金属材料焊接教学课件作者王现荣4.ppt

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1、第4章低温钢的焊接一、低温钢的分类、组织特点、力学性能与应用1.低温钢的分类低温钢的钢种很多，包括从低碳铝镇静钢、低合金高强度钢、低Ni钢，直到Ni含量为9%的钢。(1)按使用温度等级分类分为-90℃~-50℃、-120℃~-100℃和-273℃~196℃等级的低温钢。(2)按合金元素含量和组织分类分为低合金铁素体低温钢、中合金马氏体低温钢和高合金奥氏体低温钢。(3)按有无Ni、Cr元素分类分为无Ni、Cr低温钢和含Ni,Cr低温钢。下一页返回第4章低温钢的焊接(4)按热处理方法分类分为非调质低

2、温钢和调质低温钢。常用低温钢的类型及适用温度范围如图4-1所示。2.低温钢的组织特点和力学性能低温钢是通过采取一定的措施来改善低温韧性，如细化晶粒、合金化和提高纯净度等。低温钢大部分是接近铁素体型的低合金钢，其含碳量较低，主要通过加入Al、V、Nb、Ti和稀土(RE)等元素固溶强化和细化晶粒，再经过正火、回火处理获得晶粒细而均匀的组织，以得到良好的低温韧性。如果在钢中加入Ni,固溶于铁素体，可提高钢的强度，同时又可进一步改善低温韧性。但在提高Ni的同时，为了发挥Ni的有利作用，要相应降低含碳量和

3、严格控制S、P含量。上一页下一页返回第4章低温钢的焊接(1)铁素体型低温钢显微组织为铁素体+少量珠光体，使用温度范围-100℃~-40℃，如16MnDR、09Mn2VDR、06MnNbDR、3.5Ni和06MnVTi等，有“DR”标识的为低温容器专用钢，一般在正火状态下使用。16MnDR是制造一40℃低温设备用的细晶粒钢;09Mn2VDR也属细晶粒钢，主要用于制造-70℃的低温设备，如冷冻设备、液化气储罐、石油化工低温设备等;06MnNbDR是具有较高强度的-90℃用细晶粒钢，主要用于制造-90

4、℃~-60℃的制冷设备、容器和储罐。3.5Ni钢一般经过870℃正火和635℃、1h消除应力回火，其最低使用温度达-100℃。上一页下一页返回第4章低温钢的焊接(2)低碳马氏体型低温钢含Ni较高的钢如9Ni钢，淬火后组织为低碳马氏体，正火后的组织除低碳马氏体外，还有少量铁素体和少量奥氏体，具有较高的强度(高于奥氏体不锈钢)、塑性和低温韧性，能用于-196℃的低温，适宜制造储存液化气的大型储罐。(3)奥氏体型低温钢具有很好的低温性能，其中以18-8型铬镍奥氏体不锈钢应用最广泛，25-20型可用于超

5、低温条件。我国为了节约铬、镍贵重金属而研制了以铝代镍的15Mn26A114的奥氏体钢。常用低温钢力学性能见表4-1。上一页下一页返回第4章低温钢的焊接二、低温钢的焊接性1.无Ni低温钢的焊接性无Ni低温钢就是前面的热轧正火钢和低碳调质钢，其中ωC=0.06%~0.20%，合金元素总量≤5%,碳当量为0.27%~0.57%，其淬硬倾向小，焊接性良好。在室温下焊接不易产生冷裂纹，在板厚小于25mm时焊前不需预热;板厚超过25mm或接头刚性拘束较大时，应预热100℃~I50℃，注意预热温度(不可超过2

6、00℃)过高会引起热影响区晶粒长大而降低韧性。当板厚大于16mm时，焊后往往要进行消除应力热处理。上一页下一页返回第4章低温钢的焊接2.含Ni低温钢的焊接性含Ni较低的低温钢如2.5Ni和3.5Ni钢，虽然加入Ni提高了钢的淬透性，但由于含碳量限制的较低，冷裂倾向并不严重，薄板焊接时可不预热;厚板焊接时须进行100℃预热。含Ni高的低温钢如9Ni钢。9Ni钢是典型的低碳马氏体低温钢，淬硬性较大。焊前应进行正火+高温回火或900℃水淬+570℃回火处理，其组织为低碳板条状马氏体，具有较高的低温韧性

7、，其焊接性也优于一般低合金高强钢，板厚小于50mm的焊接结构焊接时不需预热，焊后可不进行消除应力热处理。上一页下一页返回第4章低温钢的焊接9Ni钢焊接时应注意以下几个问题。(1)正确选择焊接材料9Ni具有较大的线胀系数，选择的焊接材料必须使焊缝金属具有与母材相近的低温韧性和线胀系数，以免因线胀系数差别太大而引起焊接裂纹。通常选用镍基合金焊接材料，焊后焊缝组织为奥氏体组织，低温韧性好，且线胀系数与9Ni钢接近。(2)避免磁偏吹现象9Ni钢具有强磁性，用直流电源焊接时会产生磁偏吹现象，影响焊接质量。

8、防治措施是焊前避免接触强磁场、退磁、检测残留磁场，使其低于50A/m;也可选用适宜交流电源的镍基合金焊条。上一页下一页返回第4章低温钢的焊接(3)焊接热裂纹Ni能提高钢材的热裂纹倾向，焊接含Ni钢时要注意焊接热裂纹。因此应该严格控制钢材及焊接材料中的S、P含量，以免因S、P含量偏高在焊缝结晶过程中形成低熔点共晶，而导致形成结晶裂纹。含Ni钢的另一个问题是具有回火脆性，因此应注意这类钢焊后回火的温度和控制冷却速度。对这类易淬火的低温钢通常采用控制道间温度及焊后缓冷等工艺措施以降低冷却速度，避免淬硬