国际焊接工程师焊接材料考试复习课件,IWE焊接材料知识点总结

1、 材料及材料焊接行为在基础课程和主材料及材料焊接行为在基础课程和主课程中都涉及到，此部分需要掌握金课程中都涉及到，此部分需要掌握金属材料的基本知识和焊接冶金基本知属材料的基本知识和焊接冶金基本知识，更需要掌握常用的金属材料性能识，更需要掌握常用的金属材料性能及其焊接性。及其焊接性。 基本知识内容包括：铁碳相图及相关基本知识内容包括：铁碳相图及相关知识、焊接裂纹及焊接性、材料及接知识、焊接裂纹及焊接性、材料及接头热处理、金属材料特性及其试验方头热处理、金属材料特性及其试验方法。法。 具体金属材料要从以下几个方面了解这具体金属材料要从以下几个方面了解这种材料：标准、标记方法、典型钢种、种材料：标准

2、、标记方法、典型钢种、化学成分、机械性能、材料特性、焊接化学成分、机械性能、材料特性、焊接性、焊接材料的选择、焊接工艺要点。性、焊接材料的选择、焊接工艺要点。 本部分涉及到的标准有：材料的分类和本部分涉及到的标准有：材料的分类和标记体系、每种材料的标准和标记方法、标记体系、每种材料的标准和标记方法、焊接填充材料的标准和标记。焊接填充材料的标准和标记。 金属结构、铁碳合金、铁碳相图金属结构、铁碳合金、铁碳相图 金属材料中常见的晶格形式金属材料中常见的晶格形式 纯铁的结晶过程纯铁的结晶过程 置换固溶体、间隙固溶体、金属化合物置换固溶体、间隙固溶体、金属化合物 共晶相图、包晶相图共晶相图、包晶相图

3、铁碳合金相图中各特征点的意义铁碳合金相图中各特征点的意义 铁素体、奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体、莱铁素体、奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体、莱氏体、渗碳体，魏氏组织氏体、渗碳体，魏氏组织 共析钢、亚共析钢、过共析钢、共晶白口铁、亚共析钢、亚共析钢、过共析钢、共晶白口铁、亚共晶白口铁、过共晶白口铁共晶白口铁、过共晶白口铁 钢的冷却转变，钢的冷却转变，TTTTTT曲线，曲线，CCTCCT曲线曲线 焊接冶金焊接冶金 焊接接头构成和各区的特点焊接接头构成和各区的特点 焊接裂纹的种类和形成机理焊接裂纹的种类和形成机理 焊接接头断裂形式和裂纹试验焊接接头断裂形式和裂纹试验 热处理热处理 热处理种类、作用热

4、处理种类、作用 正火、淬火、回火、调质、消除应力退火、时效正火、淬火、回火、调质、消除应力退火、时效强化、固溶处理强化、固溶处理 金属材料性能，试验方法，材料特征值金属材料性能，试验方法，材料特征值 强度、塑性、韧性、硬度、导热性、热膨胀性、强度、塑性、韧性、硬度、导热性、热膨胀性、耐腐蚀性耐腐蚀性肉眼或肉眼或6:1的放大镜能够识别的放大镜能够识别 借助借助V6:1的显微镜的识别的显微镜的识别焊接接头中的缺陷裂纹焊接接头中的缺陷裂纹裂纹尺寸裂纹尺寸宏观裂纹宏观裂纹微观裂纹微观裂纹冷裂纹冷裂纹裂纹形成裂纹形成晶间裂纹晶间裂纹穿晶裂纹穿晶裂纹裂纹形成的原因裂纹形成的原因/条件条件热裂纹热裂纹凝固凝

5、固裂纹裂纹液化液化裂纹裂纹层状层状撕裂撕裂淬硬淬硬裂纹裂纹氢致氢致裂纹裂纹时效时效裂纹裂纹析出析出裂纹裂纹脆化脆化裂纹裂纹收缩收缩裂纹裂纹缺口缺口裂纹裂纹再热再热裂纹裂纹（两种形成均可能）（两种形成均可能）1 焊缝中纵向裂纹（多为结晶裂纹）焊缝中纵向裂纹（多为结晶裂纹） 2 焊缝中横向裂纹（多为延迟裂纹）焊缝中横向裂纹（多为延迟裂纹）3熔合区横向裂纹（多为延迟裂纹）熔合区横向裂纹（多为延迟裂纹） 4焊缝根部裂纹（延迟、热应力裂纹）焊缝根部裂纹（延迟、热应力裂纹）5 HAZ根部裂纹（延迟裂纹）根部裂纹（延迟裂纹） 6焊趾纵向裂纹（延迟裂纹）焊趾纵向裂纹（延迟裂纹）7焊趾纵向裂纹（液化、再热裂纹）

6、焊趾纵向裂纹（液化、再热裂纹） 8焊道下裂纹（延迟、液化、再热裂纹）焊道下裂纹（延迟、液化、再热裂纹）9层状撕裂层状撕裂 10弧坑裂纹（纵向、横向、星形）弧坑裂纹（纵向、横向、星形） 凝固裂纹（结晶裂纹）凝固裂纹（结晶裂纹） 液化裂液化裂纹纹 热裂纹热裂纹 再热裂纹再热裂纹 延迟裂纹延迟裂纹冷裂纹冷裂纹 高炉炼铁过程高炉炼铁过程 还原过程，焦碳既作为燃料又作为还原剂，还原过程，焦碳既作为燃料又作为还原剂，成品为生铁。成品为生铁。 炼钢过程炼钢过程 基本氧化过程，由生铁炼成钢要求去除不基本氧化过程，由生铁炼成钢要求去除不期望存在的铁的伴生杂质，如碳、硅、锰、期望存在的铁的伴生杂质，如碳、硅、锰、

