8.3热轧正火钢的焊接.ppt

1、8Q235AQ345E,16Mnq（南京长江大桥）（南京长江大桥）Q460，化学成分，化学成分16Mn钢为基础，不添加钢为基础，不添加V元素，添加约元素，添加约0.02的的Nb元素，采用元素，采用控轧控冷工艺控轧控冷工艺(TMCP)主要依靠晶粒细化和析出强化提高钢材强度。主要依靠晶粒细化和析出强化提高钢材强度。（鸟巢）（鸟巢）材料：Q460S355K2G3（16Mn）以以“渤海渤海8号号”自升式钻井平自升式钻井平台为例，悬臂台为例，悬臂梁选用梁选用588MPa级高强级高强度钢，牌号为度钢，牌号为WELLEN60。铜合金螺旋桨铜合金螺旋桨ZQAl10-3Fe-1.5Mn一、热轧、正火钢的成分及性

2、能一、热轧、正火钢的成分及性能 屈服强度屈服强度 s为为295490MPa的低合金高强钢，一般是在热的低合金高强钢，一般是在热轧或正火状态下供货使用，故称为热轧钢或正火钢，属于非热轧或正火状态下供货使用，故称为热轧钢或正火钢，属于非热处理强化钢。常用热轧或正火钢的化学成分和力学性能见表处理强化钢。常用热轧或正火钢的化学成分和力学性能见表2-7和和表表2-8。一、热轧、正火钢的成分及性能一、热轧、正火钢的成分及性能一、热轧、正火钢的成分及性能一、热轧、正火钢的成分及性能合金系：合金系：C-Mn或或C-Mn-Si系，主要靠系，主要靠Mn、Si的固溶强化作用提高强的固溶强化作用提高强度（度（在特殊状

3、态下加入了少量的在特殊状态下加入了少量的V和和Nb沉淀强化和细晶强化）沉淀强化和细晶强化）。在低碳条件下（在低碳条件下（wC0.2%），），wMn1.6，wSi0.6时，可以保持时，可以保持较高的塑性和韧性。较高的塑性和韧性。Si的质量分数超过的质量分数超过0.6%后对冲击韧性不利，使韧脆后对冲击韧性不利，使韧脆转变温度提高；转变温度提高；C的质量分数超过的质量分数超过0.3%和和Mn的质量分数超过的质量分数超过1.6%后，后，焊接时易出现裂纹，在热轧钢焊接区还会出现脆性的淬硬组织焊接时易出现裂纹，在热轧钢焊接区还会出现脆性的淬硬组织。因此，。因此，合金元素的用量与钢的强度水平都受到限制。合金

4、元素的用量与钢的强度水平都受到限制。1.热轧钢热轧钢热热轧轧钢钢热轧钢通常为铝镇静热轧钢通常为铝镇静(Al脱氧脱氧)的细晶的细晶粒铁素体珠光体组织的钢粒铁素体珠光体组织的钢屈服强度为屈服强度为295-390M295-390MPaPa的的普通低合金钢都属于热轧钢普通低合金钢都属于热轧钢一、热轧、正火钢的成分及性能一、热轧、正火钢的成分及性能使用状态：使用状态：一般在一般在热轧热轧状态下使用。在特殊情况下，状态下使用。在特殊情况下，如要求提高冲击韧性以及板厚时，也可在如要求提高冲击韧性以及板厚时，也可在正火正火状态状态下使用。例如，下使用。例如，Q345在个别情况下，为了改善综合在个别情况下，为了

5、改善综合性能，特别是厚板的冲击韧性，可进行性能，特别是厚板的冲击韧性，可进行900920正正火处理，正火后强度略有降低，但塑性、韧性（特火处理，正火后强度略有降低，但塑性、韧性（特别是低温冲击韧性）有所提高。别是低温冲击韧性）有所提高。一、热轧、正火钢的成分及性能一、热轧、正火钢的成分及性能Q390（15MnTi）以以Q345（16Mn）为基础，加入）为基础，加入Ti（0.120.20%）、）、降低降低C含量含量(0.20%降为降为0.18%)。固溶。固溶+沉淀强化，性能优于沉淀强化，性能优于16Mn。一般在正火态使用。一般在正火态使用。Q390（15MnV）与与 Q390（15MnTi）相似

6、，主要用）相似，主要用V代替代替Ti（0.040.12%），），V V细化晶粒和沉淀强化细化晶粒和沉淀强化典型钢种：典型钢种：Q345(16Mn)Ceq=0.49是我国于是我国于1957年研制生产和年研制生产和应用最广泛的热轧钢。应用最广泛的热轧钢。一、热轧、正火钢的成分及性能一、热轧、正火钢的成分及性能热轧钢的综合力学性能好，焊接性及其他的加工性好，而且原材料资源丰富，冶炼工艺简单，价格便宜，因而在国内外都得到普遍应用。一、热轧、正火钢的成分及性能一、热轧、正火钢的成分及性能就是在就是在Q345（16Mn）固溶强化的基础上，加入一些碳、氮化合物形成元固溶强化的基础上，加入一些碳、氮化合物形成

