《焊工技能培训》课件-项目3：合金结构钢焊接技术

合金结构钢的分类和性能主讲人：3.1合金结构钢的分类和性能合金钢指在炼钢过程中有意识地加入一种或多种合金元素来改善钢材性能。常用合金元素有：锰、硅、铬、镍、钼、钨、钒、钛、硼

Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、B按合金元素总含量分：低合金钢，合金元素总含量＜5％中合金钢，合金元素总含量＝5％~10%

高合金钢，合金元素总含量＞10％

强度高，韧性好，具有特殊的物理、化学性能，如耐热性和耐蚀性等性能压力容器、石油化工、桥梁、船舶等机械零件和工程结构应用3.1.1合金结构钢的分类3.1合金结构钢的分类和性能强度：σs≥295MPa，高强钢应用：常规条件下要求能承受静载和动载的机械零件和工程结构

主要性能是力学性能，合金元素的加入是为了保证足够的塑性和韧性的前提下，获得不同的强度等级，同时也可改善焊接性按用途和性能分：强度用钢（高强钢）和低中合金特殊用钢1、强度用钢强度用钢3.1.1合金结构钢的分类3.1合金结构钢的分类和性能σb＜600MPaσb≥600MPa3.1.1合金结构钢的分类3.1合金结构钢的分类和性能热轧钢把钢锭加热到1300℃左右，经热轧成板材，然后空冷后即成热轧钢。钢板轧制和冷却后，再加热到900℃附近，然后空冷。正火钢调质钢轧制冷却后再在900℃附近加热后放入淬火设备中水淬然后在600℃左右回火处理。3.1.1合金结构钢的分类3.1合金结构钢的分类和性能4）新发展钢种新发展钢种

微合金化控轧钢、焊接无裂纹钢（CF钢）、抗层状撕裂钢（Z向钢）、焊接大热输入钢等。

主要用在严寒地区输油管线、海上采油平台、大型压力容器、大型水轮机蜗壳和大跨度全焊接桥梁等工程中。表3-1国内外常见的合金结构钢的牌号2.1非合金钢与钢材分类方法3.1.1合金结构钢的分类3.1合金结构钢的分类和性能

类型类别屈服点/MPa国内外常用钢牌号高强度钢热轧及正火钢295～490Q295(Cu)、09Mn2Si、Q345(Cu)、Q390、Q390(Cu)、Q420、18MnMoNb、14MnMoV、WH530、X60、D36低碳调质钢490～98014MnMoVN、14MnMoNbB、WCF60、WCF62、HQ70、HQ80、HQ100、T-1、HY80、HY110中碳调质钢880～117635CrMoA、35CrMoVA、30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA、40CrNiMoA、34CrNi3MoA特殊用钢珠光体耐热钢265～64012CrMo、15CrMo、2.25Cr1Mo、12Cr1MoV、15Cr1Mo1V、12Cr5Mo、12Cr9Mo1、12Cr2MoWVB、12Cr3MoVSiTiB低温钢343～58509Mn2V、06AlCuNbN、2.5Ni、3.5Ni、5Ni、9Ni低合金耐蚀钢-12MnCuCr、09MnCuPTi、09CuPCrNi、12AlMoV、12AlMo、15Al3MoWTi3.1.1合金结构钢的分类3.1合金结构钢的分类和性能1.Q屈服点Q295屈服强度295MPa2.数字+合金元素+A/B/C/D（碳含量的万分之几）

X60：管线钢WCF62：焊接无裂纹钢HQ70、HQ80、HQ100、T-1、HY80、HY110：低碳调质钢18CrMoVA0.18%C优质A等级最低，D最高3.1.1合金结构钢的分类3.1合金结构钢的分类和性能1）热轧及正火钢高强钢

σs=294~490MPa，在热轧或正火状态下使用，属于非热处理强化钢。包括微合金化控轧钢、抗层状撕裂的Z向钢等。应用：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、建筑结构和管线等3.1.1合金结构钢的分类3.1合金结构钢的分类和性能2）低碳调质钢高强钢σs=490~980MPa，在调质状态下供货使用，属于热处理强化钢。

