金属焊接性复习总结Word格式.docx
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包括：
结构钢、碳素结构钢、合金结构钢。
2．高强钢：
可分为三种类型：
热轧及正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢。
3．专用钢：
除通常的力学性能外，还必须要求特殊性能主要用于一些特殊的条件下工作的机械零件和工程结构，如耐高温、低温和耐腐蚀。
大致可分为：
珠光体耐热钢、低温钢、低合金耐蚀钢。
4．钢的强韧化:
固溶强化（置换固溶、间隙固溶）细晶强化第二相强化位错强化：
5．钢的相变：
成分和工艺（温度、时间）影响奥氏体的稳定性，通过控制冷却速度和第二次处理得到组织。
※热轧及正火钢
1、热轧钢
供货状态：
热轧态
性能特点：
强度最低σs294～392MPa，具有满意的综合力学性能和加工工艺性能，价格便宜
成分特点：
热轧钢属于C-Mn或Mn-Si系的钢种，有时用一些V、Nb等代替部分Mn。
基本成分：
C≤0.2%,Si≤0.55,Mn≤1.5%强化机制：
主要以固溶强化为主
典型钢种：
Q345（16Mn）、14MnNb、Q294（09MnV）
2、正火钢
（1）正火态供货的钢
最低强度σs343～450MPa，具有比热轧钢更高的强度和塑韧性
0.15～0.2%C，在C-Mn、Mn-Si系的基础上加入一些碳化物和氮化物生成元素V、Nb、Ti等
强化机制：
在固溶强化的基础上，通过沉淀强化和细化晶粒来进一步提高强度和保证韧性
Q390（15MnTi、15MnVN）等。
（2）正火＋回火态供货的钢
最低强度σs490MPa。
具有比正火态钢更好的强度和中温性能
Mn-Mo系列低碳低合金钢，0.15～0.2%C，在C-Mn、Mn-Si系的基础上加入Mo、Nb等
在固溶强化的基础上，通过沉淀强化和细化晶粒来进一步提高强度和保证韧性,同时还需通过回火改善韧性
Q490（18MnMoNb）、14MnMoV、A299（美ASTM标准C-Mn-Si系）、BHW-35（德国蒂森公司，13MnNiMo54）等。
（3）微合金控轧钢
在控轧状态可以达到正火状态的质量，具有高强、高韧和良好的焊接性能
在C-Mn基础加入微量Nb、V、Ti等，同时降C、降S.
多元微合金化＋控轧在固溶强化的基础上，通过细化晶粒+沉淀强化以及控扎改善夹杂物形态、分布，减少夹杂物数量（提高纯净度）
X60、X65、X70、X80等
二、热轧、正火钢的焊接性分析
这类钢焊接性问题表现为焊接引起的各种缺陷，主要是各类裂纹；
焊接时材料性能的变化，主要是脆化。
（一）热裂纹倾向
正常：
热轧、正火钢的含碳量都较低，而含锰量较高，因此Mn/S比都能达到要求，具有较好的抗热裂性能，正常情况下热裂纹倾向很小。
异常：
钢板存在C、S偏析，则热裂可能出现
（二）冷裂纹
冷裂是这类钢焊接时的主要问题淬硬组织是引起冷裂纹的决定因素，因此评价这类钢的冷裂敏感性可以通过分析淬硬倾向来进行。
1.通过SHCCT图来评价2.通过碳当量分析3.通过HAZ最高硬度来评价。
热轧钢的含碳量虽然不高，但含有少量的合金元素，因此这类钢的淬硬性比低碳钢大一些。
