材料焊接性总结

1、第二章：1. 金属焊接性：金属能否适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特性。它的内涵：1）是否适合焊接加工 2）焊后使用可靠性2. 金属的焊接性的分析方法 :（一）从金属特性分析金属焊接性1、利用金属本身的化学成分分析（1）碳当量法 :指将各种元素按相当于若干含碳量折合并叠加起来求得所谓碳当量，用其来估计冷裂倾 向的大小。 CE=C+Mn6/+Ni+Cu/15+Cr+Mo+V/（2）焊接冷裂纹敏感指数 Pc=C+S30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B+S /600+H/60 （%）.2、利用金属本身的物理性能分析 :3、利用金属本身的化学性能分

2、析4、利用合金相图分析（二）从焊接工艺条件分析焊接性 : 1、热源特点 2、保护方法 3、热循环控制 4、其他工艺因素3. 焊接性试验的内容 :（一）焊缝金属抗热裂的能力（二）焊缝及热影响区金属抗冷裂纹的能力（三）焊接接头抗脆性转变的能力（四）焊接接头的使用性能4. 常用焊接性试验方法 :（一） 斜 Y 坡口焊接裂纹试验法 : 此法主要用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感 性。（二） 插销试验: 此法是测定钢材焊接热影响区冷裂纹敏感性的一种定量试验方法。 测定加载 1624 h 而不断裂的最大应力（7 cr （三）压板对接焊接裂纹试验法（四）可调拘束裂纹试验 第三章：热轧及正火

3、钢1、热轧钢 供货状态：热轧态 性能特点：强度最低 7 S294392MPa,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%,S 社 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 ）正火态供货的钢性能特点：最低强度（T S343450MPa,具有比热轧钢更高的强度和塑韧 性成分特点：0.150.2%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、N b、T

4、i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 典型钢种： Q390（15MnTi、15MnVN）等。（2 ）正火+回火态供货的钢 性能特点：最低强度c s490MPa。具有比正火 态钢更好的强度和中温性能成分特点：Mn-Mo系列低碳低合金钢，0.150.2%C,在C-Mn、Mn-Si系的基础上加入 Mo、 Nb 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，同时还需通过回火改善韧性典型钢种：Q490（18MnMoNb）、14MnMoV、（ 3）微合金控轧钢 性能特点：在控轧状态可以达到正火状态的质量，具有高强、高韧和

5、良好的焊接性能成分特点：在 C-Mn基础加入微量Nb、V、Ti等，同时降C、降S.强化机制：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）典型钢 种：X60、X65 X70、X80 等 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（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

6、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。影响因素：淬硬组织，扩散氢含量， 拘束度。（三）再热裂纹四）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 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

7、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，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

8、：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 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强化机制： 热处理组织强化，固溶强化，位错强 性能：（7 s 一般为441980MPa；良好的综合性能和 焊接性。成分：CW 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。典型钢种：HY80 HY130 A517J T-1、14MnM

9、oNbB、CF钢。二、低碳调质钢的焊接性分析（一）焊缝中的热裂纹（二）热影响区液化裂纹（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（五）层状撕裂（六）1、过热区的脆化 2、焊接热影响区的软化三、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

10、在800500C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 2、焊接材料的选择（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

11、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（w 200C）。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性能特点：这类钢的（7s高达8801176MPa其特点是高的比强和高硬度，这类钢的淬透大因此焊接性

12、 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成分特点： 含碳量通常为 0.25%0.45%，取决于含碳量 典型钢种：（1）40Cr（2） 35CrMo A 和 35CrMoVA （ 3）30CrMnSiA 30CrMnSiNi2A40CrMnSiMoVA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 M s 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

13、性能变化 1、过热区的脆化（ 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

14、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

15、、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（200C350C）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 （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

16、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50C。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性能：具有较好的抗氧化性和热强性，工作温度可高达600 r，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。典型钢种：12CrMo、10

17、Cr2Mo1、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

18、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；成分特点：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、S、Al、Nb、Ti、Zr 等。典型钢种：16MnCu、10MnPNbRe 10NiCuP等。（二）耐硫和硫

19、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-12Mo和9C r-Mo钢；奥氏体不锈钢及含Al钢（可分为含铝较低（0.5%AI的热轧钢，含All%左右的热轧钢；含AI2%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，同低合金耐热钢第四章 不锈钢 耐热钢的 概念 类型和特性分类（ 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

20、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、 00Cr22Ni5MoN2、 抗氧化钢咼温下具有抗氧化能力，工作温度可达9001100oC对咼温强度要求不咼。常用的有咼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600800oC。广泛应用的有 Cr-Ni钢（如1Cr18Ni9Ti、1Cr16Ni25Mo2、4Cr25Ni20 4 Cr

21、25Ni34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，女口 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

22、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0Cr17Ni7AI,简称17-7PHo 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 2、点蚀 3、缝隙腐蚀 4、晶间腐蚀 在晶粒边界发生的

