冷轧钢焊接性能研究

1、冷轧钢焊接性能研究一、冷轧钢与热轧性能比较1、冷轧与热轧区别及各自优缺点热轧和冷轧都是型钢或钢板成型的工序，它们对钢材的组织和性能有很大的影响，钢的轧制主要以热轧为主，冷轧只用于生产小号型钢和薄板。热轧：优点：可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善。这种改善主要体现在沿轧制方向上，从而使钢材在一定程度上不再是各向同性体；浇注时形成的气泡、裂纹和疏松，也可在高温和压力作用下被焊合。缺点:1.经过热轧之后，钢材内部的非金属夹杂物（主要是硫化物和氧化物，还有硅酸盐）被压成薄片，出现分层（夹层）现象。分层使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化，并

2、且有可能在焊缝收缩时出现层间撕裂。焊缝收缩诱发的局部应变时常达到屈服点应变的数倍，比荷载引起的应变大得多； 2.不均匀冷却造成的残余应力。残余应力是在没有外力作用下内部自相平衡的应力，各种截面的热轧型钢都有这类残余应力，一般型钢截面尺寸越大，残余应力也越大。残余应力虽然是自相平衡的，但对钢构件在外力作用下的性能还是有一定影响。如对变形、稳定性、抗疲劳等方面都可能产生不利的作用。冷轧：优点：成型速度快、产量高，且不损伤涂层，可以做成多种多样的截面形式，以适应使用条件的需要；冷轧可以使钢材产生很大的塑性变形，从而提高了钢材的屈服点。 缺点: ：1.虽然成型过程中没有经过热态塑性压缩，但截

3、面内仍然存在残余应力，对钢材整体和局部屈曲的特性必然产生影响； 2.冷轧型钢样式一般为开口截面，使得截面的自由扭转刚度较低。在受弯时容易出现扭转，受压时容易出现弯扭屈曲，抗扭性能较差； 3.冷轧成型钢壁厚较小，在板件衔接的转角处又没有加厚，承受局部性的集中荷载的能力弱。2、焊接性能比较同等材质的钢材，热轧时经高温加热，相当于一个退火过程钢材自身基本没有应力。而冷轧板在轧制时不加热，在冷态时轧制，有一个“冷作硬化”的作用，强度有所升高，硬度也增加，同时也产生了应力。在焊接时有一个“焊接应力”，由于冷轧板（含其他型材）的自有应力，加上焊接应力，会使应力进一步加大，所以焊接性能不如热轧板了。冷轧板表

4、面光洁度较高，表面没有阻碍焊接的涂层，因此非常利于焊接的进行。基于这样的特点，冷轧板非常适合于薄板焊接。热轧板表面有一层较厚且厚度不均的氧化层，或称为氧化皮。氧化皮多数呈不均匀的深色，并且板材表面光洁度较差。由于该氧化皮的存在阻碍了焊接的进行，在焊接时，焊接电流必须首先突破氧化层的阻碍才能到达金属板表面进行焊接，因此需要较长的焊接时间才能保证  焊接的强度二、钢材可焊性研究1、碳在钢中的作用C是钢铁材料中提高强度最基本、也是最廉价的合金元素。由C或通过溶入Fe的晶格以固溶强化提高钢的强度，或者由过饱和FeC固溶体中析出碳化物以析出强化提高钢的强度。C对提高钢的淬硬性和淬透性

5、的作用十分明显。随着钢中C含量的提高，钢的强度增加，而韧性和塑性下降。2、碳与碳当量钢在焊接过程中，焊缝、融合区和部分热影响区将加热到奥氏体区。对低碳钢来讲，其淬透性低，在冷却时不会形成马氏体，且此时钢材的塑性较高，一般不易产生焊接裂纹；对中、高碳钢及合金钢来讲，其淬透性较高，在焊接冷却过程中将产生马氏体，而中、高碳马氏体的硬度和强度高，但韧性、塑性很低，这样在组织应力和热应力的作用下将可能发生开裂，这是人们最早关注的焊接脆性问题。这与钢中的碳含量和合金含量有关，为用一个单一的参量来表示碳及合金元素对焊接后开裂趋势的影响，人们提出碳当量的概念，即将其他合金元素按一定比例关系折算后与碳元素相加而