正火钢的强度级别较高，合金元素的含量较多，与低碳钢相比，焊接性差别较大。
18MnMoNb与15MnVN相比，前者的
淬硬性高于后者，故冷裂敏感性也比较大。
（三）再热裂纹
热轧钢中由于不含强碳化物形成元素，对再热裂纹不敏感。
正火钢中，15MnVN钢对再热裂纹不敏感；
18MnMoNb和14MnMoV有轻微的再热裂纹敏感性。
可以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。
（四）层状撕裂
层状撕裂与板厚、钢材的冶炼条件有关，而与钢材强度等级无关。
硫的含量和Z向断面收缩率是评定钢材层状撕裂敏感性的主要指标。
一般冶炼条件下生产的热轧、正火钢很难达到ZC和ZD级，所以在大板厚和存在大的Z向应力时易产生层状撕裂。
（五）热影响区的性能变化
在这类钢中热影响区的性能变化与所焊的钢材的类型和合金系统有很大关系热影响区主要性能变化是过热区的脆化问题，合金元素含量较低的钢中有时还会出现热应变脆化
1、过热区脆化过热区温度接近熔点，导致
（1）难熔质点（Cm）的溶入等过程,A稳定性增加淬硬性增加
（2）奥氏体晶粒的显著长大，A稳定性增加
粗大脆性组织
对于热轧钢属C-Mn和Mn-Si系钢，因不含强碳化物（Cm）形成元素,故组织对焊接热的敏感性不大。
但其低温韧性（－40度）因与组织中的马氏体比例和晶粒度有关，故与线能量及成分相关。
1）线能量线能量过大，奥氏体晶粒度增加导致M-A数量和尺寸增加
线能量过小，马氏体比例增加
2）成分：
主要是含碳量
对于正火钢组织对焊接热的敏感性较大；
线能量对HAZ韧性影响更大：
含Ti等正火钢，由于Ti等扩散能力很小，焊接时溶入后（破坏正火态），冷却过程中不易在A中析出而残留在铁素体中，使得F硬度增加，易致脆。
故宜用小线能焊接，因碳化物溶入少，此时即使得到M,其含碳低，韧性好。
若必须用大线能焊接，则焊后必须进行正火处理。
注意：
热轧钢和正火钢在热影响区脆化问题上的差别以及由此决定的在选择焊接线能量上的差别，根本原因在于合金化方式不同。
2、热应变脆化本质上由固溶氮引起的。
在热和应变同时作用下产生的动态应变时效，一般认为在200℃～400℃最为明显。
消除热应变脆化的有效措施是焊后退火处理。
16Mn和15MnVN具有一定的热应变脆化倾，15MnVN比16Mn的热应变脆化倾向小。
（关于两类回火脆性的概念）
三、热轧、正火钢的焊接工艺特点：
（一）焊接材料的选择
需考虑两方面的问题：
焊缝没有缺陷；
满足使用性能要求。
1．选择相应强度级别的焊接材料（等强原则）2.必须考虑熔合比和冷却速度的影响3.同时考虑对焊缝金属的使用性能提出的特殊要求
（二）焊接工艺参数的确定
1.焊接方法无特殊要求
2.焊接线能量的选择
主要取决于过热区的脆化和冷裂两个因素1.焊接含碳量较低的热轧钢及正火钢时，因淬硬倾向较小，从过热区的塑性和韧性出发，线能量偏小些更有利（可避免粗晶脆化及碳化物过热溶解）2.焊接含碳量较高的热轧钢时，因淬硬倾向增加及冷裂倾向增加，故宁可选线能量大些.3.对于含碳量和合金元素较高的正火钢（如18MnMoNb），因淬硬倾向大，线能小易引起冷裂，线能大则易引起脆化，故一般采用小线能量+预热更合理.