23、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450850C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元素 Nb 或Ti,并经稳定化处理（加热850CX 2h空冷），

24、使之优先形成Nb或TiC则不会再成Cr23C6也不会产生贫铬 现象.其它杂质的晶界偏析也易造成晶界（间）腐蚀 .4。应力腐蚀（SCC）（二）耐热钢的高温性能 1、抗氧化性2、热强性 3、高温脆化奥氏体钢一、 奥氏体钢焊接性（一）接头耐蚀性1、晶间腐蚀有代表性的 18-8钢焊接接头，有三个部位出现晶间腐蚀现象，包括焊缝区腐蚀、敏化区腐 蚀、熔合区腐蚀。（1）焊缝区晶间腐蚀 防止焊缝区晶间腐蚀，采取措施有：通过焊接材料，使焊缝 金属或者成为超低碳情况，或含有足够的稳定化元素Nb，般希望Nb8%或 Nb 1%;调整焊缝成分以获得一定的铁素体（S ）相。焊缝中S相的作用：一是可以打乱单一 丫相柱状晶的

25、方向性，不致形成 连续贫铬层；二是S相富Cr，有良好的供Cr条件，可减少丫晶粒形成贫铬层。常希望焊缝中存在 4% 12%的 5相。（2） HAZ敏化区晶间腐蚀HAZ敏化区晶间腐蚀，指焊接热影响区中加热峰值温度处于敏 化加热区间的部位所发生的晶间腐蚀 只有普通 18-8 钢才会有敏化区存在，含 Ti 或 Nb 的 18-8Ti 或 18-8Nb,以及超低碳的18-8钢，不易有敏化区出现。防止 18-8钢敏化区腐蚀，在焊接工艺上应采取快 速过程，以减少处于敏化加热去区间。（3）熔合区刀口腐蚀在熔合区产生的晶间腐蚀，有如刀削切口形式，故称为“刀口腐蚀”。刀口腐蚀只发生在含Nb或含Ti的18-8Nb或

26、18-8Ti钢的熔合区。其实质是 因M23C6沉淀而形成贫铬层。18-8Ti在焊接时熔合区高温过热，大部分 TiC溶解，冷却时，碳在晶界附近成为过饱和状态，再经过 450850C中温加热，在晶界将发生 M23C6沉淀而形成晶界贫铬。越靠近 熔合线，贫铬越严重，因此形成“刀口腐蚀” 。2、应力腐蚀开裂 SCC: 3、点蚀不锈钢的点蚀较难控制 二、奥氏体钢焊接接头热裂纹奥氏体钢焊接时，在焊缝及近缝区都有可能产生热裂纹。最常见的是凝固裂纹，在近缝区的热裂纹是 液化裂纹。 奥氏体钢焊接热裂纹的基本原因 1、奥氏体钢的导热系数小和线胀系数大，在焊接局部加 热和冷却条件下，接头在冷却过程中可形成较大的拉应

27、力。 2、奥氏体钢易于联生结晶形成方向性强的 柱状晶的焊缝组织，有利于有害杂质偏析，而促使形成晶间液膜。3、奥氏体钢及焊缝的合金组成复杂，不仅S、P、Sn、Sb之类会形成易溶液膜，一些合金元素因溶解度有限（如S、Nb）,也可能形成易溶共晶。（二）热裂纹的防止措施1凝固模式 凝固裂纹最易产生于单相奥氏体（丫）组织焊缝中，如果为丫+S双相组织，则不易产 生凝固裂纹。凝固裂纹与凝固模式有直接关系。凝固模式首先指以何种初生相（丫或S）开始结晶进行凝固过程，其次是指以何种相完成凝固过程。影响热裂倾向的关键是决定凝固模式的 Creq/Nieq 比值。18-8系列的奥氏体钢，因Creq/Nieq处于1.52

28、.0之间，一般不会轻易产生热裂纹；而25-20系列奥氏体钢， 因Creq/Nieq v 1.5含镍量越高，其比值越小，以具有明显的热裂倾向。2化学成分碳化物和硼化物可以同S相一样使丫晶粒细化，而减小杂质的偏聚。提高含硼量，易溶共晶数量增多，反而细化了一次结晶组织而产生愈合作用，可降低热裂倾向。调整化学成分是控制热裂纹 的重要手段。在单相奥氏体钢中，可以用 Mn 进行合金化。3.焊接工艺的影响 为避免焊缝组织粗大和过热区晶粒粗化，以至增大偏析程度，应尽量采用小的焊 接线能量，而且不预热，并降低层间温度。简答：为什么奥氏体钢关注Cr Ni含量？因为Cr Ni得含量对奥氏体钢焊接接头的耐蚀性， 热裂纹及焊缝的脆化都有重要的影响。 从接头耐蚀性的角度看： （1） “