6、成。碳当量越大，越容易发生焊接开裂。同时，一般来讲钢的强度也随碳当量的提高而增加。3、碳当量与焊接性的关系目前有多种表示碳含量及合金元素与焊接性关系的经验公式，其中最常用的有国际焊接学会(IIW)采用的Ceq公式和日本ITO提出的通常称为焊接冷裂指数的Pcm公式：Ceq=C+Mn6+(Ni+Cu)15+(Cr+Mo+V)5Pcm=C+Si30+(Mn +Cu+ Cr)20+Ni60+Mo15+V10+5B上述二公式都可称为碳当量(CE)公式。然而，碳当量只是个近似的概念，很多合金元素的作用也很复杂，很难用一个碳当量的公式反应各种钢材的焊接性。因此，碳当量的公式也有其适用范围，对不同的钢种应选用

7、适用的碳当量公式来反映其焊接性。如上述Ceq的表达式是从大量w(C)>018 的钢种中得出的经验公式，对于w(C)>018 的钢种是适用的。但当向低碳含量或超低碳含量的钢种外推时，有时并不完全适用。此外，Ceq表达式与钢的强度之问存在定的对应关系，即对同类型的钢来讲，钢的强度随着Ceq的提高而增加。4、管线钢的碳含量和碳当量(Ceq)与焊接性的关系对管线钢韧性和焊接性的不良影响，管线钢中的c含量不断降低，为弥补由此带来的强度损失就必须通过添加其他合金元素来补充，或采用新的成分和组织设计。此时，上述Ceq表达式已不能真实反映W(C)012 的低碳和超低碳钢的焊接性，这可从著名的反映钢

8、的焊接性与碳含量、碳当量关系的格瑞维勒(Graville)图中反映出来(图1)。图的纵座标是钢的碳含量，横座标是上述碳当量Ceq表达式，图中分为三个反映焊接性的区域。从中可见：区域I为易焊接区，在该区域的钢种具有很好的焊接性；区域II为可焊接区，在该区域的钢种通过适当的预热和焊后热处理还是可以焊接的，具有一定的焊接性；区域III为难焊接区，表明在该区域的钢种即使采用了预热和焊后热处理还是难以焊接的，其焊接性差。早期的管线钢，如图1中表示的20世纪50年代的X52钢级，其碳含量较高(W(c)>022)，处在可焊接区域II和难焊接的区域III。近代管线钢的发展最显著的特征之一就是不断降低钢中

9、的c含量，随着c含量的降低，钢的焊接性得到明显的改善。如前述的X52钢级管线钢到20世纪80年代的后期，其c含量已降低(W(c)<010)，此时具有良好的焊接性。从图1可以看到管线钢c含量变化的发展轨迹。此外，从图1还可看到，当W(C)>012时，上述碳当量Ceq表达式可以反映钢的焊接性，且随着Ceq的增加，钢的焊接性恶化。而当W(c)<010时，即使钢的Ceq值很高，钢也处在易焊接区域I，表明具有很好的焊接性，如超低碳贝氏体钢(ULCB)和HSLa_80、HSLA100等微合金钢在Ceq为040 060 时仍具有易焊接的特性。这也是近代低碳、超低碳微合金钢的主要优点之一。同

10、时，随着c含量的降低，钢的塑性和韧性也得到明显的提高。在西气东输工程中采用的针状铁素体X70级管线钢也反映了这样的特点。随着近年来低碳、超低碳高强度、高韧性管线钢的发展，上述Ceq公式与管线钢的真实焊接性能的矛盾在生产和使用过程中不断暴露出来，特别是对X80以上的高钢级厚壁管线钢来讲，这个问题就更加明显。因此，美国石油学会也在新版API 5L(42版)中对碳当量(CE)规定了根据C含量不同采用不同的公式计算，如在W(c)>012 时采用上述Ceq表达式，在W(c)012 时，则采用上述Pcm表达式。这说明对低碳、超低碳钢采用Ceq公式难于真正反映钢材的焊接性，此时，作为反映钢的冷裂纹指数的Pcm公