第三章_低合金钢的焊接

金属焊接基础主讲：叶喜葱 yexc@

第三章 低合金钢焊接及工程应用第一节 低合金钢概述 第二节 热轧及正火钢的焊接

第三节第四节

低碳低合金调质钢的焊接中碳调质钢的焊接

第五节

低温用钢的焊接

第六节 低合金耐腐蚀钢的焊接 复习思考题

第一节 低合金钢概述合金结构钢的应用领域很广，种类繁多，可按化

学成分、合金系统、组织状态、用途或使用性能等方面进行分类。

低合金钢实在碳素钢的基础上添加一定量的 合金元素冶炼而成的，其合金元素的质量分 数一般不超过5%(10%--中合金),加入合 金元素的目的，是在保证足够的塑性和韧性 的基础上获得较高的强度或满足结构工作条 件提出的特殊要求，如耐低温、耐高温或耐 腐蚀等。

合金元素在钢中的作用

一、对钢中基本相的影响合金元素在钢中存在的形式有两类型，一种是溶 解到碳钢原有的相中，另一种是形成新相，存在形式 决定于元素的数量和性质。其中关键在于元素与碳的 亲和力。 1. 非碳化物形成元素 这类元素与碳的亲合力比铁 弱，常用元素主要有Ni、Co、Si、Al、B等。它们 在低温时溶解在铁素体中，高温时溶解于奥氏体中。 所有元素的溶入，由于固溶强化的结果，均提高材 料的强度和硬度。Cr、Ni、Mn少量溶入时，对塑性 影响不大，而因强度的提高了材料的韧性；当数量 过多或其他一些元素的加入会对材料的塑性带来少 量的下降。

2. 碳化物形成元素 这类元素与碳的亲合力比铁强， 常用元素主要有Mn、Cr、W、Mo、V、Zr、Nb、Ti等。 量少时溶入渗碳体中，形成合金渗碳体 (Fe,M)3C, 一般合金渗碳体都比Fe3C稳定，在奥氏体中的溶解 和聚集长大比Fe3C难。当钢中合金元素和碳量都较 高时，可形成稳定性更高的合金碳化物，常见的有 Mn3C、Cr7C3、Cr23C6、Fe4W2C、WC、MoC、VC、TiC 等，它们具有比渗碳体更高的熔点和更高的硬度。 3. 与碳、碳之外的其他元素的结合 合金元素与非 金属元素N、O、S结合，生产夹杂物，钢中常见的 有TiN、AlN、SiO2、Al2O3、MnS、Ni3Al、Ni3Ti等。 此外Pb、Cu、C(石墨)以游离态的方式存在于钢中。

二、对铁碳相图的影响1. 扩大γ 相区 合金元素的加入，使A3线下移，而A4上扬，扩 大了γ 相区。这类元素有Mn、Ni、Co、N等，也称为γ 相稳 定化元素。碳也是属于扩大γ 相区的元素。当它们的含量增 加，A1线也下移。当它们的含量超过一定量后，以致在室温 下只有单相的奥氏体存在，即A1点降到室温以下或根本不出 现fcc向bcc的转变，这时的钢称为奥氏体类型钢。2. 缩小γ 相区 合金元素的加入，使A3线上移，而A4下移，为 缩小γ 相区，这类

元素有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等，也 称为α 相稳定化元素。当碳的含量较低，缩小γ 相区的合金 元素使A3线在G点以上，A4线在N点以下，两线相遇，造成γ 相区封闭，含量超过一定量后，致在室温下的铁素体升温直 到溶化也不出现bcc向fcc的转变，即α 相和高温的δ 相区相 通。另外，B、Nb、Zr只能缩小γ 相区，而达不到封闭。

3. 影响共析点S的成分 合金元素的加入，随着对γ 相区的缩小 或扩大，除造成A1温度的上升或下降外，对S点还会造成左右 移动，即改变S点的成分。统计表明，几乎所有的元素都使S 点左移，同时E点也随之左移。例如在Mo、W、Ti含量高的钢 中，0.3-0.4%的碳量已是过共析钢，而含碳量达到0.8- 1.0%就超过了E点，在钢的组织中出现了莱氏体。

