材料焊接性第3章_合金结构钢1

1、第第3章章 合金结构钢的焊接合金结构钢的焊接3.1 3.1 合金结构钢的分类和性能合金结构钢的分类和性能3.1.1 3.1.1 合金结构钢的分类合金结构钢的分类合金结构合金结构钢的分类钢的分类化学化学成分成分合金合金系统系统组织组织状态状态用途或使用途或使性能等性能等按合金元素按合金元素总含量的多总含量的多少分有少分有低合合钢低合合钢一般一般w (Me)w (Me)5 5；中合金钢中合金钢w (Me)=5w (Me)=51010高合金钢高合金钢w (Me)w (Me)1010。1. 1. 按合金元素总含量的多少分有：按合金元素总含量的多少分有：2. 2. 按用途和性能分有按用途和性能分有 按回

2、火状态按回火状态按强度等级按强度等级热处理状态热处理状态非调质钢非调质钢 经过淬火经过淬火-回火回火的调质钢的调质钢 l热轧与正火钢热轧与正火钢中碳调质钢中碳调质钢低碳调质钢低碳调质钢珠光体耐热钢珠光体耐热钢低合金耐蚀钢低合金耐蚀钢低温钢低温钢热轧钢热轧钢 控轧钢控轧钢 正火钢正火钢 国内外常见的合金结构钢的牌号见表国内外常见的合金结构钢的牌号见表3-1表表3-1 3-1 国内外常见的合金结构钢国内外常见的合金结构钢3.1.2 3.1.2 合金结构钢的基本性能合金结构钢的基本性能基基本本性性能能化学成分化学成分力学性能力学性能显微组织显微组织1.2 合金结构钢的基本性质 化学成分： 低合金结构

3、钢是在低碳钢基础上（低碳钢的化学成分为：wC=0.10%0.25%，wSi0.3%，wMn=0.5%0.8%）添加一定量的合金元素构成的。低合金钢加入的元素有Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，杂质元素P、S的含量要限制在较低的程度。C C： 控制钢材强度、硬度的重要元素，每1C可增加抗拉强度约980MPa。SiSi：也是增大强度、硬度的元素，每1Si可增加抗拉强度约98MPa。MnMn：增加淬透性，提高韧性，降低 S 的危害等。AlAl：细化钢材组织，控制冷轧钢板退火织构。NbNb：细化钢材组织，增加强度、韧性等。V V： 细化钢材组织，增加强度、韧性等。CrCr：增加强度、

4、硬度、耐腐蚀性能。 用于焊接结构的低中合金钢合金元素总的质量分数一用于焊接结构的低中合金钢合金元素总的质量分数一般般10%。各种元素对合金结构钢下临界点温度的综合影响。各种元素对合金结构钢下临界点温度的综合影响可用下述公式表示：可用下述公式表示： A1 = 720 + 28wSi + 5wCr + 6wCo + 3wTi 5wMn 10wNi 3wV ， （3-1） 由上述公式可见：由上述公式可见：Si、Cr、Co和和Ti等元素能提高下临界等元素能提高下临界点点A1的温度（缩小的温度（缩小区），而区），而Mn、Ni和和V则降低则降低A1点温度点温度（扩大（扩大区）。区）。化学成分：化学成分：以

5、以Ni元素为代表（元素为代表（Ni组元素，扩大组元素，扩大区）：区）：Ni、Mn、Co以以Cr元素为代表（元素为代表（Cr组元素，缩小组元素，缩小区）：区）：Cr、Si、P、Al、Ti、V、Mo、W。合金元素的影响程度不仅取决于它的含量，还取决于同时存在的其它合金元素的性质和含量。合金元素的影响程度不仅取决于它的含量，还取决于同时存在的其它合金元素的性质和含量。 加入合金元素能加入合金元素能细化晶粒细化晶粒，而且各种合金元素在不同程度上改变了，而且各种合金元素在不同程度上改变了钢的钢的奥氏体转变动力学奥氏体转变动力学，直接影响钢的淬硬倾向。如，直接影响钢的淬硬倾向。如C、Mn、Cr、Mo、V、