3.预热作用：
防冷裂，改善韧性
预热温度的选择与材料的淬硬倾向、焊接时的冷却速度、拘束度、含氢量、焊后是否进行热处理有关
To=1440Pc-392oC其中Pc=Pcm+H/60+δ/600
4.焊后热处理
一般情况下，热轧和正火钢焊后不需要热处理要求抗应力腐蚀的焊接结构、低温下使用的焊接结构及厚壁高压容器，焊后需要进行消除应力的高温回火。
※低碳调质钢
一、低碳调质钢典型钢种成分及性能
热处理组织强化
性能：
σs一般为441～980MPa；
良好的综合性能和焊接性。
成分:
C≤0.22%，添加Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Ti、Zr、Cu等合金元素保证足够的淬透性和抗回火性。
σs441~490Mpa:
18MnMoNb（正火＋回火）14MnMoNbB（调质）
HY80、HY130、A517J、T-1、14MnMoNbB、CF钢。
二、低碳调质钢的焊接性分析
（一）焊缝中的热裂纹
低碳调质钢一般含碳量都较抵，含锰量高，而且对S、P杂质的控制较严，因此热裂倾向低。
（二）热影响区液化裂纹
1.主要发生于高Ni低Mn的低合金高强钢中。
液化裂纹的倾向与Mn/S比有关。
含碳量越高，要求Mn/S越高。
2.HY80钢，由于Mn/S低，含Ni量又较高，所以对液化裂纹较敏感。
HY130钢，虽然含Ni量比HY80高，但含碳量低，含S量低，Mn/S比高，因此对液化裂纹不敏感。
3.工艺因素对液化裂纹影响很大。
线能量越大，晶粒长得越大，晶界液化越严重液化裂纹倾向越大；
4.液化裂纹与熔池形状有关，蘑菇形状易诱发凹处过热区液化裂纹。
（三）冷裂纹
低碳调质钢的焊缝组织为强度高韧性好的低碳马氏体和部分下贝氏体的混合组织，虽具有较大的淬硬倾向，但在马氏体转变的过程中有自回火，故冷裂倾向并不一定很大（关键是马氏体转变时的冷却速度）。
如果速度很快，冷裂倾向较大。
（四）再热裂纹
1.低碳调质钢的合金系统中，大多数是属于能引起再热裂纹的元素，如Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Ti、Zr、Cu等，因此具有再热裂纹倾向。
2.对再热裂纹的敏感性的影响：
一般V影响最大，Mo次之，Mo-V联合影响更大，Mo-Nb联合影响也较大。
（五）层状撕裂生产这类钢时，由于对夹杂物控制较严，纯净度较高，因此它的层状撕裂敏感性较低。
（六）热影响区的性能变化
1、过热区的脆化
（1）对于低碳调质钢，强韧性最好的组织状态是低碳马氏体＋30%下贝氏体
（2）t8/5增加时，易出现粗晶、上贝氏体和M-A组元
（3）t8/5过小时，马氏体比例增加，从而引起过热区脆化。
2、焊接热影响区的软化热影响区内凡是加热温度高于母材回火温度至AC1区的区域，由于碳化物的积聚长大而使钢材软化，温度越接近于AC1区域，软化越严重。
三、低碳调质钢的焊接工艺特点
这类钢焊接时还是应注意防裂和防脆两个基本问题，另外还应注意热影响区软化问题：
防裂：
要求在马氏体转变时的冷却速度不能太大，使马氏体有一自回火的作用，以免冷裂纹的产生；
防脆：
要求在800～500℃之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界速度。
防软化：
采用小线能量
（一）焊接方法和焊接材料的选择
1、焊接方法的选择
σs超过980MPa的调质钢必须采用钨极氩弧焊或电子束焊；
σs＜980MPa的低碳调质钢，手弧焊、埋弧自动焊、熔化极气体保护焊和钨极氩弧焊等
σs≥686MPa的钢来说，熔化极气体保护焊最合适；
若采用多丝埋弧焊和电渣焊等热输入量大的焊接方法，焊后必须进行调质处理。
2、焊接材料的选择
因为焊后一般不调质，故要求所得焊缝金属在焊态下应具有接近母材的力学性能（等强原则），除非冷裂难以避免，可以采用低组配焊接材料。
（二）焊接工艺参数的选择
冷却速度的范围选择：
最大冷速（上限）取决于不产生冷裂纹最小冷速（下限）取决于热影响区不出现脆化的混合组织。
正确选择线能量和预热是保证不出现裂纹和脆化的关键。
1、焊接线能量的确定