7、元素素(如如V、Nb、Ti和和Mo等等)，使钢中合金元素形成的碳、氮化合物以细小的，使钢中合金元素形成的碳、氮化合物以细小的化合物质点从固溶体中沉淀析出，弥散分布在晶内和晶界，产生沉淀强化，化合物质点从固溶体中沉淀析出，弥散分布在晶内和晶界，产生沉淀强化，并起细化晶粒的作用，可以在并起细化晶粒的作用，可以在提高钢材强度的同时提高钢材强度的同时，改善钢材的塑性和韧改善钢材的塑性和韧性性，避免过分固溶强化所造成的脆性。要求钢的，避免过分固溶强化所造成的脆性。要求钢的s390MPa时，必须加强时，必须加强合金元素的沉淀强化和细晶强化作用进行固溶强化。合金元素的沉淀强化和细晶强化作用进行固溶强化。成分

8、特点成分特点：热轧钢的成分热轧钢的成分+V、Ti、Mo、Nb 强化机理强化机理：固溶强化固溶强化+沉淀强化沉淀强化+细化晶粒细化晶粒一、热轧、正火钢的成分及性能一、热轧、正火钢的成分及性能2.正火钢正火钢 主要是含主要是含(V，Nb:0.15%0.20%)、Ti的钢，的钢，Q390(15MnTi、16MnNb)利用利用V、Nb元素形成的碳、氮化物弥散质点所起的沉淀强化和细化晶粒元素形成的碳、氮化物弥散质点所起的沉淀强化和细化晶粒的作用来达到良好的综合性能，有可能适当地降低钢中的含碳量，对改的作用来达到良好的综合性能，有可能适当地降低钢中的含碳量，对改善材料的焊接性和韧性都是有利的。加入少量善材

9、料的焊接性和韧性都是有利的。加入少量N(N0.012%0.02%)的的Mn-V-N钢，由于增加了氮化钒的沉淀强化作用，可以提高钢的屈服强度钢，由于增加了氮化钒的沉淀强化作用，可以提高钢的屈服强度到到420MPa Q420(15MnVN)。其主要特点是屈强比（其主要特点是屈强比（s/b）较高）较高一、热轧、正火钢的成分及性能一、热轧、正火钢的成分及性能1）正火状态下使用的钢）正火状态下使用的钢正火钢中的正火钢中的Mo钢钢正火后还必须进行回火才能保证良好的塑性和韧性。因此正火后还必须进行回火才能保证良好的塑性和韧性。因此正火钢又可分为正火状态下使用的钢和正火正火钢又可分为正火状态下使用的钢和正火+

10、回火状态下使用的含回火状态下使用的含Mo钢两钢两种。种。低合金钢中加入一定量的低合金钢中加入一定量的Mo（0.5），可细化晶粒，提高强度，可细化晶粒，提高强度，提高钢材的中温性能。含提高钢材的中温性能。含Mo钢在较高的正火温度或较快速度的连钢在较高的正火温度或较快速度的连续冷却下，得到的组织为续冷却下，得到的组织为上贝氏体和少量的铁素体上贝氏体和少量的铁素体，韧性和塑性指，韧性和塑性指标不高，因此正火钢必须标不高，因此正火钢必须回火回火后才能保证获得良好的塑性和韧性。后才能保证获得良好的塑性和韧性。典型钢种：典型钢种：14MnMoV和和18MnMoNb。一、热轧、正火钢的成分及性能一、热轧、正

11、火钢的成分及性能2）正火）正火+回火状态下使用的含回火状态下使用的含Mo钢钢 13MnNiMoNb钢是我国在钢是我国在80年代末引进国外配方研制而成的。由于含年代末引进国外配方研制而成的。由于含碳量低碳量低(wC0.16)，合金化配方合理，因此这种钢具有较高的强度和韧，合金化配方合理，因此这种钢具有较高的强度和韧性，并有良好的焊接性，特别是对再热裂纹的敏感性很低。因此，性，并有良好的焊接性，特别是对再热裂纹的敏感性很低。因此，13MnNiMoNb钢在制造高压锅炉气包及其它高压容器中得到广泛应用。钢在制造高压锅炉气包及其它高压容器中得到广泛应用。一、热轧、正火钢的成分及性能一、热轧、正火钢的成分

12、及性能13MnNiMoNbMn-Mo系中加入少量的系中加入少量的Nb，可以进一步提高钢的强度，可以进一步提高钢的强度，18MnMoNb钢的钢的490MPa。这种钢主要用于制造高压锅炉气包。但由于含碳量较高。这种钢主要用于制造高压锅炉气包。但由于含碳量较高(wC=0.170.23)，焊接性不如，焊接性不如13MnNiMoNb，而且在正火，而且在正火+回火状回火状态的力学性能不够稳定。态的力学性能不够稳定。80年代末，年代末，13MnNiMoNb取代了部分取代了部分18MnMoNb。18MnMoNb表表8-9中的中的D36钢是属于保证厚度方向性能的低钢是属于保证厚度方向性能的低合金钢，又称合金钢，

