IWE材料复习资料

1、碳钢碳锰钢耐候钢细晶粒结构钢低温韧性钢热强钢高合金钢铸钢铸铁正火热轧调质奥氏体铁素体马氏体双相铸钢铸铁特点及应用广泛应用于民用建筑、 地 下工程、桥梁工程、 水利 工程、车辆制造和机器制 造。空气中含有特殊的化学 物质，结构长期与水接 触，永久性暴露于潮湿环 境中，以及用于海水环境 下。主要是用于受较高载荷的焊接构件，如桥梁、闸门、容器、水罐、吊车以及 用于低温情况下。低温用钢主要用于制造 生产、运输及储存液化气 体的设备，在低温条件下 工作的容器、 管道和结构 等。这些装备最重要的性 能要求是抗低温脆性破 坏,保证在使用温度下具 有足够的低温韧性。热强钢用于常规热电站、 核能动力装置、石油精

2、 制、加氢裂化设备、 合成 化工容器、宇航装置以及 其它高温加工设备。高温抗氧化不起皮钢（ 900 1100 ）： 热交换器、烟囱、炉子 合金元素： C0.2%、Cr30%、Al1.5% 、Si2.5%、Ni36% 热强钢（ 600 800 ）：锅炉、汽轮机、核能容器，奥氏体组织合金元素： C0.2%、 Cr20%、Ni12 36%、V、N、Nb 低温韧性钢（ -196 以下 ）低温容器，奥氏体组织合金元素： C 0.1%、 Ni16%、 Mn6%、Cr20%、Mo、Ti、Nb铸铁具有成本低，铸造 性、减震性、耐磨性与切 削加工性能优良等很多 优点，而且熔化设备简 单，所以在机械制造业中 获得

3、非常广泛的应用。标准典型钢种EN 10025-2S235JR、S235J0、S235J2、S275JR、S275J0、S275J2、S355JR、S355J0、S355J2、S355K2、S450J0EN 10025-5S355J0WEN10025-3S355 NS355 NLEN10025-4S355 MS355 MLEN10025-6S460QS460QLS460QL1含 Ni 的低温用钢，按EN10028-4X8Ni9碳钢系列( EN10028-2 P235GH, P265GH, P295GH ； EN10028-3 P275NH, P355NH ) 低合金钢系列 ( EN10028-2

4、 10Mn6, 15Mo3 ， 13CrMo44, 10CrMo910 ； EN10028-3 P460NH) 高合金系列 ( X8CrNiMoNb16 16 ， X8CrNiNb16 13 ， X8CrNiMoN1713 )EN 10088 标准不锈钢，不锈钢中 Cr 含量最低为 10.5%， C 含量最高为 1.2% 。在压力容器用钢标 准中不锈钢是其中的第七部分，即 EN10028-7 。奥氏体： X5CrNi18-9 铁素体： X6Cr13 马氏体： X5CrNi13-4 双相： X2CrNiMoN22 5 3DIN1681GS-38 ，GS-45 和 GS-52球墨铸铁EN-GJS-

5、350-22-LT 脱碳退火的可锻铸铁 （GTW） EN-GJMW-350-4 非脱碳退火的可锻铸铁 （ GTS）EN-GJMB-300-6强化机理固溶强化： C 、Mn含有一定数量的合金元 素的钢材，如添加 P、Cu 、 Cr、Ni 、Mo 、到钢材 中在温度条件下通过在 母材金属上形成自保护 的氧化膜可以增强其抗 大气腐蚀性。热处理强化：正火高温控扎 细晶强化（加入合金元素 如 Nb、 Ti、 V）热处理强化：调质固溶强化和晶粒细化 （加 入 Ni 、Mn 固溶强化；加 入 V、Al 、Nb、Ti 形成 稳定的氮化物， 达到细化 晶粒。） 增加钢材中的镍含量 提高钢材的纯净度 （降低 含量

6、和严格限制、 的含量） 热处理方法（通过正火 , 正火加回火或调质处理 细化晶粒、均化组织）在热强钢中加入 Mo 、 Mn 、W、Cr 等元素实现 固溶强化。加入 V、Ti 、Nb 等元素， 形成（ V4C3、TiC 、NbC ） 高温时稳定且不易聚集 长大的碳化物相， 实现弥 散强化。 严格限制杂质元素， 选用 优质钢和特殊优质钢实 现净化晶界， 同时还应加 入 B 、Zr 等微量元素减少 晶界缺陷，提高晶界强 度。固熔、细晶焊接性普通结构钢熔化焊时的 焊接性主要受它的淬硬 倾向、脆断倾向、 时效倾 向以及它的偏析性能等 因素的影响。 这些影响都 是由钢的化学成分所确 定，尤其是由钢中的含碳