从保证不出现裂纹的角度出发，在满足热影响区的韧性的条件下，线能量应尽可能选择大一些。
但从考虑脆化和软化角度，线能量又要求尽量低一些。
故实际选择时，一般先通过实践从考虑脆化和软化角度，来确定一种钢最大允许的线能量，然后依据该线能量下钢的冷裂倾向决定是否预热及预热温度。
2、预热温度的确定
（1）如果采用最小冷速还是不能避免冷裂，则必须采用预热。
（2）预热的目的是为了防止冷裂纹，焊接低碳调质钢时采用较低的预热温度（≤200℃）。
预热主要希望能降低马氏体转变时的冷却速度，通过马氏体的自回火作用来提高抗裂性。
3、焊后热处理的确定
这类钢的低碳马氏体和下贝氏体组织能保证焊接热影响区在快冷条件下具有高的强度和韧性，焊后热处理并不能提高这类钢的强韧性，一般情况下不采取消除应力的焊后热处理。
※中碳调质钢
一、中碳调质钢成分及性能及典型钢种
这类钢的σs高达880~1176MPa，其特点是高的比强和高硬度，这类钢的淬透大因此焊接性差，要求焊接工艺非常复杂，焊后必须通过调质处理保证接头性能。
含碳量通常为0.25%~0.45%，S,P控制更为严格
合金元素的作用：
淬透性和抗回火作用马氏体的强度和硬度主要还是取决于含碳量
（1）40Cr
（2）35CrMoA和35CrMoVA（3）30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA（4）40CrNiMoA、美国的4340、34CrNi3MoA（5）H-11
二、中碳调质钢的焊接性分析
（一）焊缝中的热裂纹中碳调质钢含碳量及合金元素含量都较高，因此液-固相区间
大，偏析也更严重，具有较大的热裂纹倾向。
（二）冷裂纹中碳调质钢由于含碳量高，加入的合金元素多，淬硬倾向明显；
由于Ms点低，在低温下形成的马氏体一般难以产生自回火效应，冷裂倾向严重。
（三）再热裂纹（四）热影响区的性能变化
（1）中碳调质钢由于含碳量高，加入的合金元素多，有相当大的淬硬性，因而在焊接过热区内容易产生硬脆的高碳马氏体，冷却速度越大，生成的高碳马氏体越多，脆化倾向越严重。
（2）即使大线能量也难以避免高碳M出现，反而会使M更粗大，更脆。
（3）一般采用小线能量，同时预热、缓冷和后热措施改善过热区性能。
2、热影响区软化
焊后不能进行调质处理时，需要考虑热影响区软化问题。
调质钢的强度级别越高，软化问题越严重。
软化程度和软化区的宽度与焊接线能量、焊接方法有很大关系。
热源越集中的焊接方法，对减小软化越有利。
三、中碳调质钢的焊接工艺特点
（1）中碳调质钢一般在退火状态下焊接，焊后通过整体调质处理才能获得性能满足要求的均匀焊接接头。
（2）时必须在调质后进行焊接时，热影响区性能恶化往往难以解决。
（3）焊前所处的状态决定了焊接时出现问题的性质和采取的工艺措施。
（一）退火状态下焊接时的工艺特点
在退火状态下焊接，焊后再进行整体调质，这是一种比较合理的工艺方案。
所要解决的问题主要是焊接过程的裂纹问题。
1.焊接方法没有限制，常用的焊接方法都可以采用。
2.选择焊接材料时，除了要求不产生冷、热裂纹外，还要求焊缝金
属的调质处理规范应与母材的一致（等成分原则）。
因此焊缝金属的主要合金组成应尽量与母材相似，对能引起焊缝热裂倾向和促使金属脆化的元素（C、Si、S、P等）加以严格控制。
3.工艺参数的确定主要保证在调质处理前不出现裂纹，接头性能由焊后热处理来保证。
因此可以采用高的预热温度（200℃～350℃）和层间温度。
焊后来不及立即调质处理时，必须进行一次中间热处理，即焊后在等于或高于预热温度下保持一段时间。
（二）调质状态下焊接时的工艺特点
必须在调质处理状态下焊接时，出现的主要问题是：
裂纹；
高碳马氏体引起的硬化和脆化；
高温回火区软化引起的强度下降。
1.焊接工艺参数的确定主要从防止冷裂纹和避免软化出发。
2.为了消除过热区的淬硬组织和防止延迟裂纹的产生，必须正确选择预热温度，并应焊后及时进行回火处理。
预热温度、层间温度中间热处理温度和焊后热处理温度控制在比母材淬火后的回火温度低50℃。
3.为了减少热影响区的软化，焊接方法应采用热量集中、密度大的方法，而且焊接线能量越小越好。
气体保护焊较好特别是钨极氩弧焊。
4.从防止冷裂出发，焊接材料通常选择奥氏体的铬镍钢焊条或镍基焊条。