6、W、Ni和和Si等元素能提高钢的淬硬倾向，而等元素能提高钢的淬硬倾向，而Ti、Nb、Ta等碳化物形等碳化物形成元素则降低钢的淬硬倾向。（图成元素则降低钢的淬硬倾向。（图3-1）各元素对钢的性能的影响各元素对钢的性能的影响 合金元素对低合金钢屈服强度和抗拉强度的综合影响，可按下列合金元素对低合金钢屈服强度和抗拉强度的综合影响，可按下列经验公式进行计算：经验公式进行计算： s = 122 + 274wC + 82wMn + 55wSi + 54wCr + 44wNi + 78wCu + 353wV + 755wTi + 540wP + 30-2(h-5), MPa b = 230 + 686wC

7、+ 78wMn + 90wSi + 73wCr + 33wNi + 56wCu + 314wV + 529wTi + 450wP + 21-1.4(h-5), MPa式中式中 h为板厚（为板厚（mm）。）。 各种合金元素对结构钢的抗拉强度和屈各种合金元素对结构钢的抗拉强度和屈服强度影响的定量测定数据如服强度影响的定量测定数据如图图3-1所示。所示。图图3-1 3-1 各种合金元素对结构钢的抗拉强度和屈服强度的影响各种合金元素对结构钢的抗拉强度和屈服强度的影响N 元素对钢的性能的影响元素对钢的性能的影响 氮氮在钢中的作用与碳相似，当它溶解在铁中时，将扩在钢中的作用与碳相似，当它溶解在铁中时，将扩

8、大大区。氮能与钢中的其他合金元素形成稳定的氮化物，区。氮能与钢中的其他合金元素形成稳定的氮化物，这些氮化物往往以弥散的微粒分布，从而细化晶粒，提高这些氮化物往往以弥散的微粒分布，从而细化晶粒，提高钢的屈服点和抗脆断能力。钢的屈服点和抗脆断能力。 氮氮的影响既决定于其含量，也决定于在钢中存在的其的影响既决定于其含量，也决定于在钢中存在的其他合金元素的种类和数量。他合金元素的种类和数量。Al、Ti和和V等合金元素对氮具等合金元素对氮具有较高的亲和力，并能形成较稳定的氮化物。因此，为了有较高的亲和力，并能形成较稳定的氮化物。因此，为了充分发挥氮作为合金元素的作用，钢中必须同时加入充分发挥氮作为合金元

9、素的作用，钢中必须同时加入Al、V和和Ti等氮化物形成元素。等氮化物形成元素。 合金元素的作用合金元素的作用 合金元素或者与Fe形成固溶体，或者形成碳化物（除Ti、Nb和Ta外），都产生了延迟奥氏体分解的作用并由此提高了钢的淬硬倾向。各种元素对钢的力学性能和工艺性能的影响，取决于它的含量和同时存在的其他合金元素。 添加一些合金元素，如Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，主要是为了提高钢的淬透性和马氏体的回火稳定性。这些元素可以推迟珠光体和贝氏体的转变，使产生马氏体转变的临界冷却速率降低。低合金调质高强钢由于含碳量低，所以淬火后得到低碳马氏体，而且发生“自回火”现象，脆性小，具有良好的

10、焊接性。 强度(strength)：在外力作用下，材料抵抗塑性变形和断裂的能力 。屈强比：屈服强度与抗拉强度之比（s /b） 说明： 钢材的强度越高，屈强比增大，屈服强度与抗拉强度之差越小。 不同温度下，钢材的强度不同。（图3-2） 低碳钢的屈强比约为0.7左右，控轧钢板的屈强比约为0.700.85，800MPa级高强钢的屈强比约为0.95。 2. 力学性能力学性能强度强度2 2力学性能力学性能 低合金高强钢的低温拉伸性能如低合金高强钢的低温拉伸性能如图图3-2a所示。所示。 低合金高强钢高温时强度性能的变化如低合金高强钢高温时强度性能的变化如图图3-2b所示。所示。 图图3-2 3-2 低合