7、磷和硫。磷和硫。 精炼方法：酸性转炉炼钢法、平炉炼钢法、精炼方法：酸性转炉炼钢法、平炉炼钢法、电炉炼钢法电炉炼钢法 钢的浇注钢的浇注 浇注的钢水中仍含有大量氧的成份。应进浇注的钢水中仍含有大量氧的成份。应进行脱氧，这一过程为还原。行脱氧，这一过程为还原。 沸腾钢沸腾钢 镇静钢镇静钢（在钢水中添加约（在钢水中添加约0.15%0.15%的硅和少量的硅和少量的锰和铝）的锰和铝） 特别镇静钢特别镇静钢（在钢水中添加约（在钢水中添加约0.2%0.2%的硅，的硅，约约0.02%0.02%的铝和少量的锰）的铝和少量的锰） 合金元素对钢性能的影响合金元素对钢性能的影响性性 能能C CSiSiMnMnP PS

8、SCrCrNiNiMoMoCuCuAlAl抗拉强度抗拉强度+ + + + +( ()+ + + + + +硬度硬度+ + + + + + + + + +屈服极限屈服极限+ + + + + + + + + +延伸率延伸率2%()( ()( ()( ()冲击韧性冲击韧性+ +( ()+ +( ()冷变形性冷变形性( ()(+)(+)( ()深冲性深冲性( ()( ()(+)(+)( ()锻造锻造+ +( ()( ()( ()压力焊能力压力焊能力(+)(+)(+)(+)( ()熔化焊能力熔化焊能力+ + +( ()热脆性热脆性+ + + + +淬硬性淬硬性+ + + + + + +(+)(+)+ +

9、热强性热强性+ +至至400+ + + +(+)(+)同同C+ +临界冷却速度临界冷却速度( ()耐腐蚀性耐腐蚀性+ +(+)(+)+ + +(+)(+)同同C(+)(+)+ +抗高温氧化性抗高温氧化性+ + + +(+)(+)+ +冷作硬化性冷作硬化性+ + + + +(+)(+)疲劳性能疲劳性能(+)(+)间接间接(+)(+)同同C(+)(+)同同C (+)(+)同同C (+)(+)同同C 硫硫 硫在铁中几乎不溶解，它与铁形成化合物硫化铁。由于硫化铁的熔点较低（1200），它一般沉淀在晶界上，硫化铁在800900时变脆。此时，钢很容易在晶界处破坏（红脆性）。当温度超过1200时，晶界上的硫

10、化铁熔化，钢以热脆形式发生破坏。在偏析区特别容易出现热裂倾向。 磷磷 磷使钢变脆。由于磷铁化合物的熔点较低，因此易产生热裂纹。 氮氮 温度大约超过600时，氮可溶解在铁素体中，但在室温时，氮就会析出，它阻碍钢的可变形性（时效）。在特殊镇静钢中，至少0.02%的铝含量与氮相结合，因此在特殊镇静钢中避免了时效现象。 按合金元素的含量分类按合金元素的含量分类 碳钢（非合金钢碳钢（非合金钢） 低合金钢低合金钢 合金元素含量5% 例如13CrMo4-5 高合金钢高合金钢 合金元素含量5% 例如X6CrNi16-13 按使用要求分类按使用要求分类 普通钢普通钢 优质钢优质钢 特殊优质钢特殊优质钢 EN10

11、027-2 EN10027-2 材料的数字标记材料的数字标记 材料分组：材料分组： 0=0=纯铁纯铁 1=1=钢钢 2=2=重金属如重金属如CuCu、Ni 3=Ni 3=轻金属如轻金属如AlAl 分类组别见表分类组别见表2 2 不同品种的数字编号不同品种的数字编号 钢种的数量有要求时的标记数字钢种的数量有要求时的标记数字例：例：1 1 0101 1616 按按EN EN 10025-210025-2对对S235 J2S235 J2钢的钢的 数字编号数字编号 01=01=一般结一般结构钢构钢R Rm m500N/mm500N/mm2 2 材料类别号：材料类别号：1=1=钢材分类号钢材分类号非非

12、合合 金金 钢钢合合 金金 钢钢普通钢普通钢优质钢优质钢特特 殊殊优质钢优质钢优质钢优质钢特特 殊殊 优优 质质 钢钢工具钢工具钢其它各其它各类特殊钢类特殊钢耐化学耐化学腐蚀钢腐蚀钢结构、机械制造和钢筋用钢结构、机械制造和钢筋用钢00 90普通钢普通钢10特殊物特殊物理性能理性能的钢的钢20Cr3040 不锈钢不锈钢Ni2.5%不含不含Mo,Nb,Ti50Mn,Si,Cu60Cr-Ni 含含含含2.03% Cr70CrCr-B80Cr-Si-MoCr-Si-Mn-MoCr-Si-Mo-VCr-Si-Mn-Mo-V01 91一般钢结构一般钢结构用钢用钢R m500N/11结构制结构制造和钢造和钢

13、筋用含筋用含C0.5%21Cr-SiCr-MnCr-Mn-Si3141不锈钢不锈钢Ni2.5%含含Mo,Nb,Ti51Mn-SiMn-Cr6171Cr-SiCr-MnCr-Mn-BCr-si-Mn81Cr-Si-VCr-Mn-VCr-Si-Mn-V92RM0.5%22Cr-VCr-V-SiCr-V-MnCr-V-Mn-Si32高速工具高速工具钢含钢含Co4252Mn-CuMn-VSi-VMn-SiV62Ni-SiNi-MnNi-Cu72Ni-Mo含含0.35%MoCr-Mo-B82Cr-Mo-WCr-M0-W-V 按按EN10027-1EN10027-1和和ECISS IC10ECISS IC

14、10标准：材料符号标准：材料符号标记标记主要符号（主要符号（EN10027-1）（钢种）（钢种）附加符号（附加符号（ECISS IC10）对于钢对于钢对于钢的制造对于钢的制造 G G铸钢铸钢 如如GS-35GS-35，GG-GG-灰口铸铁灰口铸铁 根据钢的使用及其机械性能和物理性能的根据钢的使用及其机械性能和物理性能的主要符号：主要符号：S S普通结构用钢普通结构用钢 P P压力容器用钢压力容器用钢L L管道用钢管道用钢 E E机器制造用钢机器制造用钢B B钢筋用钢钢筋用钢 Y Y应力钢应力钢R R钢轨用钢钢轨用钢 H H高强度拉伸性能的冷轨钢高强度拉伸性能的冷轨钢板板例如：例如：EN1002