三、对相变过程的影响1.加热转变奥氏体形成速度 合金元素与碳的亲和力明显的影响碳的迁移速 度。其中非碳化物元素中部分，Co、Ni可加速奥氏体化，另 一些作用不明显，但不会减慢；碳化物元素中部分，Cr、Mo、 W、V、Ti大大减慢奥氏体的形成，另一些作用不明显，但不 会加速。所有元素在奥氏体中的需要均匀化，故奥氏体化的 时间必需加长。有些强碳化物元素在奥氏体中溶解十分困难， 奥氏体化的温度有的要求1000-1100℃或更高。 奥氏体的晶粒度 奥氏体化中的晶粒长大过程，随着与碳的结合 力的增加，表现出阻碍作用。强碳化物形成元素，如V、Ti、 Nb、Zr就可以强烈阻止奥氏体晶粒生长；一般碳化物形成元 素，如W、Mo、Cr可以一定程度的阻止奥氏体晶粒生长；非碳 化物形成元素，如Si、Ni、Cu对奥氏体晶粒几乎不发生影响； 而Mn、P会促进奥氏体晶粒的长大。

1.对过冷奥氏体分解 合金元素对过冷奥氏体分解的影响其实反映在对钢 的TTT曲线的影响。1. 淬透性 Co使C曲线左移，降 低钢的淬透性，其它元素都使 C曲线右移，提高淬透性。2. 马氏体点 除Si、Al外，这些 元素还会使钢的马氏体点的温 度下降。降低钢的马氏体点， 在淬火到室温时的残余奥氏体 增加。

1.对过冷奥氏体分解3. 对C曲线的形状 其中主 要表现为C曲线弯曲出现 两个鼻尖，珠光体转变 和贝氏体转变各对应一 个，严重的造成这两个 转变曲线分离，中间出 现一亚稳区，有的对其 中某一种转变有抑制作 用，两个鼻尖一前一后， 而严重时，其中的某一 中转变受抑制，而只能 发生一种转变，如出现 贝氏体钢 。

四、对回火转变的影响1.提高了钢的回火稳定性回火稳定性是表示钢对于回火时发生软化过程的抵抗能力。 提高回火稳定性表现为许多合金元素可以使回火过程中各个 转变速度减慢，或完成

或达到同样的回火效果需要更高的温度。 这是由于它们减缓碳的扩散，推迟马氏体分解，在高温下碳化 物的长大速度也被减缓。同样温度下回火的硬度就较高。

2.产生二次硬化效果一些含W、Mo、V较高的钢中，回火温度升高到一定程度后， 出现硬度上升，一般在500-600℃中出现一硬度的高峰值，这 种现象称为“二次硬化”。 ①淬火后的残余奥氏体较多且十分稳定，在回火时并未发 生转变，而内应力大大减小，在冷却时这些奥氏体又部分的发 生马氏体转变，材料的硬度得到提高；②在500-600℃下，马 氏体才出现分解，析出的高硬度的碳化物弥散细小，自身硬度 高，同时强化了铁素体的基体。

3.出现第二类回火脆性回火脆性是钢在淬火后回火时，在一定的温度范围内， 韧性出现谷值，或表现出明显的脆化现象称为回火脆性。 一般的碳钢和合金钢在350℃附 近回火都出现这种现象，称为第一 类回火脆性，通常是不可避免的， 所以回火不宜在这个温度进行。部 分合金钢在500-650℃回火后缓冷 时，也出现韧性下降，称为第二类 回火脆性，通常认为是部分合金元 素如Ni、Cr、Mn或杂质S、P等在晶 界处出现偏聚有关，只要在回火后 采用较快的速度冷却，如在水或油 中冷却，就可以避免第二类回火脆 性的产生。

低合金钢分类 近年来这类钢又开发出具有很大发展前途的 新钢种，如微合金化控轧钢、焊接无裂纹钢 (CF钢)、抗层状撕裂钢(Z向钢)和焊接大 热输入钢等，主要用在严寒地区输油管线、 海上采油平台、大型压力容器、大型水轮机 蜗壳和大跨度全焊接桥梁等工程中。 国内外常见的合金结构钢的牌号见表3-1。

表3-1类 型

类别热轧及 正火钢

屈服点 /MPa 295~ 490 490~ 980

常用钢牌号Q295(Cu)、09Mn2Si、Q345(Cu)、Q390、 Q390(Cu)、Q420、18MnMoNb、14MnMoV、 WH530、X60、D36 14MnMoVN、14MnMoNbB、WCF60、WCF62、HQ70、 HQ80、HQ100、T-1、HY80、HY110

高 强 度 钢

低碳 调质钢

中碳 调质钢珠光体耐热钢 专 用 钢 低温钢

880~ 1176265~ 640 343~ 585

35CrMoA、35CrMoVA、30CrMnSiA、 30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA、40CrNiMoA、 34CrNi3MoA 12CrMo、15CrMo、2.25 …… 此处隐藏：2779字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……