11、金高强钢的低温拉伸性能（低合金高强钢的低温拉伸性能（a,ba,b）说明： 试验（GB/T 229-2007）：取10mm10mm 55mm的长方形试样，在试样中央开深度2mm的V形缺口，尖端半径为0.25mm。将摆锤置于一定的高度释放，冲断试件，然后刹车，读出试件冲断时消耗的功。 不同温度，Ak值不同。2. 力学性能力学性能韧性韧性韧性（toughness）：表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。冲击韧性(impact toughness)：材料冲击载荷作用下的断裂时的冲击吸收功Ak ， Ak 与试样缺口底部处横截面积之比为冲击韧度。 合金结构钢具有较高的强度和良好的塑性和韧性，采用不

12、同的合金成分和热处理工艺，可以获得具有不同综合性能的低中合金结构钢。 1. Mn的固溶强化作用很显著，wMn1.7%时可提高韧性、降低脆性转变温度 2. Si虽然显著固溶强化但降低塑性、韧性，一般wSi0.6%； 3. Ni是惟一既固溶强化又同时提高韧性且大幅度降低脆性转变温度的元素， 常用于低温钢。 4. V、Ti、Nb强烈形成碳化物，Al、V、Ti、Nb形成氮化物，析出的微小VC、TiC、NbC及及AlN、VN、TiN、Nb（C、N）产生明显的沉淀强化作用，在固溶强化的基础上屈服强度提高50100MPa，并保持了韧性。 （微量加入） 5.微合金化元素还有B，主要作用是在晶界上阻止先共析铁素

13、体生成及长大，从而改善韧性。3 3显微组织显微组织低合低合金钢金钢热影热影响区响区中的中的显微显微组织组织低碳马氏体低碳马氏体贝氏体贝氏体M-AM-A组元组元珠光体类珠光体类导致具有不同导致具有不同的硬度、强度的硬度、强度性能、塑性和性能、塑性和韧性韧性3. 显微组织显微组织 低合金钢热影响区中的显微组织主要是低碳马氏体、低合金钢热影响区中的显微组织主要是低碳马氏体、贝氏体、贝氏体、M-A组元和珠光体类组织，导致具有不同的硬度、组元和珠光体类组织，导致具有不同的硬度、强度性能、塑性和韧性。几种典型组织（特别是贝氏体组强度性能、塑性和韧性。几种典型组织（特别是贝氏体组织）对低合金钢强度和韧性的影

14、响如图织）对低合金钢强度和韧性的影响如图3-3所示。所示。 低合金结构钢为了获得满意的强度和韧性的组合，晶低合金结构钢为了获得满意的强度和韧性的组合，晶粒尺寸必须细小、均匀，而且应是等轴晶。经粒尺寸必须细小、均匀，而且应是等轴晶。经调质处理调质处理后后的钢材具有较高的强度、韧性和良好焊接性，裂纹敏感性的钢材具有较高的强度、韧性和良好焊接性，裂纹敏感性小，热影响区组织性能稳定。小，热影响区组织性能稳定。 几种典型组织（特别是贝氏体组织）对低几种典型组织（特别是贝氏体组织）对低合金钢强度和韧性的影响如合金钢强度和韧性的影响如图图3-33-3所示。所示。 图图3-33-3典型组织（特别是贝氏体组织）

15、对低合金钢强度和韧性的影响典型组织（特别是贝氏体组织）对低合金钢强度和韧性的影响 低合金高强钢不同比例混合组织的维氏低合金高强钢不同比例混合组织的维氏硬度和相应金相组织的显微硬度见表硬度和相应金相组织的显微硬度见表3-23-2。表表3-2 3-2 常见金相组织及不同混合组织的硬度常见金相组织及不同混合组织的硬度3.2 3.2 热轧及正火钢的焊接热轧及正火钢的焊接常用热轧及正火钢的化学成分和力性能见常用热轧及正火钢的化学成分和力性能见表表3-33-3和和表表3-43-4。热热轧轧及及正正火火钢钢屈服强度为屈服强度为294294490MPa490MPa的低合金高强钢的低合金高强钢一般是在热轧或正火