15、5-2 S235J2EN10025-2 S235J2按化学成分含量标记按化学成分含量标记: :i i） 碳素钢和锰碳素钢和锰1%1%1%的碳锰非合金钢、非合金钢的易切削钢、合的碳锰非合金钢、非合金钢的易切削钢、合金元素金元素5%50% Al)+CE镀铬表层镀铬表层+CV镀铜表层镀铜表层+IC无机涂层无机涂层+OC有机涂层有机涂层+S热渗锡热渗锡+SE镀锡表层镀锡表层+T热浸镀铅锌合金热浸镀铅锌合金+TE电镀电镀/铅锌合金涂层铅锌合金涂层+Z镀锌镀锌+ZA镀锌铝镀锌铝 +ZE电镀锌电镀锌 +ZF扩散锌涂层扩散锌涂层+ZN锌镍涂层锌镍涂层符符 号号热处理状态标记热处理状态标记+A软化处理软化处理+

16、AC渗碳处理渗碳处理+C冷作硬化冷作硬化+Cnnn冷作硬化后的最低抗拉强度冷作硬化后的最低抗拉强度+CR冷轧冷轧+HC热热/冷成型冷成型+LC稍微冷拔和轻微冷轧（表面）稍微冷拔和轻微冷轧（表面）+Q淬火淬火+S急冷处理急冷处理+ST固溶退火固溶退火+U 无处理无处理 机械性能一致的钢的标记、按欧洲机械性能一致的钢的标记、按欧洲ENEN标准非合金结标准非合金结构钢对构钢对S S、E E、P P、L L、B B钢的标记钢的标记按按EN10027标准主要符号标准主要符号按钢铁按钢铁IC10附加符号附加符号字字 母母性性 能能对对 于于 钢钢对于对于钢钢的制的制造造1 1组组)2 2组组G=G=铸钢铸

17、钢( (如必要如必要)S =S = 结 构 用结 构 用钢钢nnn=nnn=最小产最小产品 厚 度 的 最品 厚 度 的 最小 屈 服 强 度小 屈 服 强 度N/mm 冲击功冲击功(焦耳焦耳)试验温度试验温度C=C=具有特别的冷变形能力具有特别的冷变形能力D=D=液浸镀层液浸镀层E=E=瓷漆瓷漆 F=锻压锻压H=H=空心型材空心型材L=L=用于低温用于低温M=M=热机械轧制热机械轧制N=N=正火或正火轧制正火或正火轧制O=O=海上用海上用P=P=钢板桩钢板桩Q=Q=调质调质S=S=钢结构用钢钢结构用钢T=T=管材管材 W=热强钢热强钢an=an=用于规定的附加元素如用于规定的附加元素如Cu的

18、符号的符号,如需要带一个一如需要带一个一位的数字位的数字,它乘以它乘以10为规定为规定的含量的含量27J27J40J40J60J60JJRJRKRKRLRLR+20+20JOJOKOKOLOLO0 0J2J2L2L220J3J3K3K3L3L330J4J4K4K4L4L440J5J5K5K5L5L550J6J6K6K6L6L660M M热机械轧制热机械轧制N N正火或正火轧制正火或正火轧制Q Q调质调质G G其它特性，如有必要用其它特性，如有必要用1或或2个数字个数字G GX Xn nn nn nan.an.+an +an +an+an1)应用应用广泛应用于民用建筑、地下工程、桥梁工程、广泛应

19、用于民用建筑、地下工程、桥梁工程、水利工程、车辆制造和机器制造。水利工程、车辆制造和机器制造。标准标准欧洲标准欧洲标准EN 10025-2EN 10025-2，此标准说明了八种钢材，此标准说明了八种钢材组别组别S185S185、S235S235、S275S275、S355S355、S450S450、E295E295、E335E335和和E360E360。 其在机械性能上有所不同。其在机械性能上有所不同。钢材组别为钢材组别为S235S235和和S275S275的等级型号是的等级型号是JRJR、J0J0和和J2J2。钢材组别为。钢材组别为S355S355的等级型号是的等级型号是JRJR、J0J0、

20、J2J2和和K2K2。钢材组别为。钢材组别为S450S450的等级型号是的等级型号是J0J0。标记标记标准号（标准号（EN 10025-2EN 10025-2）；）； 标记标记S S（结构钢）或者（结构钢）或者E E（机器制造用钢）（机器制造用钢）厚度厚度16mm16mm的最低屈服强度的标识，用的最低屈服强度的标识，用 M Pa M Pa表示表示如果适用，关于冲击功数值的等级标记；如果适用，关于冲击功数值的等级标记；如果适用，表示特殊要求的附加标记如果适用，表示特殊要求的附加标记C C标明标明“N N或者或者ARAR” 示例：示例：一种适于冷弯边（一种适于冷弯边（C C）的结构钢（）的结构钢（

21、S S）, ,其在室温条件下的最低屈服强度为其在室温条件下的最低屈服强度为355Mpa355Mpa1)1)，在在0 0（J0J0）条件下的最低冲击功数值为）条件下的最低冲击功数值为27J27J，供货状态为正火轧制（或者轧制状态）供货状态为正火轧制（或者轧制状态） 钢材钢材EN 10025-2 S355J0CEN 10025-2 S355J0CN N（或者（或者ARAR） 正火轧制：正火轧制：在某一温度范围内进行最终在某一温度范围内进行最终变形处理获得材料特性的轧制过程。类变形处理获得材料特性的轧制过程。类似于正火过程，所以其在正火过程后的似于正火过程，所以其在正火过程后的材料属性仍然可以得到保

22、留。此供货条材料属性仍然可以得到保留。此供货条件的缩写形式为件的缩写形式为N N。 无任何特殊轧制和无任何特殊轧制和/ /或热处理条件的技术或热处理条件的技术供货条件。此技术条件的缩写形式为供货条件。此技术条件的缩写形式为ARAR。 化学成分化学成分机械性能机械性能可焊性可焊性* *碳当量碳当量CEVCEV：CEV = C CEV = C MnMnCrCrMoVNiNiCu6 65 51515 非合金结构钢的焊接：普通结构钢熔化焊时的焊非合金结构钢的焊接：普通结构钢熔化焊时的焊接性主要受它的淬硬倾向、脆断倾向、时效倾向以接性主要受它的淬硬倾向、脆断倾向、时效倾向以及它的偏析性能等因素的影响。这

