高强钢焊接
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江苏石油勘探局职工培训处
高强钢焊接材料选用原则：
焊接性 （接合性能、实用性能） 工艺性 （操作性能、成形性能） 经济性 （生产效率、消耗费用） 注意因素： 1 母材的化学活性 2 不应追求焊缝成分与母材成分相同 3 焊缝成分不等于焊接材料成分 4 正确遵循技术标准. 5 等强性、 等韧性、 熔合比、
低合金钢的强化途径
低合金钢的强化途径包括： 1）合金强化 2）组织强化（如淬火+回火） 3）控轧控冷工艺（TMCP） 4）淬火+自回火控制轧制（QST）
1）合金强化（固溶强化、析出强化） 通过合金元素的固溶强化、细晶强化、析 出强化，提高钢板的强度和韧性；通过正火细 化晶粒、均匀组织，进一步提高钢板的塑性和 韧性。 2）组织强化（如淬火+回火） 轧制后加热温度超过相变温度30-50℃，经 水冷后生成淬火饱和固溶体为不稳定组织，强 度、硬度都很高。随后进行回火可使淬火固溶 体分解，达到对钢材塑性和韧性的要求。
3）控轧控冷低于铁素体开始生 成的温度下完成终轧。 控轧：在更低的温度下停轧，抑制高温奥氏体晶粒长大； 控冷：轧后立即加快冷却速度，避免晶粒长大，提高形 核率，通过细化晶粒显著改善钢的强韧性。 4）淬火+自回火控制轧制（QST） 淬火后利用钢截面中部的温度散热进行回火，实质 是TMCP工艺的特殊应用。经过这种工艺处理的钢材， 强度高而且焊接性好。
高强钢的合金系
强度级别为600MPa的钢主要为Mn-Si系和在Mn-Si 基础上加少量的Cr、Ni、Mo、V； 700MPa级的钢主要为Mn-Si-Cr-Ni-Mo系，合金元 素加入量较600MPa级的钢多一些，另外还加入少量的V； 800MPa级的钢主要为Mn-Si-Cr-Ni-Mo-Cu-V系，并 加入一定量的B； 1000MPa级的钢合金系列与800MPa级的钢基本相同， 但合金元素加入量较高，尤其是为了保证韧性加入较 多的Ni。
江苏石油勘探局职工培训处
这个矛盾是围绕着冷却速度而产生的。低合金高 强钢淬透性大,冷裂倾向大,但是由于含碳量低,焊接形 成低碳马氏体又加上其转变温度较高,在此温度下冷却 得比较慢,生成的马氏体得以“自回火”,冷裂纹可以 避免。如果马氏体转变速度很快那么马氏体就不到 “自回火”,冷裂纹倾向必然增大。热影响区的脆化是 由于焊接冷却时在800 ℃～500 ℃区间的冷却速度 (t85) 慢导致形成了上贝氏体加M - A 的混合脆性组 织。我们可以清楚地看出低合金调质高强钢焊接工艺 的重点任务之一是在交集区域内寻找合适的冷却速度 从而得到解决矛盾的平衡点。为了得到合适的冷却速 度并控制好热影响区的软化,必须要综合考虑的因素有 焊接方法、焊材匹配、线能量、预热及层间温度等。
焊材匹配 对于高强钢焊材匹配的原则一般来说有两种,一是 “等强匹配”即熔敷金属强度级别与母材的强度级别 相当;二是“低强匹配”也可以说是等韧性匹配,目的 是得到更多的韧性储备以获得更好的抗冲击、抗裂性 能。在实际应用中大多数采用了等强匹配的原则。 有研究认为在高强钢的焊接中采用等韧原则,只要 焊缝金属的强度不低于母材的87 %就能保证接头与母 材等强,提出了根部焊道采用低强打底,填充层和覆层 采用高强焊材的工艺能得到塑韧性好、强度合格、产 生裂纹可能性小的接头。
江苏石油勘探局职工培训处
普通低合金钢的应用
普通钢结构指一般用途的各种钢结构，如 建筑、桥梁和车辆等，这类钢通称为普通低合 金结构钢。其中大部分是C—Mn钢、C—Mn—V 钢、C—Mn—Nb钢和C—Mn—V—Nb钢。 对于抗拉强度在600MPa以下的钢，一般为 热轧状态供货。对于强度级别较高或对冲击韧 性有特殊要求的钢材，应以正火状态或调质状 态供货。对于利用沉淀强化机制提高合金强度 的低合金钢，必须以正火状态供货。