13、又称Z(即厚度方向即厚度方向)向钢向钢。由于冶炼中由于冶炼中采用了采用了钙或稀土处理和真空除气等特殊的工艺钙或稀土处理和真空除气等特殊的工艺措施，使措施，使Z向钢具有向钢具有S含量低（含量低（wS 0.006%）、）、气体含量低和气体含量低和Z向断面收缩率高（向断面收缩率高（Z35%）等）等特点。屈服强度特点。屈服强度s343MPa。Z向钢向钢一、热轧、正火钢的成分及性能一、热轧、正火钢的成分及性能u X60是微合金化控轧钢，微合金化钢就其本质来讲与正火钢类似，它是在微合金化钢就其本质来讲与正火钢类似，它是在低碳的低碳的C-Mn钢基础上通过钢基础上通过V、Nb、Ti微合金化微合金化（加入微量（

14、加入微量Nb、V、Ti、Mo、B、RE对钢的组织性能有显著或特殊影响的微量合金元素，质量分对钢的组织性能有显著或特殊影响的微量合金元素，质量分数为数为0.1%左右左右）及）及炉外精炼、控轧、控冷等工艺炉外精炼、控轧、控冷等工艺，达到细化晶粒和沉淀强达到细化晶粒和沉淀强化相结合的效果。在冶炼工艺上采取了降化相结合的效果。在冶炼工艺上采取了降C、降、降S、改变夹杂物形态、提、改变夹杂物形态、提高钢的纯净度等措施，使钢材具有均匀的细晶粒等轴晶高钢的纯净度等措施，使钢材具有均匀的细晶粒等轴晶铁素体基体铁素体基体（热轧（热轧钢的晶粒是带状的）钢的晶粒是带状的）。获得细化晶粒和良好的综合力学性能。获得细化

15、晶粒和良好的综合力学性能。由于淬透性由于淬透性高，空冷时即可获得韧性较高的低碳马氏体或下贝氏体。高，空冷时即可获得韧性较高的低碳马氏体或下贝氏体。u 所谓控轧即控制轧制温度，采用较低的轧制温度所谓控轧即控制轧制温度，采用较低的轧制温度(接近于接近于A3，约，约850)，在大压力的情况下使已经细化的奥氏体晶粒不再长大，冷却后的晶粒比正在大压力的情况下使已经细化的奥氏体晶粒不再长大，冷却后的晶粒比正火钢略细（火钢略细（正火钢的奥氏体化温度一般为正火钢的奥氏体化温度一般为900），强度也略高，从而获，强度也略高，从而获得高强度、高韧性和良好的焊接性。但降低轧制温度，使控轧钢的厚度受得高强度、高韧性和

16、良好的焊接性。但降低轧制温度，使控轧钢的厚度受到了限制，一般厚度超过到了限制，一般厚度超过12mm，细化晶粒和沉淀强化的效果都将受到影，细化晶粒和沉淀强化的效果都将受到影响。这种钢主要用于制造石油、天然气的输送管线，故又称为管线钢。响。这种钢主要用于制造石油、天然气的输送管线，故又称为管线钢。一、热轧、正火钢的成分及性能一、热轧、正火钢的成分及性能u 钢的晶粒尺寸在钢的晶粒尺寸在50m以下的钢种称为细晶粒钢，细化晶粒可使钢获得强以下的钢种称为细晶粒钢，细化晶粒可使钢获得强韧性匹配良好的综合力学性能。控轧主要是控制钢材的变形温度和变形量，韧性匹配良好的综合力学性能。控轧主要是控制钢材的变形温度和

17、变形量，利用位错强化来韧化钢材；控冷主要是控制钢材的开始形变温度和终了形利用位错强化来韧化钢材；控冷主要是控制钢材的开始形变温度和终了形变温度，以及随后的冷却速度。与控轧相比，控冷对钢材晶粒细化的效果变温度，以及随后的冷却速度。与控轧相比，控冷对钢材晶粒细化的效果更显著。控轧后立即加速冷却所制造的钢，称为更显著。控轧后立即加速冷却所制造的钢，称为TMCP（Thermo-Mechanical Control Process）钢）钢。u TMCP钢通过控轧控冷技术的应用晶粒尺寸可小于钢通过控轧控冷技术的应用晶粒尺寸可小于50m，最小可达到，最小可达到10m。超细晶粒钢可使晶粒尺寸达到。超细晶粒钢可

18、使晶粒尺寸达到0.110m。TMCP钢具有良好的加钢具有良好的加工性和焊接性，满足了石油和天然气等工业的需要，这类钢还将在更多的工性和焊接性，满足了石油和天然气等工业的需要，这类钢还将在更多的钢结构中得到应用钢结构中得到应用。u 控轧管线钢焊接的主要问题是过热区晶粒粗大使抗冲击性能下降，改善措控轧管线钢焊接的主要问题是过热区晶粒粗大使抗冲击性能下降，改善措施是在钢中加入沉淀强化元素（形成施是在钢中加入沉淀强化元素（形成TiO2、TiN）防止晶粒长大，优化焊）防止晶粒长大，优化焊接工艺及规范接工艺及规范一、热轧、正火钢的成分及性能一、热轧、正火钢的成分及性能类别热轧钢正火钢s/MPa295390