23、些影响都是由钢及它的偏析性能等因素的影响。这些影响都是由钢的化学成分所确定，尤其是由钢中的含碳量、含氮的化学成分所确定，尤其是由钢中的含碳量、含氮量、含硫量和含磷量所确定。量、含硫量和含磷量所确定。 含碳量不大于含碳量不大于0.22%的结构钢是可焊接钢种，并且的结构钢是可焊接钢种，并且可在不予热的情况下施焊。可在不予热的情况下施焊。 脆断：脆断：通常，将近行断裂前，材料没有明通常，将近行断裂前，材料没有明显的形状改变的断裂称为脆断。显的形状改变的断裂称为脆断。 时效：时效：人们把随着时间的流逝，材料的某人们把随着时间的流逝，材料的某种性能如缺口冲击功出现改变的现象称为种性能如缺口冲击功出现改变

24、的现象称为材料的时效。材料的时效。 含有一定数量的合金元素的钢材，如添加含有一定数量的合金元素的钢材，如添加P P、CuCu、CrCr、NiNi、MoMo、到钢材中在温度条件到钢材中在温度条件下通过在母材金属上形成自保护的氧化膜下通过在母材金属上形成自保护的氧化膜可以增强其抗大气腐蚀性。可以增强其抗大气腐蚀性。 耐侯钢标记：耐侯钢标记：标准号（标准号（EN 10025-5EN 10025-5）；）； 标记标记S S（结构钢）；（结构钢）；厚度厚度16mm16mm的最低屈服强度的标识，用的最低屈服强度的标识，用MPaMPa表示；表示；相关冲击功数值的质量标识；相关冲击功数值的质量标识；字母字母W

25、 W表示钢材抗大气腐蚀；表示钢材抗大气腐蚀；如必要，字母如必要，字母P P表示高磷含量等级（只适用于级别表示高磷含量等级（只适用于级别S355S355）；）；标明标明“N N或者或者ARAR ”例：防大气腐蚀（例：防大气腐蚀（W W）的结构钢（）的结构钢（S S）在）在355MPa355MPa1)1)的室温下使用最低屈服强度，在的室温下使用最低屈服强度，在0 0(J0)(J0)条件条件下使用下使用27J27J的最低冲击功，正火轧制（或轧制）的最低冲击功，正火轧制（或轧制）供货：供货： 钢材钢材EN 10025-5 S355J0WEN 10025-5 S355J0WN N（或者（或者ARAR）

26、耐侯钢焊接性耐侯钢焊接性 如果使用无抗大气腐蚀的填充金属则应如果使用无抗大气腐蚀的填充金属则应该确保焊缝本身是耐候的。该确保焊缝本身是耐候的。 在焊接之前，应该将已形成的表面层清在焊接之前，应该将已形成的表面层清除至接头边缘除至接头边缘10mm10mm到到20mm20mm的距离。的距离。 焊接钢材级别焊接钢材级别S355J0WPS355J0WP和和S355J2WPS355J2WP采用采用的磷含量很高时，应该采用特殊的预防的磷含量很高时，应该采用特殊的预防措施。措施。 调质、正火或其它附加方法使钢的表面调质、正火或其它附加方法使钢的表面处于硬化状态，应用于曲轴、连杆、齿处于硬化状态，应用于曲轴、

27、连杆、齿轮、销钉等机器零件。这类钢既有强度轮、销钉等机器零件。这类钢既有强度又有韧性，屈强比为又有韧性，屈强比为0.70.70.950.95。 调质钢一般适用闪光对焊，在一定的条调质钢一般适用闪光对焊，在一定的条件下才适用于熔化焊。件下才适用于熔化焊。 当碳含量当碳含量0.35%0.35%的非合金钢和硼合金钢焊接时的非合金钢和硼合金钢焊接时需要预热，预热温度需要预热，预热温度150150250250，填充材料按，填充材料按ISO2560ISO2560和和ISO14341ISO14341选择，焊后缓冷，在选择，焊后缓冷，在250250时退火减小扩散氢的含量。时退火减小扩散氢的含量。 对碳含量在对

28、碳含量在0.5%0.5%时的非合金钢和合金钢在相对时的非合金钢和合金钢在相对困难的条件下可用熔化焊，焊前预热温度大约困难的条件下可用熔化焊，焊前预热温度大约250250350350，填充材料一般按，填充材料一般按EN 757EN 757和和EN 758EN 758选择，或对热强钢按选择，或对热强钢按 EN1599EN1599和和EN12070EN12070和和EN12071EN12071，焊后要求缓冷，冷至，焊后要求缓冷，冷至100100时才可进时才可进行热处理如减小扩散氢退火或回火。行热处理如减小扩散氢退火或回火。 对高质量的接头须焊过渡层，然后回火，再进对高质量的接头须焊过渡层，然后回火，

29、再进行焊接。行焊接。 预热温度与碳当量、预热温度与碳当量、板厚、焊条直径的板厚、焊条直径的关系关系提高金属材料强度的机理提高金属材料强度的机理1 1）析出强化）析出强化2 2）固溶强化）固溶强化3 3）晶界强化）晶界强化4 4）热处理强化）热处理强化5 5）冷作硬化）冷作硬化 材料质量证书（按材料质量证书（按EN 10204标准标准）编号编号证书证书检验类检验类别别质量证书内容质量证书内容供货条件供货条件认可认可2.1材质单材质单一般一般检验结果无要检验结果无要求求按订货条件或官按订货条件或官方规定及相应的方规定及相应的技术规程技术规程生产厂家生产厂家2.2材质证书材质证书一般一般对产品检验结