江苏石油勘探局职工培训处
高强钢的用途及发展
低合金高强钢的用途
目前世界钢产量中有70％以 上属于工程结构用钢，而工程结 构用钢中60％以上属于低合金钢。 由于国民经济各行业使用的工程 结构用钢对钢材性能的要求越来 越高，因而低合金钢的发展相当 迅速，所占比例还将不断提高。 高强钢强度级别不同，合金 元素及含量也不同，成分设计既 要满足使用性要求，又要考虑其 经济性。
汽车用高强钢的焊接技术
卜隆迪
高强钢焊接结构涉及到国民经济和国防建设的各 个领域。高强钢在今后很长一个时期内将作为主要的 工程材料发挥重要作用。 我国已成为世界第一大产钢国。品种和质量也在 迅速发展和提高，对焊接性能提出了更高的要求。 随着科学技术的发展，高强度钢在焊接结构中的 应用日益广泛，越来越受到工程界的重视。
低合金调质钢的应用
科学的发展和技术进步，使焊接结构设计向高参 数、轻量化及大型化发展。低合金钢由于性能优异和 经济效益显著，在焊接结构中得到越来越广泛的应用。 低合金调质钢的广泛应用，在工业生产和国防建 设的各个领域取得了十分明显的经济和社会效益。这 类钢强度高、韧性好，为节约钢材和减轻焊接结构自 重创造了条件。对于车辆、船舶、工程机械等运行结 构，由于减轻自重，可以节约能源、提高运载能力和 工作效率。 采用焊接性好的低合金调质高强度钢可促进工程 结构向大型化、轻量化和高效能方向发展。由于壁厚 减薄，重量减轻，从而减少焊接工作量，为野外施工、 吊装创造了条件。这类钢强韧性和综合性能好，可以 大大提高设备的耐用性，延长其使用寿命。
8000 7000 6000
中厚板 低合金高强度钢板
产量 /万吨
5000 4000 3000 2000 1000 0
1986 1996 2006 2008 2010
年份
国内钢板及低合金高强钢产量情况
钢结构离不开焊接
全世界结构钢的年消耗量 约3.5~5.5亿吨，并以每年 5%~8%的速度增长； 我国发展的更为迅速， 近几年每年钢产量增长超 过15%。 工业化国家：人均钢材 占有量350kg， 焊接与钢材用量成正比。 因为约60%的钢材需要焊 接加工。
按其供货时的热处理状态
合金结构钢分为热轧、控轧、正火、TMCP（控冷控 轧）、调质（淬火＋回火）。 调质处理（QT）分为水调质处理（淬火＋回火）和空气 调质处理（正火＋回火）两种。 屈服强度低于420MPa的低合金钢中薄板可以热轧（或控 轧）状态供货；屈服强度500MPa以上的低合金钢厚板， 多以正火（或空气调质）状态供货. 屈服强度690MPa以上的高强度钢大都是调质处理 （淬火＋回火）。
低合金调质高强钢的焊接工艺
焊接方法 对于高强钢焊接方法的选取,大都采用焊接热输入 密度集中、效率高、熔池保护及脱氢效果好、焊接变 形小的CO2 焊或者富氩混合气体保护焊,但也有根据各 自生产制造实际采用手工焊条电弧焊、埋弧自动焊以 及复合焊接方法焊接的, 各种焊接方法都具有各自的 优缺点和使用场所、范围,选取哪种焊接方法则应遵循 在保证焊缝无裂纹等缺陷、性能合格、成型美观基础 上经济、高效的原则。
低合金调质高强钢的焊接性
低合金调质高强钢含碳量较低,一般都在0. 18 %以 下,其高强度及良好的综合机械性能是通过在低碳基础 上加入多种提高淬透性的合金元素和调质热处理获得 强度高、韧性好的低碳(板条)马氏体和部分下贝氏体 组织而得到的。 这类钢合金系统复杂,淬硬性大,在焊接过程中主要 会出现三个问题: (1) 热影响区的软化; (2) 热影响 区的脆化; (3) 焊接冷裂纹。热影响区的软化是因为 热影响区上凡是被加热且温度处于回火温度以上的区 域,其碳化物会积聚长大而使钢材软化。对于焊后不再 进行调质处理的焊接,热影响区软化的问题是不可避免 的,焊接工艺的任务是要控制好热输入等参数以得到合 适的软化区域宽度和软化程度。热影响区的脆化和焊 接冷裂纹则是矛盾的两个方面,拘束度相同的情况下,