※专用钢焊接的特殊要求
一、珠光体耐热钢焊接的特殊要求
具有较好的抗氧化性和热强性，工作温度可高达600℃，具有良好的抗硫和氢腐蚀的能力。
成分：
低碳，以Cr-Mo为基，含Cr量一般为0.5%～9%（提高淬透性），含Mo量一般为0.5%或1%（抗回火脆性，抗回火软化）。
还加入少量的V、W、Nb、Ti进一步提高热强性。
12CrMo、10Cr2Mo1、12Cr9Mo1
（一）珠光体耐热钢的主要焊接性问题
主要问题是热影响区的脆化、冷裂纹、软化以及焊后热处理或高温长期使用中的再热裂纹、回火脆化。
（二）珠光体耐热钢的焊接工艺特点
珠光体耐热钢一般在正火＋回火或淬火＋回火状态下焊接，焊后要进行高温回火处理。
1、常用焊接方法以手弧焊为主，气电焊、埋弧焊和电渣焊等也经常用。
2、选择焊接材料要保证焊缝性能同母材匹配焊缝应具有必要的热强性，其成分力求与母材相近。
为了防止焊缝有较大的热裂倾向，焊缝含碳量比母材低一些。
3、正确选择预热温度和焊后回火温度要综合考虑裂纹（冷热）、热影响区脆化和软化问题
二、低温用钢焊接的特殊要求
性能要求：
具有抗低温脆化性能；
保证在使用温度下具有足够的V型缺口夏比冲击韧度；
通过细化晶粒和合金化（加Ni）、提高纯净度来提高低温韧性
常用低温钢类型：
低碳铝镇静钢、低合金高强钢、含Ni钢（～9%Ni）。
（一）低温钢的焊接工艺特点
1、严格控制焊接线能量
2、正确选择焊接材料由于对低温条件的要求不同，故针对不同类型的低温钢选择不同的焊接材料和不同的线能量。
三、低合金耐蚀钢焊接的特殊要求
（一）耐大气、海水腐蚀用钢的焊接特点
这类钢的合金特点主要以Cu、P为主，配合其它的合金元素如Mo、Si、Al、Nb、Ti、Zr等。
16MnCu、10MnPNbRe、10NiCuP等。
焊接主要特点：
焊接性比较好。
在选择焊接材料时除了要满足强度要求外，必须在耐腐蚀性方面与母材相匹配。
含P钢焊接时，含碳量必须严格控制在不超过0.12%，并希望
（C+P）≤0.25%。
要合理设计接头形式，同时尽可能采用小的焊接线能量。
焊缝金属可用P合金化（如采用“J507”铜磷焊条）；
也可以采用“J507”铬镍焊条。
（二）耐硫和硫化物腐蚀用钢的焊接特点
1.钢种耐硫和硫化物腐蚀用钢：
5Cr-1/2Mo和9Cr-Mo钢；
奥氏体不锈钢及含Al钢（可分为含铝较低（<
0.5%Al）的热轧钢，含Al1%左右的热轧钢；
含Al2%～3%的正火钢等）。
2.焊接性对于含Al钢，第一类含Al低的耐蚀钢，具有较好的焊接性，基本可按16Mn的要求进行焊接；
第二、三类含Al钢由于含Al较高，焊接性很差，焊接接头严重脆化，不
宜用作焊接结构。
对于Cr-Mo钢，同低合金耐热钢
第三章
※不锈钢耐热钢的概念类型和特性
一．不锈钢：
指在大气环境下及有侵蚀性化学介质中使用的钢。
耐热钢：
包括抗氧化钢和热强钢。
抗氧化钢指在高温下具有抗氧化性能的钢，对高温强度要求不高。
热强钢：
指在高温下即具有抗氧化能力，又要具有高温强度。
热强性：
指在高温下长时工作时对断裂的抗力（持久强度），或在高温下长时工作时抗塑性变形的能力（蠕变抗力）。
二．分类
（1）按用途分
1、不锈钢主要用于大气环境及有侵蚀性化学介质中使用，工作温度一般不超高500oC，要求耐蚀，对强度要求不高应用最广泛的有高Cr钢（如1Cr13、2Cr13）和Cr-Ni钢（如0Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti）或超低碳Cr-Ni钢（如00Cr25Ni2Mo、00Cr22Ni5MoN
2、抗氧化钢高温下具有抗氧化能力，工作温度可达900~1100oC，对高温强度要求不高。
常用的有高Cr钢（如1Cr17、1Cr25Si2）和Cr-Ni钢（如2Cr25Ni20、2Cr25Ni20Si2）
3、热强钢高温下既要求有抗氧化能力，又要求有高温强度，工作温度可达600~800oC。
广泛应用的有Cr-Ni钢（如1Cr18Ni9Ti、1Cr16Ni25Mo2、4Cr25Ni20、4Cr25Ni34等）；
以Cr12为基的多元合金化高Cr钢（如1Cr12MoWV）.
