Ni元素，在我国
得到广泛的应用。
C 0.25-0.45%, Cr、Mo均0.8-1.1%, Si 0.9-1.2% 880℃油淬，530℃回火，组织是回火索氏体 σb>1100MPa，低温回火σb>1600MPa
主要用于坦克、装甲车外壳、飞机起落架、汽车主轴等
3.4.1 中碳调质钢的成分和性能
屈服强度达880~1176MPa以上，含碳量较高 （0.25%~0.5%），加入Mn、Si、Cr、Ni、B及 Mo、W、V、Ti等，以保证钢的淬透性，消除回火脆 性，通过调质处理获得综合性能较好的高强钢。 中碳调质钢的主要特点: 高的比强度和高硬度（例如可用作火箭外壳和装甲钢 等），中碳调质钢的淬硬性比低碳调质钢高很多，热 处理后达到很高的强度和硬度，但韧性相对较低，给 焊接带来了很大的困难。

Cr-Mo系 美国H-11，超高强钢，极高的强度且有较高的耐热性 成分相当于35Cr5MoSiV 真空冶炼，1000℃空淬，500℃回火，σs 2000MPa S、P<0.01%，强化相Mo2C、V4C3，弥散分布 主要用于：超音速喷气式飞机
40Cr 一种广泛应用的含Cr中碳调质钢
（σb 1000MPa，AKV≥47J）
（1）冷裂原因分析


屈服强度590~980MPa的中碳调质钢的Ceq一般超过 0.5%，多数超过0.6%，属于高淬硬倾向的钢。 从碳当量来看，中碳调质钢与低碳调质钢的差别不很 显著。二者的焊接性却差别很大。 因此，中碳调质钢的冷裂倾向比低碳调质钢更为严重 的原因主要在马氏体的类型和性能上。 低碳马氏体有“自回火”作用，所以冷裂纹倾向较小。 分析各种钢的冷裂敏感性时，不仅要看焊接区的马氏 体形成的倾向，还必须考虑到马氏体的类型和性能。
3．热影响区的脆化和软化
(1) 热影响区脆化 中碳调质钢由于碳含量较高（C=0.25%~0.45%），合 金元素较多，有相当大的淬硬倾向。 马氏体起始转变温度Ms一般低于400℃，无“自回火” 过程。 在焊接HAZ易产生大量脆硬的马氏体组织（尤其是高 碳、粗大的马氏体），导致热影响区脆化。 生成的高碳马氏体越多，脆化越严重。 马氏体的硬度≥500HV，这样高硬度的马氏体组织必 然导致较低的韧性。



40Cr钢具有良好的综合力学性能、较高的淬透性和较高的疲劳 强度，用于制造较重要的在交变载荷下工作的机器零件，如用于 制造齿轮、轴类等。 钢中加入Cr<1.5%时能有效的提高钢的淬透性，继续增加Cr含 量无实际意义。Cr约1%时对钢的塑性、韧性略有提高，超过 2%时对塑性影响不大，但略使冲击韧性下降。 Cr能增加低温或高温的回火稳定性，但40Cr钢有回火脆性。
（2）防止冷裂纹的措施



焊接中碳调质钢时，应尽量降低焊接接头的含氢量， 除采取焊前预热措施外，焊后须及时进行回火处理。 中碳调质超高强钢还具有应力腐蚀开裂敏感性。这种 应力腐蚀开裂常发生在水或高湿度空气等弱腐蚀性介 质中。 为了降低焊接接头的应力腐蚀开裂倾向，应采用热量 集中的焊接方法和较小的焊接热输入，避免焊件表面 的焊接缺陷和划伤。




防止HAZ脆化的措施



从减小淬硬倾向出发，本应采用大热输入才有利，但 由于这种钢的淬硬性强，仅通过增大热输入还难以避 免马氏体的形成，相反却增大了奥氏体的过热，促使 形成粗大的马氏体，反而使HAZ过热区的脆化更为严 重。 因此，防止HAZ脆化的工艺措施主要是采用小热输入， 同时采取预热、缓冷、后热等措施。 因为采用小热输入减少了高温停留时间，避免奥氏体 晶粒的过热，同时采取预热和缓冷等措施来降低冷却 速度，这对改善HAZ性能也是有利的。
30CrMnSiNi2A 加Ni，提高淬透性、强度，焊接性差 40CrMnSiMoVA 加Mo、V，提高强度，但焊接性差
飞机起落架

Cr-Ni-Mo系 美国4340（相当于40CrNi2Mo） σs 1330MPa 综合性能良好，强度高、韧性好、高负荷、抗冲击。 主要用于坦克、飞机、火箭外壳、航天 40CrNiMoA、34CrNi3MoA 由于加入3%Ni和Mo，显著地提高了淬透性和抗回火 软化的能力，对改善钢的韧性也有好处，具有良好的综 合性能，如强度高、韧性好等。主要用于高负荷、大截 面的轴类以及承受冲击载荷的构件，如汽轮机、喷气涡 轮机轴以及喷气式客机的起落架和火箭发动机外壳等。