19、 390成分wC0.2%，wSi0.55%，wMn 1.5%。在在Q345的基础上加入的基础上加入V，Nb，Ti、Mo等等元元素（沉淀强化）素（沉淀强化）组织/状态钢锭加热钢锭加热13001300，热轧，空冷，热轧，空冷热轧态（非热处理强化钢）热轧态（非热处理强化钢）一般为铝镇静的细晶粒一般为铝镇静的细晶粒FP钢板再加热钢板再加热900 900 ，空冷，空冷正火正火（含（含V，Nb，Ti）正火正火+回火（含回火（含Mo）强化机理Mn、Si合金固溶强化；合金固溶强化；V、Nb、Ti(形成碳化物和氮化物形成碳化物和氮化物)细晶强化，沉淀强化。细晶强化，沉淀强化。在固溶强化的基础上，加入促在固溶强化

20、的基础上，加入促C、N化合物形化合物形成元素（如成元素（如V、Nb、Ti和和Mo等），通过沉淀等），通过沉淀强化和细化晶粒进一步提高钢材的强度和保强化和细化晶粒进一步提高钢材的强度和保证韧性。证韧性。典型钢种Q345(16Mn)Q390，Q345（s/b 高）高）14MnMoV、18MnMoNb（中温性能好），（中温性能好），Z向钢（抗撕裂）向钢（抗撕裂）一、热轧、正火钢的成分及性能一、热轧、正火钢的成分及性能正火钢的强化方式多于热轧钢，因此其强度一般高于热轧钢，正火钢的强化方式多于热轧钢，因此其强度一般高于热轧钢，另外也可以看出，热轧及正火钢基于其强化机理，强度直接取决于合金另外也可以看出，

21、热轧及正火钢基于其强化机理，强度直接取决于合金元素的含量，强度要求越高，所需加入的合金元素元素越多，但合元素的含量，强度要求越高，所需加入的合金元素元素越多，但合金元素增加所带来的塑性、韧性损失越大。金元素增加所带来的塑性、韧性损失越大。热轧及正火钢价格便宜，综合力学性能较好热轧及正火钢价格便宜，综合力学性能较好,广泛应用于常温下广泛应用于常温下工作的一些受力结构，如压力容器、动力设备、工程机械、桥梁、工作的一些受力结构，如压力容器、动力设备、工程机械、桥梁、建筑结构和管线等。建筑结构和管线等。一、热轧、正火钢的成分及性能一、热轧、正火钢的成分及性能低合金钢的焊接性主要取决于它的化学成分和轧制

22、工艺，钢中元素对焊接性影响最大的是碳。热轧及正火钢属于非热处理强化钢，碳及合金元素的含量都比较低，总体来看焊接性较好。但随着合金元素的增加和强度的提高，焊接性也变差。焊接的问题主要来自两方面：焊接裂纹与热影响区母材性能下降。二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析热轧钢含有少量的合金元素，碳当量比较低，一般情况下热轧钢含有少量的合金元素，碳当量比较低，一般情况下（除环境温度很低或钢板厚度很大时）冷裂倾向不大。正（除环境温度很低或钢板厚度很大时）冷裂倾向不大。正火钢由于含合金元素较多，淬硬倾向有所增加。强度级别火钢由于含合金元素较多，淬硬倾向有所增加。强度级别及碳当量较低的正火钢

23、，冷裂纹倾向不大；但随着正火钢及碳当量较低的正火钢，冷裂纹倾向不大；但随着正火钢碳当量及板厚的增加，淬硬性及冷裂倾向随之增大，需要碳当量及板厚的增加，淬硬性及冷裂倾向随之增大，需要采取控制焊接热输入、降低扩散氢含量、预热和及时焊后采取控制焊接热输入、降低扩散氢含量、预热和及时焊后热处理等措施，以防止焊接冷裂纹的产生。热处理等措施，以防止焊接冷裂纹的产生。微合金控轧钢的碳含量和碳当量都很低，冷裂纹敏感性微合金控轧钢的碳含量和碳当量都很低，冷裂纹敏感性较低。除超厚焊接结构外，较低。除超厚焊接结构外，490MPa级的微合金控轧钢焊接级的微合金控轧钢焊接一般不需要预热。一般不需要预热。1冷裂纹及影响因

24、素冷裂纹及影响因素二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析冷裂冷裂纹的纹的影响影响因素因素碳当量碳当量（C CE E）淬硬淬硬倾向倾向热影响区热影响区最高硬度最高硬度热轧钢的热轧钢的淬硬倾向淬硬倾向正火钢的正火钢的淬硬倾向淬硬倾向二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析MnCu+NiCr+Mo+VCE(IIW)=C+6155eqMnSiNiCrMoVC(WES)=C+624405414 适用于中等强度的非调质低合金钢(b=400700MPa)适用于强度级别较高的低合金高强钢(b=5001000MPa)这两个公式只适用于wC0.18%的钢种。SiMn+Cu+CrN