（2）按组织分类
1、奥氏体钢以高Cr-Ni钢最为典型。
其中以1Cr18Ni9Ti为代表的系列简称18-8钢，；
其中以25Cr-Ni20钢为代表的系列简称25-20钢，;
还有25-35系列，如0Cr21Ni32、4Cr25Ni35、4Cr25Ni35Nb等。
2、铁素体钢含铬为17%～30%的高铬钢。
主要用作耐热钢，也可用作耐蚀钢，如1Cr171Cr25Si2。
3、马氏体钢Cr13系列最为典型，如1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17Ni12。
以Cr12为基的1Cr12MoWV。
4、沉淀硬化钢为通过时效强化处理以析出硬化相的高强钢，主要用做高强不锈钢。
最典型的有马氏体沉淀硬化钢，如0Cr17Ni4Cu4Nb，简称17-7PH；
半奥氏体+马氏体沉淀硬化钢，如0Cr17Ni7Al，简称17-7PH。
5、铁素体-奥氏体双相钢钢中铁素体占60%～40%，奥氏体占40%～60%。
具有极其优异的抗腐蚀性能。
最典型的有18-5型、22-5型、25-5等
三、不锈钢及耐热钢的特性
（一）不锈钢的耐蚀性能
不锈钢的耐蚀性能的产生基于表面的钝化作用，在不同条件下可产生如下不同的腐蚀形式：
1、均匀腐蚀对于硝酸等氧化性酸，不锈钢能形成稳定的钝化层，不易产生腐蚀。
而对硫酸等还原性酸，只含Cr不行，还必须含Ni。
2、点蚀因Cl-的存在而使钝化层局部破坏以至形成腐蚀坑，甚至可以穿孔的腐蚀现象。
一般不锈钢耐点蚀性能都不理想，提高Cr、Ni、Mo、Si、Cu有利于改善耐点蚀性能，超低碳对抗点蚀有利。
3、缝隙腐蚀
缝隙中的不锈钢表面钝化膜吸附Cl-而被局部破坏发生的腐蚀。
耐点蚀的钢都有耐缝隙腐蚀的性能。
4、晶间腐蚀
在晶粒边界发生的有选择性的腐蚀现象。
晶间腐蚀与晶界贫“铬”现象有关。
对于18-8钢，固溶处理后再经450～850℃加热（敏化加热），Cr23C6或（FeCr）23C6（常写成M23C6）会沿晶界沉淀出，以至使晶界边界层的固溶含Cr量低于12%，即出现所谓的贫铬，在腐蚀介质中将会发生腐蚀。
对于铁素体钢，由于碳在铁素体中扩散速度快，故快冷时就易析出M23C6，再次加热时就倒易使碳化物溶解，消除贫铬层。
若钢中含碳量低于其溶解度，C≤0.015%～0.03%（超低碳）,就不至于有Cr23C6析出,因而不会产生贫铬现象.如钢中含有能形成稳定碳化物的
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