16、状态一般是在热轧或正火状态下供货使用下供货使用属于非热处理强化钢属于非热处理强化钢 表表3-3 3-3 热轧及正火钢的化学成分热轧及正火钢的化学成分注：括号中的成分选择加入。注：括号中的成分选择加入。表表3-4 3-4 热轧及正火钢的力学性能热轧及正火钢的力学性能1 1热轧钢热轧钢热热轧轧钢钢屈服强度为屈服强度为295-390M295-390MPaPa的的普通低合金钢都属于热轧钢普通低合金钢都属于热轧钢这类钢的基本成分为：这类钢的基本成分为：w wC0.2%C0.2%，w wSi0.55Si0.55%，wMn 1.5%热轧钢通常为铝镇静热轧钢通常为铝镇静(Al脱氧脱氧)的细晶的细晶粒铁素体珠光

17、体组织的钢粒铁素体珠光体组织的钢一般在热轧状态下使用一般在热轧状态下使用Q345Q345（16Mn16Mn）是我国于）是我国于2020世纪世纪5050年代研制和生产应年代研制和生产应用最广泛的热轧钢用最广泛的热轧钢2 2正火钢正火钢正正火火钢钢正火状态下使用的钢：主要正火状态下使用的钢：主要是含是含V V、NbNb、TiTi的钢，如的钢，如Q390Q390、Q345Q345等，主要特点是等，主要特点是屈强比（屈强比（s/s/b b）较高）较高正正火回火状态使用的火回火状态使用的含含MoMo钢：如钢：如14MnMoV14MnMoV、1818MnMoNbMnMoNb等等抗层状撕裂的抗层状撕裂的Z向

18、钢，向钢，屈服强度屈服强度s343MPa类别类别热轧钢热轧钢正火钢正火钢s/ MPa294392 390成分成分wC0.2%，wSi0.55%，wMn 1.5%。在Q345的基础上加入V，Nb，Ti 、 Mo等元素（沉淀强化）组织组织/状态状态热轧态（非热处理强化钢）一般为铝镇静的细晶粒FP正火（含V，Nb，Ti）正火+回火（含Mo）强化机理强化机理Mn、Si合金固溶强化；V、Nb 、 Ti ( 形成碳化物和氮化物 ) 细晶强化，沉淀强化。在固溶强化的基础上，加入促C、N化合物形成元素（如V、Nb、Ti和Mo等），通过沉淀强化和细化晶粒进一步提高钢材的强度和保证韧性。典型钢种典型钢种Q345(

19、16Mn)Q390，Q345 （s/b 高）14MnMoV、18MnMoNb（中温性能好），Z向钢（抗撕裂）3 3微合金控轧钢微合金控轧钢微微合合金金控控轧轧钢钢加入质量分数为加入质量分数为0.1%0.1%左右左右对钢的组织性能有显著或对钢的组织性能有显著或特殊影响的微量合金元素特殊影响的微量合金元素的钢，称为微合金钢的钢，称为微合金钢多种微合金元素（如多种微合金元素（如Nb、Ti、Mo、V、B、RE）的共）的共同作用称为多元微合金化同作用称为多元微合金化单一微合金元素的质量分数单一微合金元素的质量分数通常在通常在0.25%0.25%以下。以下。u 微合金控轧钢是热轧及正火钢中的一个分支，是近

20、年来发展起来的一类新钢种。u 采用微合金化（加入微量Nb、V、Ti）和控制轧制等技术达到细化晶粒和沉淀强化相结合的效果。在冶炼工艺上采取了降C、降S、改变夹杂物形态、提高钢的纯净度等措施，使钢材具有均匀的细晶粒等轴晶铁素体基体。u 微合金化钢就其本质来讲与正火钢类似，它是在低碳的C-Mn钢基础上通过V、Nb、Ti微合金化及炉外精炼、控轧、控冷等工艺，获得细化晶粒和综合力学性能良好的微合金钢。u 控轧钢具有高强度、高韧性和良好的焊接性等优点。微合金控轧钢微合金控轧钢3.2.2 3.2.2 热轧及正火钢的焊接性热轧及正火钢的焊接性低合金钢低合金钢的焊接性的焊接性化学化学成分成分轧制轧制工艺工艺1