含碳量较低（＜0.22%），高强度，良好塑性和韧性，可以直接在调质状态下进行焊接，焊后不需进行调质处理。特点应用

大型工程机械、压力容器及舰船制造等。3.1.1合金结构钢的分类3.1合金结构钢的分类和性能高强钢3）中碳调质钢

σs=880~1176MPa以上，热处理强化钢

含碳量较高（0.25%~0.5%），淬硬性比低碳调质钢高得多，具有很高的硬度和强度，但韧性相对较低，焊接困难。一般是在退火状态下焊接，焊后再进行整体热处理来达到所要求的强度和硬度。特点应用强度要求很高的产品或部件，如火箭发动机壳体、飞机起落架等。3.1.1合金结构钢的分类3.1合金结构钢的分类和性能低合金特殊用钢应用：一些特定条件下工作的机械零件和工程结构要求：常规力学性能，必须适应特殊环境可分为：珠光体耐热钢、低温钢和低合金耐蚀钢等3.1.1合金结构钢的分类3.1合金结构钢的分类和性能1）珠光体耐热钢低合金特殊用钢

工作温度在500~600℃的高温设备，如热动力设备和化工设备等。

以Cr、Mo为基础，随工作温度提高，加入

V、W、Nb、B等合金元素

具有较好的高温强度和高温抗氧化性特点应用元素3.1.1合金结构钢的分类3.1合金结构钢的分类和性能2）低温钢

各种低温装置（-40~-196℃）和在严寒地区的一些工程结构，如液化石油气、天然气、液氮、液氢等生产储运设备。

一些含Ni或无Ni的低合金钢，一般在正火或调质状态使用。

与普通低合金钢相比，低温钢必须保证在低温下具有足够高的低温韧性，对强度无特殊要求。特点应用低合金特殊用钢3.1.1合金结构钢的分类3.1合金结构钢的分类和性能3）低合金耐蚀钢低合金特殊用钢

像大气、海水、石油化工等腐蚀介质中工作的各种机械设备和焊接结构。所处的介质不同，耐蚀钢的类型和成分也不同，耐蚀钢中应用最广泛的是耐大气和耐海水腐蚀用钢。

具有一般力学性能，必须具有耐腐蚀性能。应用3.1.2合金结构钢的基本性能3.1合金结构钢的分类和性能1）化学成分

低碳钢：WC=0.10%~0.25%，WSi≤0.3%，WMn=0.5%

合金元素

：

Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu

杂质元素

：P、S含量限制在较低程度

碳：最能提高强度的元素，但易于引起淬硬和焊接裂纹，所以在保证强度的前提下，碳的含量越少越好（C%≤0.22%，实际C%＜

0.18%）3.1.2合金结构钢的基本性能3.1合金结构钢的分类和性能2）合金元素的影响②Cr组元素：以Cr元素为代表，Cr、Si、Al、Ti、V、Mo、W、B、(O、P、S）铁素体元素（在α-Fe中具有较大溶解度，缩小奥氏体区，形成并稳定铁素体）①Ni组元素：以Ni元素为代表，Ni、Mn、Co、Cu、（C、N、H）奥氏体元素（在γ晶格中具有较大溶解度，扩大奥氏体区，形成并稳定奥氏体）1、合金元素对组织转变的影响3.1.2合金结构钢的基本性能3.1合金结构钢的分类和性能3）合金元素的作用提高钢的淬硬倾向

淬硬倾向：

马氏体含量越多，硬度越高，淬硬倾向越大，淬硬性主要取决于马氏体中碳的过饱和度

C、Mn、Cr、Mo、V、W、Ni和Si等元素

Ti、Nb、Ta等碳化物形成元素降低钢的淬硬倾向3.1.2合金结构钢的基本性能3.1合金结构钢的分类和性能2、合金元素对抗拉强度和屈服强度的影响σs=122+274C+82Mn+55Si+54Cr+44Ni+78Cu+353V+755Ti+540P+[30-2(h-5)]σb=230+686C+78Mn+90Si+73Cr+33Ni+56Cu+314V+529Ti+450P+[21-1.4(h-5)]式中h为板厚（mm）3.1.2合金结构钢的基本性能3.1合金结构钢的分类和性能3、合金元素对塑性和韧性的影响

热轧及正火条件下，合金元素的强化效果越大，塑性和韧性的降低越多，当钢中合金元素的含量超出一定范围后会出现韧性的大幅度下降。抗拉强度大于600MPa的高强钢一般都需进行调质处理。3.1.2合金结构钢的基本性能3.1合金结构钢的分类和性能4、合金元素对淬透性的影响淬透性：钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力。淬硬层（马氏体层）深度越大，则钢的淬透性越好。