高强钢焊接材料选用原则：
焊接性 （接合性能、实用性能） 工艺性 （操作性能、成形性能） 经济性 （生产效率、消耗费用） 注意因素： 1 母材的化学活性 2 不应追求焊缝成分与母材成分相同 3 焊缝成分不等于焊接材料成分 4 正确遵循技术标准. 5 等强性、 等韧性、 熔合比、
低合金钢的强化途径
低合金钢的强化途径包括： 1）合金强化 2）组织强化（如淬火+回火） 3）控轧控冷工艺（TMCP） 4）淬火+自回火控制轧制（QST）
1）合金强化（固溶强化、析出强化） 通过合金元素的固溶强化、细晶强化、析 出强化，提高钢板的强度和韧性；通过正火细 化晶粒、均匀组织，进一步提高钢板的塑性和 韧性。 2）组织强化（如淬火+回火） 轧制后加热温度超过相变温度30-50℃，经 水冷后生成淬火饱和固溶体为不稳定组织，强 度、硬度都很高。随后进行回火可使淬火固溶 体分解，达到对钢材塑性和韧性的要求。
3）控轧控冷低于铁素体开始生 成的温度下完成终轧。 控轧：在更低的温度下停轧，抑制高温奥氏体晶粒长大； 控冷：轧后立即加快冷却速度，避免晶粒长大，提高形 核率，通过细化晶粒显著改善钢的强韧性。 4）淬火+自回火控制轧制（QST） 淬火后利用钢截面中部的温度散热进行回火，实质 是TMCP工艺的特殊应用。经过这种工艺处理的钢材， 强度高而且焊接性好。
高强钢的合金系
强度级别为600MPa的钢主要为Mn-Si系和在Mn-Si 基础上加少量的Cr、Ni、Mo、V； 700MPa级的钢主要为Mn-Si-Cr-Ni-Mo系，合金元 素加入量较600MPa级的钢多一些，另外还加入少量的V； 800MPa级的钢主要为Mn-Si-Cr-Ni-Mo-Cu-V系，并 加入一定量的B； 1000MPa级的钢合金系列与800MPa级的钢基本相同， 但合金元素加入量较高，尤其是为了保证韧性加入较 多的Ni。
江苏石油勘探局职工培训处
这个矛盾是围绕着冷却速度而产生的。低合金高 强钢淬透性大,冷裂倾向大,但是由于含碳量低,焊接形 成低碳马氏体又加上其转变温度较高,在此温度下冷却 得比较慢,生成的马氏体得以“自回火”,冷裂纹可以 避免。如果马氏体转变速度很快那么马氏体就不到 “自回火”,冷裂纹倾向必然增大。热影响区的脆化是 由于焊接冷却时在800 ℃～500 ℃区间的冷却速度 (t85) 慢导致形成了上贝氏体加M - A 的混合脆性组 织。我们可以清楚地看出低合金调质高强钢焊接工艺 的重点任务之一是在交集区域内寻找合适的冷却速度 从而得到解决矛盾的平衡点。为了得到合适的冷却速 度并控制好热影响区的软化,必须要综合考虑的因素有 焊接方法、焊材匹配、线能量、预热及层间温度等。
焊材匹配 对于高强钢焊材匹配的原则一般来说有两种,一是 “等强匹配”即熔敷金属强度级别与母材的强度级别 相当;二是“低强匹配”也可以说是等韧性匹配,目的 是得到更多的韧性储备以获得更好的抗冲击、抗裂性 能。在实际应用中大多数采用了等强匹配的原则。 有研究认为在高强钢的焊接中采用等韧原则,只要 焊缝金属的强度不低于母材的87 %就能保证接头与母 材等强,提出了根部焊道采用低强打底,填充层和覆层 采用高强焊材的工艺能得到塑韧性好、强度合格、产 生裂纹可能性小的接头。
江苏石油勘探局职工培训处
普通低合金钢的应用
普通钢结构指一般用途的各种钢结构，如 建筑、桥梁和车辆等，这类钢通称为普通低合 金结构钢。其中大部分是C—Mn钢、C—Mn—V 钢、C—Mn—Nb钢和C—Mn—V—Nb钢。 对于抗拉强度在600MPa以下的钢，一般为 热轧状态供货。对于强度级别较高或对冲击韧 性有特殊要求的钢材，应以正火状态或调质状 态供货。对于利用沉淀强化机制提高合金强度 的低合金钢，必须以正火状态供货。
江苏石油勘探局职工培训处
高强钢的用途及发展