21、1冷裂纹及影响因素冷裂纹及影响因素冷裂冷裂纹及纹及影响影响因素因素碳当量碳当量（C Ceqeq）淬硬淬硬倾向倾向热影响区热影响区最高硬度最高硬度热轧钢的热轧钢的淬硬倾向淬硬倾向正火钢的正火钢的淬硬倾向淬硬倾向类别类别热轧钢热轧钢正火钢正火钢微合金控扎钢微合金控扎钢焊接焊接性特性特点点合金元素少，Ceq小，冷裂倾向小合金元素较多，淬硬倾向增加。级别及Ceq低时，冷裂纹倾向不大；随Ceq及增加，淬硬性及冷裂倾向增加Wc%小Ceq低冷裂倾向小 低合金钢的焊接性主要取决于它的化学成分和组织状态。随着钢材强度级别的提高和合金元素含量的增加，焊接性也随之发生变化。（1）碳当量（）碳当量（Ceq） 淬硬倾向

22、主要取决于钢的化学成分，其中以碳的作用最明显。可以通过碳当量公式来大致估算不同钢种的冷裂敏感性。通常碳当量越高，冷裂敏感性越大。5156VMoCrNiCuMnCCeq， (IIW公式：wt%)p Ceq0.4%时，淬硬倾向不明显，焊件一般不会产生裂缝，但对厚大工件或低温下焊接时应考虑预热。p Ceq=0.4%0.6%时，钢材塑性下降，淬硬倾向明显，焊性较差。焊前预热，焊后缓冷，p Ceq0.6%时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，焊接区易产生冷裂，焊接性不好。焊前须较高温度预热到，焊接时要采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行适当的热处理，才能保证焊接接头质量。2.1 冷裂及影响因素冷裂

23、及影响因素 (2) 淬硬倾向：淬硬倾向： 焊接热影响区产生淬硬的M或M+B+F混合组织时，对氢致裂纹敏感； 而产生B或B+F组织时，对氢致裂纹不敏感。淬硬倾向可以通过HAZ的SHCCT或母材的CCT图来进行分析（图3-4）。结论：Q345与低碳钢比较：2.1 冷裂及影响因素冷裂及影响因素类别类别热轧钢热轧钢正火钢正火钢特点特点快冷时，淬硬倾向大合金元素含量、强度级别越大，淬硬倾向大原因原因V冷大时，HAZ的组织：少量F+B+大量M。（低碳钢：大量F+少量B+M。 ）V冷小时，和低碳钢类似Me%越大，冷却组织中B+M多，淬硬倾向大16Mn 的的SHCCT图图当冷却速度VVc时，F析出后剩下的富碳

24、A来不及转变为P，直接转变为高碳B和M，硬度增加，淬硬倾向增加。少量F+大量B+大量M低碳钢低碳钢SHCCT图图大量F+少量P+部分B（3）热影响区最高硬度）热影响区最高硬度 HAZ最高硬度允许值就是刚好不出现冷裂纹的临界硬度值。即若实际HAZ的硬度高于HAZ最高硬度允许值，那么这个接头有可能产生冷裂纹；若在最高硬度允许值内，一般认为此接头不会产生冷裂。 HAZ最高硬度值与材料的强度、成分、工艺都有关。2.1 冷裂及影响因素冷裂及影响因素 1.Ceq越高，热影响区最高硬度越大，HAZ淬硬倾向越大，图3-7 2.冷却速度越大，热影响区最高硬度越大，HAZ淬硬倾向越大，图3-8，3-9（1 1）碳