30、对产品检验结果有要求，但果有要求，但并不一定与供并不一定与供货条件有关货条件有关2.3检验证明检验证明特殊特殊若需要的话，若需要的话，进行特殊检验进行特殊检验3.1.A验收检验验收检验证明证明3.1.A按官方规定及相按官方规定及相应的技术规程应的技术规程官方指定的官方指定的主管机构主管机构3.1.B验收检验验收检验证明证明3.1.B按订货条件或官按订货条件或官方规定及相应的方规定及相应的技术规程技术规程受生产厂家委托的受生产厂家委托的主管机构主管机构3.1.C验收检验验收检验证明证明3.1.C按订货条件按订货条件受订货都委托的受订货都委托的主管机构主管机构3.2验收检验验收检验记录记录3.2受

31、厂家及用户共同受厂家及用户共同委托的主客机构委托的主客机构1 1）析出强化）析出强化2 2）固溶强化）固溶强化3 3）晶界强化）晶界强化4 4）热处理强化）热处理强化5 5）冷作硬化）冷作硬化 1 1）析出强化）析出强化 随着温度的降低，固溶体中第二相的随着温度的降低，固溶体中第二相的溶解能力下降而析出细小物（质点或粒溶解能力下降而析出细小物（质点或粒子），可使材料的强度明显提高，通过子），可使材料的强度明显提高，通过析出物阻碍位错在基体晶格中的移动来析出物阻碍位错在基体晶格中的移动来实现，这取决于析出物的大小、尺寸和实现，这取决于析出物的大小、尺寸和数量。若单独使用这种强化方式，会降数量。若

32、单独使用这种强化方式，会降低材料的塑性和韧性。低材料的塑性和韧性。 2 2）固溶强化）固溶强化 通过在基体晶体晶格中嵌入或替代其通过在基体晶体晶格中嵌入或替代其它外来原子而获得的强化效果，置换固它外来原子而获得的强化效果，置换固溶体中不同体积的原子间会产生一个恒溶体中不同体积的原子间会产生一个恒定的弹性应力场，大大地影响了位错的定的弹性应力场，大大地影响了位错的移动，间隙固溶体具有同样的效果。按移动，间隙固溶体具有同样的效果。按嵌入原子的数量和大小在材料强度和韧嵌入原子的数量和大小在材料强度和韧性增加的同时会减小冲击功。性增加的同时会减小冲击功。 3 3）晶界强化）晶界强化 在单晶体向多晶体转

33、变时，晶界的出现或产生在单晶体向多晶体转变时，晶界的出现或产生对材料性能的影响是很大的，多晶体的状态是稳对材料性能的影响是很大的，多晶体的状态是稳定的单个晶粒的不规则分布，从结晶学的晶向来定的单个晶粒的不规则分布，从结晶学的晶向来看，宏观上表现出了各向同性，更多的细晶粒结看，宏观上表现出了各向同性，更多的细晶粒结构就是这样。构就是这样。 晶界可以有效地阻碍位错移动，在剪应力的作晶界可以有效地阻碍位错移动，在剪应力的作用下，晶粒内部应变增加，但在晶界处会降低变用下，晶粒内部应变增加，但在晶界处会降低变形速度或停止，只有当剪应力逐渐增加到滑过晶形速度或停止，只有当剪应力逐渐增加到滑过晶界时，位错才

34、会形成，因为晶界是一个需要首先界时，位错才会形成，因为晶界是一个需要首先克服的高能量区。通常，相邻晶粒之间不会有滑克服的高能量区。通常，相邻晶粒之间不会有滑移的可能，这意味着在细晶粒中，屈服强度和抗移的可能，这意味着在细晶粒中，屈服强度和抗拉强度是成比例增加的。拉强度是成比例增加的。 4 4）热处理强化）热处理强化 钢的正火工艺可以提高钢的强度，由钢的正火工艺可以提高钢的强度，由于快速冷却时碳的扩散受阻，通过一种于快速冷却时碳的扩散受阻，通过一种必要的测量可以发现碳的微观和宏观应必要的测量可以发现碳的微观和宏观应力产生将导致屈服强度的提高，碳含量力产生将导致屈服强度的提高，碳含量和冷却速度的不

35、同，材料的冲击功可能和冷却速度的不同，材料的冲击功可能减小或保持不变。减小或保持不变。 5 5）冷作硬化）冷作硬化 是对材料在再结晶温度以下通过塑性是对材料在再结晶温度以下通过塑性变形来提高强度，在塑性变形时形成位变形来提高强度，在塑性变形时形成位错，如增加晶界，从而增加了进一步变错，如增加晶界，从而增加了进一步变形所需的能力，这样就强化了材料。这形所需的能力，这样就强化了材料。这种强化方式应限制使用，因为要考虑到种强化方式应限制使用，因为要考虑到这种强化效果不仅减少了韧性，而且在这种强化效果不仅减少了韧性，而且在低拉力下会产生塑性变形。低拉力下会产生塑性变形。细晶粒钢的分类细晶粒钢的分类正火

36、细晶粒结构钢，标准正火细晶粒结构钢，标准EN10025-3EN10025-3（20042004）热机械轧制细晶粒结构钢，标准热机械轧制细晶粒结构钢，标准EN10025-4EN10025-4（20042004）调质细晶粒结构钢，标准调质细晶粒结构钢，标准EN10025-6EN10025-6（20042004）细晶粒钢的应用细晶粒钢的应用主要是用于受较高载荷的焊接构件，如桥梁、主要是用于受较高载荷的焊接构件，如桥梁、闸门、容器、水罐、吊车以及用于低温情闸门、容器、水罐、吊车以及用于低温情况下。况下。细晶粒结构钢细晶粒结构钢 正火轧制正火轧制是一种在一定温度范围内进行是一种在一定温度范围内进行最终变

37、形的轧制方法，它能使材料达到最终变形的轧制方法，它能使材料达到与正火处理后相同的状态，从而使材料与正火处理后相同的状态，从而使材料在随后进行的附加正火处理后也能保持在随后进行的附加正火处理后也能保持其机械性能。这种供货状态的缩写是其机械性能。这种供货状态的缩写是N N。 正火和热机械轧制细晶粒钢的标记正火和热机械轧制细晶粒钢的标记标准号（标准号（EN 10025-3EN 10025-3，-4-4）；）； 标记标记S S（结构钢）；（结构钢）；厚度厚度16mm16mm的最低屈服强度的标识，用的最低屈服强度的标识，用MPaMPa表示表示供货条件（供货条件（N N，M M）；）； 大写字母大写字母L