低合金高强钢的用途
目前世界钢产量中有70％以 上属于工程结构用钢，而工程结 构用钢中60％以上属于低合金钢。 由于国民经济各行业使用的工程 结构用钢对钢材性能的要求越来 越高，因而低合金钢的发展相当 迅速，所占比例还将不断提高。 高强钢强度级别不同，合金 元素及含量也不同，成分设计既 要满足使用性要求，又要考虑其 经济性。
汽车用高强钢的焊接技术
卜隆迪
高强钢焊接结构涉及到国民经济和国防建设的各 个领域。高强钢在今后很长一个时期内将作为主要的 工程材料发挥重要作用。 我国已成为世界第一大产钢国。品种和质量也在 迅速发展和提高，对焊接性能提出了更高的要求。 随着科学技术的发展，高强度钢在焊接结构中的 应用日益广泛，越来越受到工程界的重视。
低合金调质钢的应用
科学的发展和技术进步，使焊接结构设计向高参 数、轻量化及大型化发展。低合金钢由于性能优异和 经济效益显著，在焊接结构中得到越来越广泛的应用。 低合金调质钢的广泛应用，在工业生产和国防建 设的各个领域取得了十分明显的经济和社会效益。这 类钢强度高、韧性好，为节约钢材和减轻焊接结构自 重创造了条件。对于车辆、船舶、工程机械等运行结 构，由于减轻自重，可以节约能源、提高运载能力和 工作效率。 采用焊接性好的低合金调质高强度钢可促进工程 结构向大型化、轻量化和高效能方向发展。由于壁厚 减薄，重量减轻，从而减少焊接工作量，为野外施工、 吊装创造了条件。这类钢强韧性和综合性能好，可以 大大提高设备的耐用性，延长其使用寿命。
8000 7000 6000
中厚板 低合金高强度钢板
产量 /万吨
5000 4000 3000 2000 1000 0
1986 1996 2006 2008 2010
年份
国内钢板及低合金高强钢产量情况
钢结构离不开焊接
全世界结构钢的年消耗量 约3.5~5.5亿吨，并以每年 5%~8%的速度增长； 我国发展的更为迅速， 近几年每年钢产量增长超 过15%。 工业化国家：人均钢材 占有量350kg， 焊接与钢材用量成正比。 因为约60%的钢材需要焊 接加工。
按其供货时的热处理状态
合金结构钢分为热轧、控轧、正火、TMCP（控冷控 轧）、调质（淬火＋回火）。 调质处理（QT）分为水调质处理（淬火＋回火）和空气 调质处理（正火＋回火）两种。 屈服强度低于420MPa的低合金钢中薄板可以热轧（或控 轧）状态供货；屈服强度500MPa以上的低合金钢厚板， 多以正火（或空气调质）状态供货. 屈服强度690MPa以上的高强度钢大都是调质处理 （淬火＋回火）。
低合金调质高强钢的焊接工艺
焊接方法 对于高强钢焊接方法的选取,大都采用焊接热输入 密度集中、效率高、熔池保护及脱氢效果好、焊接变 形小的CO2 焊或者富氩混合气体保护焊,但也有根据各 自生产制造实际采用手工焊条电弧焊、埋弧自动焊以 及复合焊接方法焊接的, 各种焊接方法都具有各自的 优缺点和使用场所、范围,选取哪种焊接方法则应遵循 在保证焊缝无裂纹等缺陷、性能合格、成型美观基础 上经济、高效的原则。
低合金调质高强钢的焊接性
低合金调质高强钢含碳量较低,一般都在0. 18 %以 下,其高强度及良好的综合机械性能是通过在低碳基础 上加入多种提高淬透性的合金元素和调质热处理获得 强度高、韧性好的低碳(板条)马氏体和部分下贝氏体 组织而得到的。 这类钢合金系统复杂,淬硬性大,在焊接过程中主要 会出现三个问题: (1) 热影响区的软化; (2) 热影响 区的脆化; (3) 焊接冷裂纹。热影响区的软化是因为 热影响区上凡是被加热且温度处于回火温度以上的区 域,其碳化物会积聚长大而使钢材软化。对于焊后不再 进行调质处理的焊接,热影响区软化的问题是不可避免 的,焊接工艺的任务是要控制好热输入等参数以得到合 适的软化区域宽度和软化程度。热影响区的脆化和焊 接冷裂纹则是矛盾的两个方面,拘束度相同的情况下,