25、当量（）碳当量（C Ceqeq） 淬硬倾向主要取决于钢的化学成分，其淬硬倾向主要取决于钢的化学成分，其中以碳的作用最明显。国际焊接学会（中以碳的作用最明显。国际焊接学会（IIW）推荐的碳当量公式为推荐的碳当量公式为： 碳当量碳当量Ceq0.4%0.6%时钢的淬硬倾时钢的淬硬倾向逐渐增加，属于有淬硬倾向的钢向逐渐增加，属于有淬硬倾向的钢5156VMoCrNiCuMnCCeq (%)(2) (2) 淬硬倾向淬硬倾向 淬硬倾向可以通过焊接热影响区连续冷却转淬硬倾向可以通过焊接热影响区连续冷却转变图（变图（SHCCT）或钢材的连续冷却组织转变图）或钢材的连续冷却组织转变图（CCT）来进行分析）来进行分

26、析。体或体或M+B+FM+B+F混合组织时混合组织时而产生而产生B B或或B+FB+F组织时组织时焊焊接接热热影影响响区区对氢致对氢致裂纹敏感裂纹敏感对氢致裂对氢致裂纹不敏感纹不敏感1 1）热轧钢的淬硬倾向）热轧钢的淬硬倾向 从从图图3-4a3-4a可以看到可以看到Q345Q345焊条电弧焊冷速焊条电弧焊冷速快时，热影响区会出现少量铁素体、贝氏快时，热影响区会出现少量铁素体、贝氏体和大量马氏体。而低碳钢焊条电弧焊时体和大量马氏体。而低碳钢焊条电弧焊时（见图（见图3-4b3-4b），则出现大量铁素体、少量，则出现大量铁素体、少量珠光体和部分贝氏体。珠光体和部分贝氏体。图图3-4 3-4 热轧钢（

27、热轧钢（Q345Q345）和低碳钢的焊接连续冷却组织转变图（）和低碳钢的焊接连续冷却组织转变图（SHSHCCT）a a) Q345 ) Q345 T Tm 1350m 1350 b b) ) 低碳钢低碳钢 T Tm 1300)m 1300)2) 2) 正火钢的淬硬倾向正火钢的淬硬倾向 随着合金元素和强度级别的提高而增随着合金元素和强度级别的提高而增大，如大，如Q420Q420和和18MnMoNb18MnMoNb相比相比（见图（见图3-5a3-5a、b b），），两者的差别较大。两者的差别较大。图图3-5 3-5 正火钢的焊接连续冷却组织转变图（正火钢的焊接连续冷却组织转变图（SHCCTSHCC

28、T） (3) (3) 热影响区最高硬度热影响区最高硬度 最高硬度允许值就是一个刚好不出现冷最高硬度允许值就是一个刚好不出现冷裂纹的临界硬度值。裂纹的临界硬度值。图图3-63-6。图图3-6 3-6 热影响区最高硬度与裂纹率的关系热影响区最高硬度与裂纹率的关系 碳当量增大时，热影响区淬硬倾向随之碳当量增大时，热影响区淬硬倾向随之提高，但并非始终保持线性关系。碳当量提高，但并非始终保持线性关系。碳当量与热影响区最高硬度的关系与热影响区最高硬度的关系如图如图3-73-7所示所示。图图3-7 3-7 热影响区最高硬度与碳当量的关系热影响区最高硬度与碳当量的关系Ceq=C+(Mn/6)+(Si/24)+

29、(Cr/5)+(Mo/4)+(V/14)+(Ni/40Ceq=C+(Mn/6)+(Si/24)+(Cr/5)+(Mo/4)+(V/14)+(Ni/40) ) 焊接热输入焊接热输入E E或冷却时间或冷却时间t t8/58/5对热影响对热影响区淬硬倾向影响很大。热影响区最高硬度区淬硬倾向影响很大。热影响区最高硬度与碳当量和冷却速度的关系与碳当量和冷却速度的关系如图如图3-83-8所示。所示。 图图3-8 3-8 热影响区最高硬度与碳当量和冷却速度的关系热影响区最高硬度与碳当量和冷却速度的关系 Ceq=C+(Mn+Si)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 Ceq=C+(Mn+Si)/