25、iMoV+5B3020601510CcmP适用于适用于wC0.17%，b=400900MPa的低合金高强度钢的低合金高强度钢 CE 为国际焊接学会的碳当量公式为国际焊接学会的碳当量公式Ceq为日本常用的碳当量公式为日本常用的碳当量公式Pcm为合金元素的裂纹敏感指数为合金元素的裂纹敏感指数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。可通过碳当量公式来大致估算不同钢种的冷裂敏感性。通常碳当量越高，冷裂敏感性越大。（1）碳当量（）碳当量（CE）二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析在实际中，在实际中，CE应用相当普遍应用相当普遍p 一般认为CE0.4%时，钢材在焊接过程中

26、基本无淬硬倾向，冷裂敏感性小。屈服强度295390MPa热轧钢的碳当量一般都小于0.4%，焊接性良好，除钢板厚度很大和环境温度很低等情况外，一般不需要预热和严格控制焊接热输入。p CE=0.4%0.6%时，钢材塑性下降，淬硬倾向逐渐增加，属于有淬硬倾向的钢。屈服强度441490MPa的正火钢基本上处于这一范围，其中碳当量不超过0.5%时，淬硬倾向不算严重，焊接性尚好，但随着板厚增加需要采取一定的预热措施，如Q420就是这样。18MnMoNb的碳当量在0.5%以上，它的冷裂敏感性较大，焊接时为避免冷裂纹的产生，需要采取较严格的工艺措施，如严格控制热输入、预热和焊后热处理等。p CE 0.6%时，

27、钢材塑性较低，淬硬倾向很强，焊接区易产生冷裂，焊接性不好。焊前须较高温度预热到，焊接时要采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行适当的热处理，才能保证焊接接头质量。二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析M M或或M+B+FM+B+F混合组织时混合组织时而产生而产生B B或或B+FB+F组织时组织时焊焊接接热热影影响响区区对氢致对氢致裂纹敏感裂纹敏感对氢致裂对氢致裂纹不敏感纹不敏感从材料本身看，淬硬组织是引起冷裂纹的决定因素。焊接时是否形成对氢从材料本身看，淬硬组织是引起冷裂纹的决定因素。焊接时是否形成对氢致裂纹敏感的组织是评定材料焊接性的一个重要指标。致裂纹敏感的组织

28、是评定材料焊接性的一个重要指标。淬硬倾向可以通过HAZ的SHCCT或母材的CCT图来进行分析（图3-4）。(2)淬硬倾向淬硬倾向二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析与低碳钢相比，与低碳钢相比，Q345在连续冷却时，珠光体转变右移较多，使快冷过程中在连续冷却时，珠光体转变右移较多，使快冷过程中（图图2-4a上的上的c点以左）铁素体析出后剩下的富碳奥氏体来不及转变为珠光点以左）铁素体析出后剩下的富碳奥氏体来不及转变为珠光体，而是转变为含碳较高的体，而是转变为含碳较高的贝氏体和马氏体贝氏体和马氏体，具有淬硬倾向。从图，具有淬硬倾向。从图3-4a可可以看到以看到Q345焊条电弧焊冷

29、速快时，热影响区会出现少量铁素体、贝氏体和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（见大量马氏体。而低碳钢焊条电弧焊时（见图图3-4b），则出现大量铁素体、），则出现大量铁素体、少量珠光体和部分贝氏体。因此，少量珠光体和部分贝氏体。因此，Q345热轧钢与低碳钢的焊接性有一定差热轧钢与低碳钢的焊接性有一定差别。但当冷却速度不大时，两者很相近。别。但当冷却速度不大时，两者很相近。1)热轧钢的淬硬倾向热轧钢的淬硬倾向二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析图图2-4热轧钢热轧钢(Q345 Tm 1350和低碳钢的焊接连续冷却和低碳钢的焊接

30、连续冷却组织转变图组织转变图(SHCCT)11t/sT/当冷却速度VVc时，F析出后剩下的富碳A来不及转变为P，直接转变为高碳B和M，硬度增加，淬硬倾向增加。少量F+大量B+大量M二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析低碳钢的焊接连续冷却组织转变图（低碳钢的焊接连续冷却组织转变图（SHSHCCT）b b)低碳钢低碳钢 T Tm 1300)m 1300)大量F+少量P+部分B二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析结论：Q345与低碳钢比较：分析表明：环境温度很低或钢板厚度很大，热轧钢有一定冷裂倾向a a厚板手弧焊：厚板手弧焊：V V冷冷较快较快 b.b.薄板或

31、埋弧焊：薄板或埋弧焊：V V冷冷慢慢16Mn 16Mn：F F（少量）（少量）+B+M+B+M（多）（多）F F（大量）（大量）+P+P 低碳钢：低碳钢：F F（大量）（大量）+P+B+M+P+B+M（少量）（少量）F F（大量）（大量）+P+P二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析 随着合金元素和强度级别的提高而增大，如随着合金元素和强度级别的提高而增大，如Q420和和18MnMoNb相比（见相比（见图图3-5a、b），两者的差别较大。），两者的差别较大。18MnMoNb的过冷奥氏体比的过冷奥氏体比Q420稳定得稳定得多，特别是在高温转变区。因此，多，特别是在高温转变区。因