38、 L用于表示在温度不低于用于表示在温度不低于-50-50下按照所说下按照所说明的最低冲击功数值的性质。不带明的最低冲击功数值的性质。不带L L的表示在不低的表示在不低于于2020的温度下按照所说明的最低冲击功数值。的温度下按照所说明的最低冲击功数值。 例如例如 EN10025-3 S355 NLEN10025-3 S355 NL或者或者 钢材钢材 EN10025-4 S355 MLEN10025-4 S355 ML。调质细晶粒结构钢的标记调质细晶粒结构钢的标记标准号（标准号（EN10025-6EN10025-6）；）； 标记标记S S（结构钢）；（结构钢）；厚度厚度50mm50mm的最低屈服强

39、度的标识，用的最低屈服强度的标识，用MpaMpa表示；表示；供货条件供货条件Q Q；大写字母大写字母L L或者或者L1L1用于在不低于用于在不低于4040或者或者6060的的温度下的最低冲击功数值。不带温度下的最低冲击功数值。不带L L的表示在不低于的表示在不低于2020的温度下按照所说明的最低冲击功数值的温度下按照所说明的最低冲击功数值 例如例如 EN10025-6 S460QLEN10025-6 S460QL化学成份化学成份机械性能机械性能正火细晶粒结构钢的焊接正火细晶粒结构钢的焊接 正火钢的冷裂倾向正火钢的冷裂倾向 正火细晶粒结构钢中含有较多合金元素，正火细晶粒结构钢中含有较多合金元素，

40、因而这类钢的淬硬倾向有所增加，随着因而这类钢的淬硬倾向有所增加，随着钢的碳当量和板厚的增加，其淬硬及冷钢的碳当量和板厚的增加，其淬硬及冷裂倾向随着之增大，需要采取控制焊接裂倾向随着之增大，需要采取控制焊接线能量、降低含氢量、预热和及时后热线能量、降低含氢量、预热和及时后热等措施，以防止冷裂纹的产生。等措施，以防止冷裂纹的产生。 HAZHAZ区脆化区脆化 在在HAZHAZ的粗晶区，高温停留时间长，的粗晶区，高温停留时间长，V.V.、NbNb和（和（C C、N N）形成的碳氮化合物的析出相溶）形成的碳氮化合物的析出相溶解到相中，抑制奥氏体长大，细化组织的解到相中，抑制奥氏体长大，细化组织的作用被大

41、大削弱，粗晶区出现粗大晶粒及作用被大大削弱，粗晶区出现粗大晶粒及上贝氏体，上贝氏体，M-AM-A组元，再加上粗晶区对碳、组元，再加上粗晶区对碳、氮固溶度的增加，导致韧性的降低和时效氮固溶度的增加，导致韧性的降低和时效敏感性增大。采用小线能量焊接或在钢中敏感性增大。采用小线能量焊接或在钢中加微量钛，有利于改善正火钢粗晶区韧性。加微量钛，有利于改善正火钢粗晶区韧性。热机械轧制细晶粒结构钢的特点热机械轧制细晶粒结构钢的特点1 1）较低的含碳量）较低的含碳量 改善韧性，改善可焊改善韧性，改善可焊性性2 2）加入合金元素如）加入合金元素如NbNb、TiTi、V V 提高强度，提高强度，细化晶粒细化晶粒3

42、 3）控制轧制（热机械处理）控制轧制（热机械处理） 理想的组织理想的组织结构，较好的性能结构，较好的性能4 4）避免长夹渣物）避免长夹渣物 冷变形性好，高韧性，冷变形性好，高韧性，较小的各向异性较小的各向异性热机械轧制细晶粒钢焊接特性热机械轧制细晶粒钢焊接特性 少量珠光体钢对于不同的焊接方法，在少量珠光体钢对于不同的焊接方法，在不同的焊接条件下均可以无困难地进行焊不同的焊接条件下均可以无困难地进行焊接。其特殊的优点在于：这种钢在恶劣的接。其特殊的优点在于：这种钢在恶劣的焊接条件下也不要求予热或焊后热处理。焊接条件下也不要求予热或焊后热处理。 HAZ HAZ韧性下降韧性下降 焊接时热输入过大，粗

43、晶区将因晶粒严焊接时热输入过大，粗晶区将因晶粒严重长大或出现魏氏组织而降低韧性。热输入重长大或出现魏氏组织而降低韧性。热输入过小，由于粗晶区组织中马氏体比例增大而过小，由于粗晶区组织中马氏体比例增大而降低韧性，降低韧性， 氢致延迟裂纹的倾向氢致延迟裂纹的倾向 焊接热机械轧制的细晶粒结构钢时，当焊接热机械轧制的细晶粒结构钢时，当冷却速度过快，由于粗晶区组织中马氏体比冷却速度过快，由于粗晶区组织中马氏体比例增大而降低韧性，会增加氢致延迟裂纹的例增大而降低韧性，会增加氢致延迟裂纹的倾向，常用预热和选择合适的填充材料来预倾向，常用预热和选择合适的填充材料来预防防 调质细晶粒结构钢的焊接调质细晶粒结构钢

44、的焊接 冷裂纹冷裂纹 再热裂纹再热裂纹 HAZ HAZ区的脆化区的脆化 HAZ HAZ区的软化区的软化 冷裂纹冷裂纹 这类钢是在低碳的基础上加入提高渗透性的合这类钢是在低碳的基础上加入提高渗透性的合金元素获得低碳马氏体和上贝氏体的混合组织，淬金元素获得低碳马氏体和上贝氏体的混合组织，淬透倾向相当大，冷裂倾向比较大，焊接时，控制马透倾向相当大，冷裂倾向比较大，焊接时，控制马氏体开始转变温度，较小的冷却速度，使得形成马氏体开始转变温度，较小的冷却速度，使得形成马氏体能自回火，则冷裂是可以避免的。氏体能自回火，则冷裂是可以避免的。 再热裂纹再热裂纹 低碳调质钢中加入了低碳调质钢中加入了CrCr、Mo