30、6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 冷却时间冷却时间t t8/58/5对热影响区最高硬度的影对热影响区最高硬度的影响如图响如图3-93-9所示。所示。 图图3-9 3-9 冷却时间冷却时间t t8/58/5对热影响区最高硬度的影响对热影响区最高硬度的影响（钢材成分：（钢材成分：w wC 0.12%, C 0.12%, w wMn 1.40%, Mn 1.40%, w wSi 0.48%, Si 0.48%, w wCu 0.15%, Cu 0.15%, 板厚板厚h h=20mm=20mm） 2 2热裂纹和再热裂纹热裂纹和再热裂纹裂裂纹纹再热裂纹再热裂纹焊缝热裂纹焊缝热裂纹 钢中的

31、钢中的CrCr、MoMo元素及含量对再热裂纹的元素及含量对再热裂纹的产生影响很大。不同产生影响很大。不同CrCr、MoMo含量低合金钢含量低合金钢的再热裂纹敏感区的再热裂纹敏感区如图如图3-103-10所示。所示。图图3-10 3-10 再热裂纹敏感性与再热裂纹敏感性与CrCr、MoMo含量的关系含量的关系A ASRSR裂纹敏裂纹敏感区感区 BB随随CrCr、MoMo含量增加，含量增加，SRSR裂纹增加裂纹增加3 3非调质钢焊缝的组织和韧性非调质钢焊缝的组织和韧性焊缝焊缝韧性韧性针状铁素体针状铁素体(AF)(AF)先共析铁素体先共析铁素体(PF)组织组织所占的比例所占的比例 焊缝中存在较高比例

32、的针状铁素体组织焊缝中存在较高比例的针状铁素体组织时，韧性显著升高，韧脆转变温度（时，韧性显著升高，韧脆转变温度（vTrsvTrs）降低，如图降低，如图3-11a3-11a所示；焊缝中先共析铁素所示；焊缝中先共析铁素体组织比例增多则韧性下降，韧脆转变温体组织比例增多则韧性下降，韧脆转变温度上升，如图度上升，如图3-11b3-11b所示。所示。 图图3-11 3-11 不同铁素体形态对高强钢焊缝韧性的影响不同铁素体形态对高强钢焊缝韧性的影响 a a) AF) AF对对v vT Trsrs的影响的影响 b b) PF) PF对对v vT Trsrs的影响的影响 焊缝中焊缝中AFAF增多，有利于改善

33、韧性，但增多，有利于改善韧性，但随着合金化程度的提高，焊缝组织可能出随着合金化程度的提高，焊缝组织可能出现上贝氏体和马氏体，在强度提高的同时现上贝氏体和马氏体，在强度提高的同时会抵消会抵消AFAF的有利作用，焊缝韧性反而会恶的有利作用，焊缝韧性反而会恶化。如化。如图图3-123-12所示，高强钢焊缝中所示，高强钢焊缝中AFAF由由100%100%减少到减少到20%20%左右，焊缝韧性急剧降低。左右，焊缝韧性急剧降低。 图图3-12 3-12 高强钢焊缝韧性与强度的关系高强钢焊缝韧性与强度的关系 Mn-SiMn-Si系焊缝组织与韧性的关系见系焊缝组织与韧性的关系见表表3-53-5。 表表3-5

34、Mn-Si3-5 Mn-Si系焊缝组织与韧性的关系系焊缝组织与韧性的关系 显见，中等程度的显见，中等程度的MnMn、SiSi含量，例如含量，例如w wMn=0.8%Mn=0.8%-1.0%-1.0%，w wSi=0.15%-0.25%Si=0.15%-0.25%，Mn/SiMn/Si比约比约4-74-7的情的情况下，可得到针状铁素体况下，可得到针状铁素体+ +细晶粒铁素体的混合细晶粒铁素体的混合组织，对裂纹扩展的阻力大，焊缝韧性高。组织，对裂纹扩展的阻力大，焊缝韧性高。4 4热影响区脆化热影响区脆化脆脆化化粗晶区脆化粗晶区脆化热应变脆化热应变脆化 S S和和P P均降低热影响区的韧性（均降低热

