材料焊接性合金结构钢

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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1.2合金结构钢的基本性质化学成分：低合金结构钢是在低碳钢基础上（低碳钢的化学成分为：wC=0.10%~0.2

2、5%，wSi≤0.3%，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：控制钢材强度、硬度的重要元素，每1％[C]可增加抗拉强度约980MPa。Si：也是增大强度、硬度的元素，每1％[Si]可增加抗拉强度约98MPa。Mn：增加淬透性，提高韧性，降低S的危害等。Al：细化钢材组织，控制冷轧钢板退火织构。Nb：细化钢材组织，增加强度、韧性等。V：细化钢材组织，增加强度、韧性等。Cr：增加强度、硬度、耐腐蚀性能。用

3、于焊接结构的低中合金钢合金元素总的质量分数一般≤10%。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：A1=720+28wSi+5wCr+6wCo+3wTi–5wMn–10wNi–3wV，℃（3-1）由上述公式可见：Si、Cr、Co和Ti等元素能提高下临界点A1的温度（缩小γ区），而Mn、Ni和V则降低A1点温度（扩大γ区）。化学成分：①以Ni元素为代表（Ni组元素，扩大γ区）：Ni、Mn、Co②以Cr元素为代表（Cr组元素，缩小γ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

4、取决于同时存在的其它合金元素的性质和含量。加入合金元素能细化晶粒，而且各种合金元素在不同程度上改变了钢的奥氏体转变动力学，直接影响钢的淬硬倾向。如C、Mn、Cr、Mo、V、W、Ni和Si等元素能提高钢的淬硬倾向，而Ti、Nb、Ta等碳化物形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：σs=122+274wC+82wMn+55wSi+54wCr+44wNi+78wCu+353wV+755wTi+540wP+[30-2(h-5)],MPaσb=23

5、0+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N元素对钢的性能的影响氮在钢中的作用与碳相似，当它溶解在铁中时，将扩大γ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，提高钢的屈服点和抗脆断能力。氮的影响既决定于其含量，也决定于在钢中存在的其他

6、合金元素的种类和数量。Al、Ti和V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，为了充分发挥氮作为合金元素的作用，钢中必须同时加入Al、V和Ti等氮化物形成元素。合金元素的作用①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。②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

7、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（σs/σb）说明：①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。②不同温度下，钢材的强度不同。（图3-2）③低碳钢的屈强比约为0.7左右，控轧钢板的屈强比约为0.70~0.85，800MPa级高强钢的屈强比约为0.95。2.力学性能——强度2．力学性能低合金高强钢的低

8、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）说明：①试验（GB/T229-2007）：取10mm×10mm×55mm的长方形试样，在试样中央开深度2mm的V