材料焊接性第3章 合金结构钢的焊接

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1、第3章合金结构钢的焊接3.1合金结构钢的分类和性能3.1.1合金结构钢的分类合金结构钢的分类化学成分合金系统组织状态用途或使性能等按合金元素总含量的多少分有低合合钢一般w(Me)＜5％；中合金钢w(Me)=5％～10％高合金钢w(Me)＞10％。1.按合金元素总含量的多少分有：2.按用途和性能分有国内外常见的合金结构钢的牌号见表3-1表3-1国内外常见的合金结构钢3.1.2合金结构钢的基本性能基本性能化学成分力学性能显微组织1．化学成分各种元素对合金结构钢下临界点温度A1（℃）的综合影响可用下述公式表示：A1=720+28wSi+

2、5wCr+6wCo+3wTi-5wMn-10wNi–3wV，℃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，即：σs=122+274wC+82wMn+55wSi+54wCr+44wNi+78wCu+353wV+755wTi+540wP+[30-2(h-5)],MPaσb=230+686wC+78wMn+90wSi+73wCr+33wNi+56wCu+314wV+529wTi+450wP+[21-1.4(h-5)],MPa。式中h为板厚（mm）。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

3、图3-1所示。图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2．力学性能低合金高强钢的低温拉伸性能如图3-2a所示。低合金高强钢高温时强度性能的变化如图3-2b所示。图3-2低合金高强钢的低温拉伸性能（a,b）3．显微组织低合金钢热影响区中的显微组织低碳马氏体贝氏体M-A组元珠光体类导致具有不同的硬度、强度性能、塑性和韧性几种典型组织（特别是贝氏体组织）对低合金钢强度和韧性的影响如图3-3所示。图3-3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硬度和相应金相组织的显微硬度见表3

4、-2。表3-2常见金相组织及不同混合组织的硬度3.2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表3-3和表3-4。热轧及正火钢屈服强度为294～490MPa的低合金高强钢一般是在热轧或正火状态下供货使用属于非热处理强化钢表3-3热轧及正火钢的化学成分注：括号中的成分选择加入。表3-4热轧及正火钢的力学性能1．热轧钢热轧钢屈服强度为294-392MPa的普通低合金钢都属于热轧钢这类钢的基本成分为：wC≤0.2%，wSi≤0.55%，wMn≤1.5%热轧钢通常为铝镇静的细晶粒铁素体＋珠光体组织的钢一般在热轧状态下使用Q34

5、5（16Mn）是我国于20世纪50年代研制和生产应用最广泛的热轧钢2．正火钢正火钢正火状态下使用的钢：主要是含V、Nb、Ti的钢，如Q390、Q345等，主要特点是屈强比（σs/σb）较高正火＋回火状态使用的含Mo钢：如14MnMoV、18MnMoNb等抗层状撕裂的Z向钢，屈服强度σs≥343MPa3．微合金控轧钢微合金控轧钢加入质量分数为0.1%左右对钢的组织性能有显著或特殊影响的微量合金元素的钢，称为微合金钢多种微合金元素（如Nb、Ti、Mo、V、B、RE）的共同作用称为多元微合金化单一微合金元素的质量分数通常在0.25%以下

6、。3.2.2热轧及正火钢的焊接性低合金钢的焊接性化学成分轧制工艺1．冷裂纹及影响因素冷裂纹及影响因素碳当量（Ceq）淬硬倾向热影响区最高硬度热轧钢的淬硬倾向正火钢的淬硬倾向（1）碳当量（Ceq）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（IIW）推荐的碳当量公式为：碳当量Ceq＝0.4%~0.6%时钢的淬硬倾向逐渐增加，属于有淬硬倾向的钢(%)(2)淬硬倾向淬硬倾向可以通过焊接热影响区连续冷却转变图（SHCCT）或钢材的连续冷却组织转变图（CCT）来进行分析。体或M+B+F混合组织时而产生B或B+F组织时焊

7、接热影响区对氢致裂纹敏感对氢致裂纹不敏感1）热轧钢的淬硬倾向从图3-4a可以看到Q345焊条电弧焊冷速快时，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（见图3-4b），则出现大量铁素体、少量珠光体和部分贝氏体。图3-4热轧钢（Q345）和低碳钢的焊接连续冷却组织转变图（SHCCT）a)Q345Tm1350℃b)低碳钢Tm1300℃)2)正火钢的淬硬倾向随着合金元素和强度级别的提高而增大，如Q420和18MnMoNb相比（见图3-5a、b），两者的差别较大。图3-5正火钢的焊接连续冷却组织转变图（SHCCT）

8、a）为Q420b)18MnMoNb(3)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裂纹的临界硬度值。图3-6。图3-6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