45、Mo、CuCu、V V、TiTi、NbNb、B B等合金元素而增加淬透性，这些元素属于能引起等合金元素而增加淬透性，这些元素属于能引起再热裂纹的元素，其中再热裂纹的元素，其中V V的影响最大，的影响最大，MoMo次之。次之。 HAZ HAZ区的脆化区的脆化 焊接时若线能量过大，高温停留时焊接时若线能量过大，高温停留时间长而引起奥氏体晶粒粗大，形成上贝间长而引起奥氏体晶粒粗大，形成上贝氏体，氏体，M-AM-A组元而引起组元而引起HAZHAZ区的脆化。区的脆化。 HAZ HAZ区的软化区的软化 在在HAZHAZ区受热未完全奥氏体化的区域，区受热未完全奥氏体化的区域，即受热时最高温度低于即受热时最高

46、温度低于Ac1Ac1，而高于钢，而高于钢调质处理时回火温度的那个区域有软化调质处理时回火温度的那个区域有软化的倾向，线能量越小，软化程度越小。的倾向，线能量越小，软化程度越小。细晶粒结构钢填充材料的选择细晶粒结构钢填充材料的选择按等强匹配的原则选择填充材料按等强匹配的原则选择填充材料熔敷金属的屈服强度的小于熔敷金属的屈服强度的小于500MPa500MPa的焊接材料，以的焊接材料，以EN10025-3 EN10025-3 S460NS460N为例为例ISO2560-A E 46 4 BISO2560-A E 46 4 B即即EN499 E 46 4 B EN499 E 46 4 B ISO143

47、41-A G 46 5 M G3Si1ISO14341-A G 46 5 M G3Si1即即 EN440 G 46 5 M G3Si1 EN440 G 46 5 M G3Si1 ISO17632-A T 46 3 1Ni B MISO17632-A T 46 3 1Ni B M即即 EN758 T 46 3 1Ni B M EN758 T 46 3 1Ni B M 熔敷金属的屈服强度的大于熔敷金属的屈服强度的大于500MPa500MPa的焊接材料，以的焊接材料，以EN10025-6 EN10025-6 S620Q S620Q 为例：为例：ISO18275-A E 62 7 Mn1Ni B TI

48、SO18275-A E 62 7 Mn1Ni B T即即EN757 E 62 7 Mn1Ni B T EN757 E 62 7 Mn1Ni B T EN12534 G 62 5 Mn4NiMo EN12534 G 62 5 Mn4NiMo ISO18276-A T 62 5 Mn1.5Ni B TISO18276-A T 62 5 Mn1.5Ni B T即即EN12535 T 62 5 Mn1.5Ni EN12535 T 62 5 Mn1.5Ni B TB T对热强钢的要求对热强钢的要求）具有足够的热强性，包括高温持久强度或）具有足够的热强性，包括高温持久强度或蠕变强度。蠕变强度。）具有足够的

49、抗腐蚀性和抗氧化性。）具有足够的抗腐蚀性和抗氧化性。）具有良好的可加工性能，包括冷、热成形）具有良好的可加工性能，包括冷、热成形性能，热切割性和焊接性等。性能，热切割性和焊接性等。热强钢应用热强钢应用 热强钢用于常规热电站、核能动力装置、热强钢用于常规热电站、核能动力装置、石油精制、加氢裂化设备、合成化工容器、石油精制、加氢裂化设备、合成化工容器、宇航装置以及其它高温加工设备。宇航装置以及其它高温加工设备。 蠕变及其影响因素蠕变及其影响因素 蠕变：蠕变：钢在长时间的恒温、恒载作用下，钢在长时间的恒温、恒载作用下，发生缓慢的塑性变形现象称为蠕变。发生缓慢的塑性变形现象称为蠕变。 对蠕变行为的影响

50、因素对蠕变行为的影响因素 通过固溶强化对晶格造成约束通过固溶强化对晶格造成约束通过弥散强化阻碍位错运动通过弥散强化阻碍位错运动通过减少钢中的有害伴生元素净化晶界通过减少钢中的有害伴生元素净化晶界通过正火处理使晶粒分布均匀通过正火处理使晶粒分布均匀通过改变金属的晶格结构提高热强性通过改变金属的晶格结构提高热强性 在热强钢中加入在热强钢中加入MoMo、MnMn、W W、CrCr等元素实现等元素实现固溶强化。固溶强化。 加入加入V V、TiTi、NbNb等元素，形成（等元素，形成（V4C3V4C3、TiCTiC、NbCNbC）高温时稳定且不易聚集长大的碳化物）高温时稳定且不易聚集长大的碳化物相，实现

51、弥散强化。相，实现弥散强化。 严格限制杂质元素，选用优质钢和特殊优严格限制杂质元素，选用优质钢和特殊优质钢实现净化晶界，同时还应加入质钢实现净化晶界，同时还应加入B B、ZrZr等等微量元素减少晶界缺陷，提高晶界强度。微量元素减少晶界缺陷，提高晶界强度。热强钢分类，标准（热强钢分类，标准（EN10028EN10028） 碳钢系列（碳钢系列（EN10028-2 P235GH, P265GH, EN10028-2 P235GH, P265GH, P295GHP295GH； EN10028-3 P275NH, P355NHEN10028-3 P275NH, P355NH ） 低合金钢系列（低合金钢系

52、列（EN10028-2 10Mn6, 15Mo3EN10028-2 10Mn6, 15Mo3，13CrMo44, 10CrMo91013CrMo44, 10CrMo910；EN10028-3 EN10028-3 P460NHP460NH） 高合金系列（高合金系列（X8CrNiMoNb16 16X8CrNiMoNb16 16， X8CrNiNb16 13X8CrNiNb16 13，X8CrNiMoN1713X8CrNiMoN1713 ）热强钢化学成分热强钢化学成分热强钢性能（常温和高温）热强钢性能（常温和高温）低合金热强钢的焊接工艺低合金热强钢的焊接工艺 焊接方法（焊条电弧焊、埋弧自动焊、熔化焊