35、影响区的韧性（见图见图3-3-1414），特别是大热输入焊接时，），特别是大热输入焊接时，P P的影响较的影响较为严重。为严重。w wP0.013%P0.013%时，韧性明显下降。时，韧性明显下降。图图3-14 S3-14 S、P P对热影响区韧性的影响对热影响区韧性的影响（低合金钢三丝埋弧焊）（低合金钢三丝埋弧焊） N N对对Mn-SiMn-Si系低合金钢热影响区韧性的系低合金钢热影响区韧性的影响影响如图如图3-153-15所示。可以看到，通过降低所示。可以看到，通过降低N N含量，即使焊接热输入在很大范围内变含量，即使焊接热输入在很大范围内变化，也仍然可以获得良好的韧性。化，也仍然可以获得

36、良好的韧性。图图3-15 N3-15 N对热影响区韧性的影响对热影响区韧性的影响（Mn-SiMn-Si系低合金钢）系低合金钢） 5 5层状撕裂层状撕裂 层状撕裂是一种特殊形式的裂纹，它主层状撕裂是一种特殊形式的裂纹，它主要发生于要求熔透的角接接头或要发生于要求熔透的角接接头或T T形接头的形接头的厚板结构中，如厚板结构中，如图图3-163-16所示。所示。图图3-16 3-16 产生层状撕裂的一些典型接头形式产生层状撕裂的一些典型接头形式a a) ) 角接角接T T形接头形接头 b b) ) 对接对接T T形接头形接头 c c) ) 对接角接头对接角接头 3.2.3 3.2.3 热轧及正火钢的

37、焊接工艺热轧及正火钢的焊接工艺1 1坡口加工、装配及定位焊坡口加工、装配及定位焊坡口坡口加工加工装配装配及定及定位焊位焊坡口加工可采用机械加工，其坡口加工可采用机械加工，其加工精度较高，也可采用火焰加工精度较高，也可采用火焰切割或碳弧气刨。切割或碳弧气刨。焊接件的装配间隙不应过焊接件的装配间隙不应过大，尽量避免强力装配，大，尽量避免强力装配，减小焊接应力。减小焊接应力。定位焊应选用同类型的焊接定位焊应选用同类型的焊接材料，也可选用强度稍低的材料，也可选用强度稍低的焊条或焊丝。焊条或焊丝。 2 2焊接材料的选择焊接材料的选择低合低合金钢金钢选择选择焊接焊接材料材料一是不能有裂纹等一是不能有裂纹等

38、焊接缺陷焊接缺陷二是能满足使用二是能满足使用性能要求。性能要求。 热轧及正火钢焊接一般是根据其强度级热轧及正火钢焊接一般是根据其强度级别选择焊接材料，而不要求与母材同成分，别选择焊接材料，而不要求与母材同成分，其要点如下：其要点如下：要要点点考虑焊后热处理对考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响焊缝力学性能的影响同时考虑熔合比和冷却同时考虑熔合比和冷却速度的影响速度的影响选择与母材力学性能匹选择与母材力学性能匹配的相应级别的焊接材料配的相应级别的焊接材料 3 3焊接工艺参数的确定焊接工艺参数的确定工艺工艺参数参数预热和焊后热处理预热和焊后热处理焊接热输入焊接热输入 焊接热输入对热轧及正火钢热影响区焊接热输入对热轧及正火钢热影响区晶粒尺寸和冲击韧性的影响晶粒尺寸和冲击韧性的影响如图如图3-173-17所示。所示。 图图3-17 3-17 焊接热输入对热影响区晶粒尺寸和冲击韧性的影响焊接热输入对热影响区晶粒尺寸和冲击韧性的影响a a) ) 冷却时间冷却时间t t8/