32、此，18MnMoNb冷却下来很容易得到贝氏体冷却下来很容易得到贝氏体和马氏体和马氏体，它的整个转变曲线比，它的整个转变曲线比Q420靠右，淬硬性高于靠右，淬硬性高于Q420，故冷裂敏感，故冷裂敏感性也比较大。性也比较大。2)正火钢的淬硬倾向正火钢的淬硬倾向二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析图图3-5 3-5 正火钢的焊接连续冷却组织转变图（正火钢的焊接连续冷却组织转变图（SHCCTSHCCT）类别热轧钢正火钢特点快冷时，淬硬倾向大快冷时，淬硬倾向大合金元素含量、强度级别越大，淬硬倾向大合金元素含量、强度级别越大，淬硬倾向大原因V冷冷大时，大时，HAZ的组织：的组织：少量少

33、量F+B+大量大量M。（低碳钢：。（低碳钢：大量大量F+少量少量B+M。）V冷冷小时，和低碳钢类似小时，和低碳钢类似Me%越大，冷却组织中越大，冷却组织中B+M多，淬硬倾向大多，淬硬倾向大凡是淬硬倾向大的钢材，连续冷却转变曲线都是往右移。但凡是淬硬倾向大的钢材，连续冷却转变曲线都是往右移。但由于冷却条件不同，不同曲线的右移程度不同。如由于冷却条件不同，不同曲线的右移程度不同。如CCT曲线曲线右移的程度比等温转变右移的程度比等温转变TTT曲线大曲线大1.5倍以上，而倍以上，而SHCCT曲线曲线右移就更多。因此，右移就更多。因此，在比较两种钢材的淬硬倾向时，必须注在比较两种钢材的淬硬倾向时，必须注

34、意采用同一种曲线。意采用同一种曲线。二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析热影响区最高硬度是评定钢热影响区最高硬度是评定钢材淬硬倾向和冷裂敏感性的一材淬硬倾向和冷裂敏感性的一个简便的办法。最高硬度允许个简便的办法。最高硬度允许值就是一个刚好不出现冷裂纹值就是一个刚好不出现冷裂纹的临界硬度值。的临界硬度值。即若实际HAZ的硬度高于HAZ最高硬度允许值，那么这个接头有可能产生冷裂纹；若在最高硬度允许值内，一般认为此接头不会产生冷裂。热影响区最高硬度与裂热影响区最高硬度与裂纹率的关系如纹率的关系如P53图图3-6所示所示。(3)热影响区最高硬度热影响区最高硬度 图图3-6 3-6

35、热影响区最高硬度与裂纹率的关系热影响区最高硬度与裂纹率的关系 热影区的最高硬度与热影区的最高硬度与钢材的强度级别、化学成分钢材的强度级别、化学成分都有关系都有关系。二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析表表2-9 几种焊接结构钢的碳当量及热影响区最高硬度允许值几种焊接结构钢的碳当量及热影响区最高硬度允许值钢种钢种相当国产钢种相当国产钢种Pcm(%)CE(IIW)(%)最大硬度最大硬度HV非调质非调质调质调质非调质非调质调质调质非调非调质质调质调质HW36Q3450.24850.4150390HW40Q3900.24130.3993400HW45Q4200.30910.4943

36、410380(正火正火)HW5014MnMoV0.28500.5117420390(正火正火)HW5618MnMoNb0.33560.5782420(正火正火)HW6312Ni3CrMoV0.27870.6693435HW7014MnMoNbB0.26580.4593450HW8014Ni2CrMnMoVCuB0.33460.6794470HW9014Ni2CrMnMoVCuN0.32460.6794480二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析碳当量增大时，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

37、与热影响区最高硬度的关系如碳当量与热影响区最高硬度的关系如图图3-7所示。另外，焊接热输入所示。另外，焊接热输入E或冷却或冷却时间时间t8/5对热影响区淬硬倾向影响很大。热影响区最高硬度与碳当量和冷却对热影响区淬硬倾向影响很大。热影响区最高硬度与碳当量和冷却速度的关系如速度的关系如图图3-8所示。冷却时间所示。冷却时间t8/5对热影响区最高硬度的影响如对热影响区最高硬度的影响如图图3-9所所示。示。因此，减小碳当量并降低冷却速度，有利于减小热影响区淬硬和冷裂纹倾因此，减小碳当量并降低冷却速度，有利于减小热影响区淬硬和冷裂纹倾向。向。二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析图图3

38、-7 3-7 热影响区最高硬度与碳当量的关系热影响区最高硬度与碳当量的关系Ceq=C+(Mn/6)+(Si/24)+(Cr/5)+(Mo/4)+(V/14)+(Ni/40Ceq=C+(Mn/6)+(Si/24)+(Cr/5)+(Mo/4)+(V/14)+(Ni/40)热影响区的最高硬度与CE(IIW)、Pcm呈直线关系 max127445cmHPmaxCE(IIW)100559H二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析 图图3-8 3-8 热影响区最高硬度与碳当量和冷却速度的关系热影响区最高硬度与碳当量和冷却速度的关系 Ceq=C+(Mn+Si)/6+(Cr+Mo+V)/5+(