7、 量、含氮量、 含硫量和含 磷量所确定。 含碳量不大 于 0.22% 的结构钢是可 焊接钢种，并且可在不予如果使用无抗大气腐蚀 的填充金属则应该确保 焊缝本身是耐候的。 在焊接之前， 应该将已形 成的表面层清除至接头 边缘 10mm到 20mm 的距 离。焊接钢材级别 S355J0WP 和 S355J2WP 采用的磷 含量很高时， 应该采用特 殊的预防措施。冷裂倾向：正火细晶粒结 构钢中含有较多合金元 素，因而这类钢的淬硬倾 向有所增加， 随着钢的碳 当量和板厚的增加， 其淬 硬及冷裂倾向随着之增 大，需要采取控制焊接线 能量、降低含氢量、 预热 和及时后热等措施， 以防 止冷裂纹的产生。HA

8、Z 区脆化 :在 HAZ 的少量珠光体钢对于不同 的焊接方法， 在不同的焊 接条件下均可以无困难 地进行焊接。 其特殊的优 点在于：这种钢在恶劣的 焊接条件下也不要求予 热或焊后热处理。HAZ 韧性下降：焊接时 热输入过大， 粗晶区将因 晶粒严重长大或出现魏 氏组织而降低韧性。 热输冷裂纹：这类钢是在低碳 的基础上加入提高渗透 性的合金元素获得低碳 马氏体和上贝氏体的混 合组织，淬透倾向相当 大，冷裂倾向比较大， 焊 接时，控制马氏体开始转 变温度，较小的冷却速 度，使得形成马氏体能自 回火，则冷裂是可以避免 的。低温用钢具有良好的焊 接性，焊接关键是保证焊 缝和粗晶区的低温韧性。 低温时，由

9、于钢材随温度 降低，材料变脆，对缺陷 和应力集中的敏感性较 大，易造成产品的低温脆 性破坏；低温用 Ni 钢具 有回火脆性倾向。冷裂纹倾向： 热强钢按其 合金含量具有不同程度 的淬硬倾向， 它取决于碳 和合金成分及含量。 其主 要合金元素 Cr 和 Mo 都 显著提高钢的淬硬性， 存 在冷裂纹倾向 。 热裂纹倾向： 热裂纹倾向 不大，要选择合适的热输 入量，收弧时注意填满弧 坑，就不易产生热裂纹。1）对焊接热裂纹敏感， 易产生弧坑裂纹、 液化裂 纹。因奥氏体不锈钢具有 低的热导率、高电阻率、 高线膨胀系数， 焊接时容 易产生拉应力。 另外奥氏 体焊缝产生方向性很强 的柱状晶，促使有害杂质 的偏

10、析，易形成晶间液态 薄膜。2）易出现晶间腐蚀，主要是焊接接头的脆化 问题（ 1、晶粒粗大 焊 接热影响区在 900以上 温度加热时有晶粒长大 的倾向，铬含量愈高，晶 粒长大倾向越严重。 2、 475 脆性 Cr 含量高 于 17 的 高 铬 钢 在 450 525 加热会产 生 475脆化。 3 、相 的形 成 Cr 含量高 于主要是易产生冷裂纹： 含 碳量较高的马氏体不锈 钢，空冷条件下淬硬倾向 很大。焊缝及焊接热影响 区的组织通常为硬而脆 的高碳马氏体， 含碳量越 高， 硬脆倾向越大。 接头 拘束度较大或氢含量较 高时，易产生冷裂纹。主要是获得合理的相比 例及防止脆化相的析出 双相不锈钢有

11、良好的焊 接性，它既不象铁素体不 锈钢因晶粒严重粗化而 使接头脆化、 塑韧性大幅 降低，也不像奥氏体不锈 钢对焊接热裂纹比较敏 感。双相不锈钢焊接冷裂纹 及热裂纹的敏感性都比GS-38 ，GS-45 和 GS-5 都具有良好的焊接适应 性。而 GS-38 焊接时不必 予热，GS-45 和 GS-52 则 要予热。 GS-60 只有采取 特殊的措施时，才可焊 接。2热的情况下施焊。随着产品厚度和强度等 级的增加，可能产生冷裂 纹。当碳含量 0.35% 的非合 金钢和硼合金钢焊接时 需要预热，预热温度 150250，填充材料按 ISO2560 和 ISO14341 选 择，焊后缓冷，在 250 时

12、退火减小扩散氢的含 量。对碳含量在 0.5%时的非 合金钢和合金钢在相对 困难的条件下可用熔化 焊，焊前预热温度大约 250350，填充材料一 般按 EN 757 和 EN 758 选择，或对热强钢按 EN1599 和 EN12070 和 EN12071，焊后要求缓 冷，冷至 100时才可进 行热处理如减小扩散氢 退火或回火。 对高质量的接头须焊过 渡层，然后回火， 再进行 焊接。粗晶区，高温停留时间 长， V.、 Nb 和（ C、N） 形成的碳氮化合物的析 出相溶解到相中， 抑制奥 氏体长大， 细化组织的作 用被大大削弱， 粗晶区出 现粗大晶粒及上贝氏体， M-A 组元，再加上粗晶 区对碳、

