合金元素对金属材料焊接性能影响

合金元素对金属材料焊接性能的影响

摘要本文研究了M n、C、Si、Mo 、Cr、N i、T i、N b 等合金元素对低合金钢和不锈钢焊接性能(包括焊缝的机械性能、耐蚀性、耐热性等)的影响。合金元素的含量对低合金钢焊接过程中组织的变化，及达到最佳性能是某些合金元素得到含量值；同时分析了合金元素对25-20 型奥氏体不锈钢、00Cr12NiTi 铁素体不锈钢、2205 双相不锈钢，超级马氏体不锈钢(SMSS)组织和性能的影响。分析结果表明：合金元素的加入, 对焊缝的组织及其性能具有明显的改善和提高的作用，为钢材在工程项目中的应用起到了关键作用。关键词: 合金元素焊接性能组织及性能Alloying elements on weldability of metallic materials Abstract This paper studies the M n, C, Si, Mo, Cr, N i, T i, N b and other alloying elements on the low-alloy steel and stainless steel welding performance (including the weld mechanical properties,corrosion resistance, heat resistance etc.) influence.Content of alloying elements during welding of low alloy organizational changes, and to achieve the best performance is the value of certain alloying elements to be content; Simultaneous analysis of alloy elements on the 25-20 type austenitic stainless steel, 00Cr12NiTi ferritic stainless steel, 2205 duplex stainless steel, super

martensitic stainless steel (SMSS) organization and performance. The results showed that: Alloy elements added, the performance of the weld and its obvious to improve and enhance the role of steel in the project application has played a key role. Keywords: Alloying elements Welding performance Organization and Performance 前言产品的技术条件中所规定的使用性能是根据产品的使用条件制定的。工作条件越苛刻(如高温、高压、与强腐蚀介质接触) , 对焊接接头质量要求越高, 满足这些条件的难度也随之增加, 致使对钢材性能的稳定和焊接技术提出了更新更高的要求, 这就要求不但有良好稳定的原始组织, 而且要具有良好的焊接性能。焊接性一直是人们所关注的一项重要性能,它在很大程度上决定了某种钢能否大量应用。要保证良好的焊接性能, 又要保证合金钢的实用价值，不可避免地要加入合金元素，而加入元素的选择则成了必须考虑的问题。先就将各种合金元素对焊接性能的影响分析如下： 1 合金元素对低合金钢焊接性能的影响1.1 锰(Mn)对焊接性能的影响在焊缝中增加锰的含量，增加了针状铁素体的数量，同时相应减少了先共析铁素体和层状组分的数量,细化了焊缝的针状铁素体和粗晶区、细晶区的纤维组织；改善组织和细化珠光体晶粒，提高焊缝的强度和淬透性，故可以降低脆性转变温度；增加0.1%Mn，焊

缝的屈服强度和抗拉强度约提高10MPa；含1.5%Mn 时焊态和消除应力状态下焊缝的冲击韧性为最佳；经应变时效焊缝的冲击韧性，在含锰量较高时达到最佳值；锰可以用来脱硫, 从而减少低熔点化合物在晶间的分布, 降低了焊缝金属的结晶裂纹敏感性。1.2 碳(C)对焊接性能的影响碳是合金钢中必不可少的元素, 但也是使焊接性恶化的元素, 焊缝中随着碳的含量增加, 焊缝的强度、硬度会有所增加, 同时, 焊缝的结晶裂纹和焊接接头的冷裂纹倾向都要增大,

因而在选用焊接材料时, 应控制焊材向焊缝中过渡的碳的数量。（1）碳在低强度焊缝中增加碳就增加了针状铁素体的数量，同时减少了先共析铁素体数量；细化了粗晶区、细晶区的组织；增加了细晶区的二次相数量；提高了硬度、屈服强度和抗拉强度；显著减少了冲击吸收功的分散度；当含碳量为0.07%~~0.09%时含 1.4%Mn 可获得最佳韧性。（2）碳在高强度焊缝中碳增加，增加针状铁素体的比例，减少晶界铁素体的数量；焊态下焊缝的硬度、屈服强度、抗拉强度匀随含碳量的增加（0.05%~~0.12%）而提高，焊口的冲击韧性随含碳量的增加而减小；含碳量为0.07%~~0.10%的焊缝在焊态和消除应力状态匀可得到良好的强度与韧性匹配。1.3 硅(Si)对焊接性能的影响硅会引起固溶强化和二次相系数增多，而导致焊缝金属变脆，所以从韧性考虑添加硅是有害的。但从防止焊缝气孔形成考虑，

焊缝金属中至少应含有0.2%Si，在冶金方面, 硅是良好的脱氧剂并可防止CO 气孔因此, 焊缝中应含有一定量的硅, 但应注意到脱氧产物很容易形成硅酸还将夹渣, 低熔点的硅

酸盐可能导致结晶裂纹, 此外, 硅酸盐还会增加熔渣和熔

化金属的粘度, 引起较严重的飞溅, 影响焊接量。随硅含量的增加焊缝的硬度、屈服强度、抗拉强度会呈非线性增加；韧性下降，其损坏程度与含锰量有关，当含锰量处在1.4%最佳时，含硅量可允许高达0.5%，则焊缝可具有所需的各项力学性能。1.4 钼(Mo)对焊接性能的影响钼是提高热强性有效元素, 能提高热影响区的淬硬倾向, 使裂纹敏感性增大。添加钼后由于焊缝金属固溶硬化，先共析铁素体量逐渐减少，针状铁素体比例开始时增多，随后减少，提高了柱晶区、粗晶区、细晶区和不完全相变区的硬度，并减少了这些不同区域之间硬度的差别。无钼焊缝和含1.1%Mo 焊缝之间的硬度相差40-50HV。钼对焊缝强度的影响比锰大，由于钼引起的固溶强化和碳化物析出所致，含钼量超过

0.5%的焊缝经消除应力后强度有所提高。对于焊缝的韧性，在焊态，一般认为W MO = 0、25- 0、50% , 既可强化金属, 又可改善韧性,W MO > 0、5%韧性开始恶化,为防止脆化,W MO 不超过0、65%。低锰时添加0.25%Mo 是有益的，在消除应力下添加钼匀有害。另外, 钼还可以提高焊缝的耐蚀性, 但只有当焊缝中钼的含量处于0、16%～0、