39、Ni+Cu)/15 Ceq=C+(Mn+Si)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析图图3-9 3-9 冷却时间冷却时间t t8/58/5对热影响区最高硬度的影响对热影响区最高硬度的影响（钢材成分：（钢材成分：w wC 0.12%,C 0.12%,w wMn 1.40%,Mn 1.40%,w wSi 0.48%,Si 0.48%,w wCu 0.15%,Cu 0.15%,板厚板厚h h=20mm=20mm）二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析冷裂冷裂纹的纹的影响影响因素因素碳当量碳当量（C CE E）淬硬

40、淬硬倾向倾向热影响区热影响区最高硬度最高硬度热轧钢的热轧钢的淬硬倾向淬硬倾向正火钢的正火钢的淬硬倾向淬硬倾向二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析从热轧钢和正火钢的成分看，一般含碳量都较低，而含从热轧钢和正火钢的成分看，一般含碳量都较低，而含Mn量都较高。它量都较高。它们的们的Mn/S比都能达到要求，具有较好的抗热裂性能，正常情况下焊缝中比都能达到要求，具有较好的抗热裂性能，正常情况下焊缝中不会出现热裂纹。但当材料成分不合格，或因严重偏析使局部不会出现热裂纹。但当材料成分不合格，或因严重偏析使局部C、S含量偏含量偏高时，高时，Mn/S就可能低于要求而出现热裂纹。在这种情况下，

41、应采取必要的就可能低于要求而出现热裂纹。在这种情况下，应采取必要的防止措施。为了防止结晶裂纹，应在提高焊缝含锰量的同时降低碳、硫的防止措施。为了防止结晶裂纹，应在提高焊缝含锰量的同时降低碳、硫的含量。具体措施可选用脱硫能力较强的低氢型焊条，埋弧焊时选用超低碳含量。具体措施可选用脱硫能力较强的低氢型焊条，埋弧焊时选用超低碳焊丝配合高锰高硅焊剂，并从工艺上降低熔合比。焊缝中的碳含量越高，焊丝配合高锰高硅焊剂，并从工艺上降低熔合比。焊缝中的碳含量越高，要求要求Mn/S也提高。当也提高。当co=0.12%时，时，Mn/S不应低于不应低于10；而；而c=0.16%时，时，Mn/S就应大于就应大于40才能

42、不出现热裂纹。才能不出现热裂纹。Si的有害作用也与的有害作用也与促使促使S的偏析有关。的偏析有关。2.热裂纹热裂纹二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析热轧钢：热轧钢：属于固溶强化钢，属于固溶强化钢，C-Mn和和Mn-Si系一般不含有强碳化物形成元素，系一般不含有强碳化物形成元素，因此热轧钢对再热裂纹并不敏感因此热轧钢对再热裂纹并不敏感正火钢：正火钢：也是以固溶强化为主，但还具有少许的沉淀强化，钢中含有少量也是以固溶强化为主，但还具有少许的沉淀强化，钢中含有少量的强碳化物形成元素，从理论上一般认为正火钢具有轻微的再热裂纹倾向。的强碳化物形成元素，从理论上一般认为正火钢具有轻微

43、的再热裂纹倾向。但实践证明它对再热裂纹不敏感。如但实践证明它对再热裂纹不敏感。如15MnVN形成再热裂纹的形成再热裂纹的成分条件成分条件是是：钢中要含有一定数量的强碳化物形成元素：如钢中要含有一定数量的强碳化物形成元素：如V、Ti、Mo、Nb 3.消除应力裂纹（再热裂纹）消除应力裂纹（再热裂纹）二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析正火正火+回火钢：回火钢：Mo、V或或Mo、Nb共存的正火共存的正火+回火钢，如回火钢，如18MnMoNb、14MnMoV则有轻微的再热裂纹敏感性，主要产生在则有轻微的再热裂纹敏感性，主要产生在HAZ的粗晶区。的粗晶区。可采取提高预热温度或焊后立即

44、后热等措施来防止再热裂纹的产生。如可采取提高预热温度或焊后立即后热等措施来防止再热裂纹的产生。如18MnMoNb只要将预热温度中消除冷裂纹需要的只要将预热温度中消除冷裂纹需要的180（板厚（板厚60mm）提高）提高到到220后就能防止再热裂纹。如果提高预热温度有困难，可在后就能防止再热裂纹。如果提高预热温度有困难，可在180预热预热条件下焊后立即进行条件下焊后立即进行1802h的后热也能有效地防止再热裂纹的产生。的后热也能有效地防止再热裂纹的产生。图图3-10 3-10 再热裂纹敏感性与再热裂纹敏感性与CrCr、MoMo含量的关系含量的关系A ASRSR裂纹敏裂纹敏感区感区 BB随随CrCr、