13、氮固溶度的增 加，导致韧性的降低和时 效敏感性增大。 采用小线 能量焊接或在钢中加微 量钛，有利于改善正火钢 粗晶区韧性。入过小，由于粗晶区组织 中马氏体比例增大而降 低韧性， 氢致延迟裂纹的倾向： 焊 接热机械轧制的细晶粒 结构钢时，当冷却速度过 快，由于粗晶区组织中马 氏体比例增大而降低韧 性，会增加氢致延迟裂纹 的倾向，常用预热和选择 合适的填充材料来预防再热裂纹：低碳调质钢中 加入了 Cr 、Mo、Cu、V、 Ti 、Nb、B 等合金元素而 增加淬透性， 这些元素属 于能引起再热裂纹的元 素，其中 V 的影响最大， Mo 次之。HAZ 区的脆化：焊接时 若线能量过大， 高温停留 时间长

14、而引起奥氏体晶 粒粗大，形成上贝氏体， M-A 组元而引起 HAZ 区 的脆化。HAZ 区的软化：在 HAZ 区受热未完全奥氏体化 的区域，即受热时最高温 度低于 Ac1 ，而高于钢调 质处理时回火温度的那 个区域有软化的倾向， 线 能量越小，软化程度越 小。再热裂纹倾向： 再热裂纹 产生主要取决于钢的碳 化物形成元素的特征及 含量。易产生于热影响区 的粗晶段，与焊接热规范 及由此引起的焊接应力 有关。可能在三个部位出现， 即 焊缝晶间腐蚀、过热区 “刀蚀”、热影响区晶间 腐蚀是碳化铬（ Cr23C6 ） 在晶界析出造成的（贫铬理论 ），在敏化温度区 450 850长时间停留， 会促使 Cr2

15、3C6 在晶界析 出，降低耐蚀性。3）析出脆性 相， 在奥氏体中存在铁素体 时，焊缝在 650 850 停留时间过长， 有可能析 出一种脆硬的金属间化 合物， 降低塑性、 韧性和 抗晶间腐蚀性能。21的铁素体不锈钢， 在 600 800 长时间加 热会形成硬而脆的金属 间化合物 相。 4、高温 脆性 加热到 950 以 上急冷至室温产生晶间 腐蚀，经 750 850 热处理，可恢复其塑性。 ）较小，因此焊前不需要预 热，焊后不需要热处理。 为获得合理的相比例及 防止脆化相的析出。焊接方法111、135、141、12填充材料ISO2560ISO636/14175ISO14341ISO14171/

16、14174屈服强度的小于500Mpa：ISO2560ISO636/14175ISO14341ISO14171/14174 屈服强度的大于 500Mpa：ISO18275、EN12534 、ISO18276含镍低合金钢焊接时， 所 选焊接填充材料含镍量 应与母材相同或高于母 材， 高镍钢如 9%Ni 钢最 好采用 Ni 基、Fe-Ni 基或 Ni-Cr 奥氏体不锈钢焊接 材料。焊材：焊条电弧焊EN1599 E CrMo2 B （ E6015-B3,热 407）。ISO 3581 不锈钢和耐热钢焊条电弧焊用焊条例： ISO3581-A （ EN1600） E 19 12 2 R 3 4ISO143

17、43 不锈钢和耐热钢电弧焊用焊丝、焊棒 例：ISO14343-A（EN12072）G 20 10 3ISO14343-A（EN12072）S 20 10 3ISO14343-A （ EN12072 ） W 20 10 3ISO17633 不锈钢和耐热钢金属电弧焊带或不带气体保护用药芯焊丝 例：ISO 17633-A（EN12073） T 19 12 3L R M 3ISO1071焊接过程控制预热及层间温度 低合金低温钢碳含量较 低，淬硬性和冷裂倾向 小，常温下焊接可不预 热，当厚度 25mm 时， 预热 100-150，层间温 度应与预热温度相同。 对于 12Ni19 、X8Ni9 钢 多层焊

18、的层间温度控制 应小于 100，否则焊接 热影响区会形成粗晶组 织。9%Ni 钢由于 C、S、P 含壁厚大于 6mm ，焊前预 热 200 250 焊后热处理 700 740 外径小于 50 壁厚小于 8mm，可不进行热处理不需予热 控制层间温度， Max200 ，最好 100 4）快速冷却，尽量减少 在 450 850的停留 时间 工艺上，采用低线能量 （小电流、快速焊） 操作上，采用窄焊道、 多 道焊、 不摆动技术， 注意 填满弧坑。正确选用焊接材料， 选用 低含碳量和含稳定化元1）铁素体不锈钢室温韧 性差，因此要预热焊接； 2）采用较小的热输入量 焊接，即采用小直径焊 条，低焊接电流， 窄焊道 技术，多层多道， 控制层 间温度； 3）焊后热处理要严格控 制，热处理目的是细化晶 粒、消除晶间腐蚀， 防止 产生 相和 475 脆性。为了避免裂纹及改善焊 接接头力学性能， 马氏体 不锈钢焊接时应采取预 热、后热和焊后立即高温 回火等措施。应选择合理的焊接热输 入并严格控制层间温度。用同类填充材料焊接 焊）预热 600 用异类填充材料焊接 焊）（热（冷量控制很严， 产生冷裂纹 倾向不大，其热影响区是 淬火组织；有可能产生液 化裂纹、弧坑