53、接方法（焊条电弧焊、埋弧自动焊、熔化极气体保护焊、电渣焊、钨极氩弧焊等）极气体保护焊、电渣焊、钨极氩弧焊等） 坡口加工准备坡口加工准备 焊接材料选择原则（焊接材料选择原则（1 1焊接金属的合金成分与焊接金属的合金成分与强度应基本上与母材相应指标一致或应达到强度应基本上与母材相应指标一致或应达到产品技术条件提出的最低性能指标。产品技术条件提出的最低性能指标。2 2焊件在焊件在焊后需经退火、正火或热成形等热处理或热焊后需经退火、正火或热成形等热处理或热加工，则应选择合金成分或强度级别较高的加工，则应选择合金成分或强度级别较高的焊接材料。焊接材料。3 3碱性低氢型焊条和碱性焊剂使用碱性低氢型焊条和碱

54、性焊剂使用要求）要求） 低合金热强钢的焊前预热和焊后热处理低合金热强钢的焊前预热和焊后热处理低合金热强钢焊接材料低合金热强钢焊接材料焊条电弧焊用药皮焊条焊条电弧焊用药皮焊条ISO 3580 ISO 3580 ISO3580-AISO3580-A（EN1599EN1599） E CrMo1 B 4 4 H5E CrMo1 B 4 4 H5气体保护焊、焊丝、棒、埋弧焊焊丝气体保护焊、焊丝、棒、埋弧焊焊丝EN12070 EN12070 EN12070 G CrMo1EN12070 G CrMo1 EN12070 W CrMo1 EN12070 W CrMo1EN12070 S CrMo1EN1207

55、0 S CrMo1气体保护焊药芯焊丝气体保护焊药芯焊丝ISO 17634ISO 17634ISO17634-AISO17634-A（EN12071EN12071） T CrMo 1 B MT CrMo 1 B M低温钢用途低温钢用途 低温用钢主要用于制造生产、运输及储存液化气体的设低温用钢主要用于制造生产、运输及储存液化气体的设备，在低温条件下工作的容器、管道和结构等。这些装备，在低温条件下工作的容器、管道和结构等。这些装备最重要的性能要求是抗低温脆性破坏备最重要的性能要求是抗低温脆性破坏, ,保证在使用温度保证在使用温度下具有足够的低温韧性。下具有足够的低温韧性。 提高低温钢韧性的措施提高低

56、温钢韧性的措施 固溶强化和晶粒细化（加入固溶强化和晶粒细化（加入NiNi、MnMn固溶强化；加入固溶强化；加入V V、AlAl、NbNb、TiTi形成稳定的氮化物，达到细化晶粒。形成稳定的氮化物，达到细化晶粒。 ） 增加钢材中的镍含量增加钢材中的镍含量 提高钢材的纯净度（降低含量和严格限制、的含提高钢材的纯净度（降低含量和严格限制、的含量量 ） 热处理方法（通过正火热处理方法（通过正火, , 正火加回火或调质处理细化晶正火加回火或调质处理细化晶粒、均化组织粒、均化组织 ）低温用钢分类、典型钢种和应用范围低温用钢分类、典型钢种和应用范围 低温用钢分为无低温用钢分为无NiNi钢和有钢和有NiNi钢

57、两类。钢两类。 无无NiNi的低温用钢，加入提高强度的合金的低温用钢，加入提高强度的合金元素和使晶粒细化的微量元素，如元素和使晶粒细化的微量元素，如n n、AlAl、TiTi、NbNb、等元素。、等元素。 含含NiNi的低温用钢，按的低温用钢，按EN10028-4EN10028-4（20032003年年版）标准规定的低温韧性镍合金钢见化学版）标准规定的低温韧性镍合金钢见化学成分和机械性能。成分和机械性能。钢种屈服极限N/mm2冲击功ISO-V纵向试验温度（） （J）丁烷 丙烷 丙烯 CO2 乙烷 乙烯 甲烷 氧气 氩气氮气沸点温度（ ） 0-42-47-78-89 -104 -181 -183

58、 -186 -196TSTE355355-50 27*TSTE420420-50 27*11MnNi53 285-60 40*13MnNi63355-60 40*10Ni14355-100 40* 12Ni19390-120 40* X7NiMo6490-160 40*X8Ni9490-196 40*低温韧性钢的应用范围低温韧性钢的应用范围低温用钢的焊接工艺要求低温用钢的焊接工艺要求 低温用钢具有良好的焊接性，焊接关键是保低温用钢具有良好的焊接性，焊接关键是保证焊缝和粗晶区的低温韧性。低温时，由于钢证焊缝和粗晶区的低温韧性。低温时，由于钢材随温度降低，材料变脆，对缺陷和应力集中材随温度降低，材

59、料变脆，对缺陷和应力集中的敏感性较大，易造成产品的低温脆性破坏；的敏感性较大，易造成产品的低温脆性破坏；低温用低温用NiNi钢具有回火脆性倾向。钢具有回火脆性倾向。 焊接方法焊接方法（条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊焊、熔化极气体保护焊 ）预热及层间温度预热及层间温度 低合金低温钢碳含量较低，淬硬性和冷裂倾向小，低合金低温钢碳含量较低，淬硬性和冷裂倾向小，常温下焊接可不预热，当厚度常温下焊接可不预热，当厚度25mm25mm时，预热时，预热100-100-150150，层间温度应与预热温度相同。，层间温度应与预热温度相同。 对于对于12Ni1912Ni19

60、、X8Ni9X8Ni9钢多层焊的层间温度控制应小钢多层焊的层间温度控制应小于于100100，否则焊接热影响区会形成粗晶组织。，否则焊接热影响区会形成粗晶组织。 9%Ni9%Ni钢由于钢由于C C、S S、P P含量控制很严，产生冷裂纹倾含量控制很严，产生冷裂纹倾向不大，其热影响区是淬火组织；有可能产生液化向不大，其热影响区是淬火组织；有可能产生液化裂纹、弧坑裂纹。焊接热输入应采用小的焊接线能裂纹、弧坑裂纹。焊接热输入应采用小的焊接线能量，线能量控制在量，线能量控制在7-35KJ/cm7-35KJ/cm，焊接电流不宜过大，焊接电流不宜过大，操作应采用快速多道焊方法，以减轻焊道过热，通操作应采用快