45、MoMo含量增加，含量增加，SRSR裂纹增加裂纹增加 钢中的Cr、Mo元素及含量对再热裂纹的产生影响很大。不同Cr、Mo含量低合金钢的再热裂纹敏感区如图3-10所示。二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析层状撕裂的产生不受钢材种类和强度级别的限制层状撕裂的产生不受钢材种类和强度级别的限制，它主要发生于要求熔透的角接接头或T形接头的厚板结构中。当钢板的当钢板的Z向延伸率低、板厚、夹杂物向延伸率低、板厚、夹杂物较多时及焊接时在较多时及焊接时在Z向承受较大的拉应力时，会沿轧制方向发生阶梯状的层向承受较大的拉应力时，会沿轧制方向发生阶梯状的层状撕裂。状撕裂。从钢材本质来说，层状撕裂的

46、产生主要取决于冶炼质量，即取决从钢材本质来说，层状撕裂的产生主要取决于冶炼质量，即取决于钢中非金属夹杂物的形态、大小以及数量。其中层片状硫化物的影响最为于钢中非金属夹杂物的形态、大小以及数量。其中层片状硫化物的影响最为严重。因此，一般把钢中的严重。因此，一般把钢中的硫含量和硫含量和Z向断面收缩率向断面收缩率作为评定作为评定钢材层状撕裂钢材层状撕裂敏感性的主要指标。敏感性的主要指标。由于热轧及正火钢是在一般的冶炼条件下生产，并没有严格控制钢液成由于热轧及正火钢是在一般的冶炼条件下生产，并没有严格控制钢液成分，没有采取特殊的脱分，没有采取特殊的脱S、除气以及夹杂物形态控制措施，因此，它们、除气以及

47、夹杂物形态控制措施，因此，它们一般一般都具有层状撕裂倾向都具有层状撕裂倾向。4.层状撕裂层状撕裂二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析 因此，焊接可能产生层状撕裂的重要结构，可采用因此，焊接可能产生层状撕裂的重要结构，可采用Z向钢向钢(如如D36)或国外的或国外的ZC、ZD级级(wS0.006，25或更高或更高)钢。钢。D36钢的钢的最高可达最高可达55。但。但这些钢在冶炼时需要采用特殊的脱硫、脱氧和控制夹杂物的措施，成本较高。这些钢在冶炼时需要采用特殊的脱硫、脱氧和控制夹杂物的措施，成本较高。板厚小于板厚小于16mm时就不容易发生层状撕裂。一般认为时就不容易发生层状撕裂。一

48、般认为Z向向20，钢材就，钢材就可以避免层状撕裂。可以避免层状撕裂。板厚大于板厚大于16mm的大型的大型厚板焊接结构厚板焊接结构(如海洋工程、锅炉吊架、核反应堆及如海洋工程、锅炉吊架、核反应堆及船舶等船舶等)焊接时，如果在钢材厚度方向承受较大的拉伸应力时，可能沿钢材焊接时，如果在钢材厚度方向承受较大的拉伸应力时，可能沿钢材轧制方向发生呈明显阶梯状的层状撕裂。轧制方向发生呈明显阶梯状的层状撕裂。合理选择层状撕裂敏感性小的钢材、改善接头形式以减轻钢板合理选择层状撕裂敏感性小的钢材、改善接头形式以减轻钢板Z向所承受向所承受的应力应变、在满足产品使用要求前提下选用强度级别较低的焊接材料以及的应力应变、

49、在满足产品使用要求前提下选用强度级别较低的焊接材料以及采用预热及降氢等辅助措施，有利于防止层状撕裂的发生。采用预热及降氢等辅助措施，有利于防止层状撕裂的发生。二、热轧及正火钢的焊接性分析二、热轧及正火钢的焊接性分析 焊接接头中被加热到焊接接头中被加热到1200以上，熔点以下的区域，由于温度高发生了以上，熔点以下的区域，由于温度高发生了奥氏体晶粒的显著长大和一些难熔质点奥氏体晶粒的显著长大和一些难熔质点(如氮化物或碳化物如氮化物或碳化物)向向A的溶入过的溶入过程程。这些过程与钢种成分和焊接。这些过程与钢种成分和焊接E共同作用往往会导致焊接过热区脆化，共同作用往往会导致焊接过热区脆化，例如：溶入的

50、难熔质点在冷却过程中，来不及析出会使材料变脆；过热例如：溶入的难熔质点在冷却过程中，来不及析出会使材料变脆；过热粗大的奥氏体冷却下来会转变成魏氏体、粗大的马氏体及塑性很低的混粗大的奥氏体冷却下来会转变成魏氏体、粗大的马氏体及塑性很低的混合组织合组织(铁素体、高碳马氏体和贝氏体铁素体、高碳马氏体和贝氏体)和和M-A组元，因此过热区的性能组元，因此过热区的性能变化取决于其在高温的停留时间、影响冷却速度的焊接线能量和钢材的变化取决于其在高温的停留时间、影响冷却速度的焊接线能量和钢材的类型及合金系列。不同种类的钢合金化机理和强化途径不同，引起过热类型及合金系列。不同种类的钢合金化机理和强化途径不同，引