凡是能够增加过冷奥氏体稳定性，或者说使Ｃ曲线位置右移，降低马氏体转变临界冷却速度，都能提高钢的淬透性提高淬透性的元素：Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等3.1.2合金结构钢的基本性能3.1合金结构钢的分类和性能

固溶强化作用很显著提高韧性(WMn≤1.7%)

良好的脱S、脱O剂，降低热脆性提高硬度、耐磨性Mn优点缺点Mn含量增高，有增加钢晶粒粗化的倾向和回火脆性敏感性；减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能

Si优点固溶强化，提高硬度和强度提高弹性极限，屈服点，常用作弹簧钢提高抗氧化性（SiO2膜），常做耐热钢缺点

显著降低塑性和韧性，一般Si含量<0.6%

降低焊接性能（与氧结合能力Si比Fe强，焊接时容易形成低熔点的硅酸盐，引起喷溅现象）5、各种合金的作用3.1.2合金结构钢的基本性能3.1合金结构钢的分类和性能NiCrMo显著提高强度、硬度和耐磨性提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性不锈钢和耐热钢的主要合金元素

惟一既能提高强度同时又能提高韧性且大幅度降低脆性转变温度的合金元素，在低温钢和不锈钢中最常用

可细化晶粒，提高热强性，在高温下保持足够的强度和抗蠕变性能。当WMo=0.25%~0.50%时，既可以强化金属又能改善韧性，当WMo>0.5%时韧性开始恶化。提高高温抗氧化性，常与Cr一起用于耐热钢。5、各种合金的作用3.1.2合金结构钢的基本性能3.1合金结构钢的分类和性能5、各种合金的作用N

氮在钢中的作用与碳相似，奥氏体元素123当它溶解在铁中时，将扩大γ区。能与钢中其他合金元素形成稳定的氮化物，这些氮化物往往以弥散的微粒分布，从而细化晶粒，提高钢的屈服点和抗脆断能力。Al、Ti和V等合金元素对氮具有较高的亲和力，并能形成较稳定的氮化物。因此，为了充分发挥氮作为合金元素的作用，钢中必须同时加入Al、V和Ti等氮化物形成元素。3.1.2合金结构钢的基本性能3.1合金结构钢的分类和性能6、微合金化元素TiNbVBV、Ti、Nb是强烈形成碳化物的元素；还可形成氮化物，析出微小的VC、TiC、NbC及VN、TiN、Nb(C、N)产生明显的沉淀强化作用，在固溶强化的基础上屈服强度可提高50～100MPa，并能保持韧性在晶界上阻止先共析铁素体生成及长大，细化晶粒从而改善韧性3.1.2合金结构钢的基本性能3.1合金结构钢的分类和性能各种合金元素的影响程度不仅取决于它的含量，还取决于同时存在的其他合金元素的性质和含量。低碳调质钢的综合性能除了取决于化学成分外，主要是通过热处理保证具有良好的组织和力学性能。合金元素的加入：合金结构钢的强度级别不同，加入的合金元素及其含量也不同，成分设计既要满足使用性能要求又要考虑其经济性。σb=600MPa：Mn-Si、Mn-Si+少量Cr、Ni、Mo、Vσb=700MPa：Mn-Si-Cr-Ni-Mo系，合金元素加入量较

600MPa级的钢多些，还加入少量的V；σb=800MPa：Mn-Si-Cr-Ni-Mo-Cu-V系，并加入一定量B；σb=1000MPa：与800MPa级的钢基本相同，但合金元素加入量较高，尤其是为了保证韧性，而加入较多的Ni热轧及正火钢的焊接主讲人：3.2.1热轧及正火钢的成分和性能3.2热轧及正火钢的焊接

特点：价格便宜，具有良好的综合力学性能和加工性能。

包括：微合金化控轧钢、抗层状撕裂的Z向钢等。

应用：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、建筑结构和管线等。σs=294~490MPa，在热轧或正火状态下使用，属于非热处理强化钢。热轧及正火钢σs=294~490MPa的低合金高强钢热轧及正火钢的焊接3.2.1热轧及正火钢的成分和性能3.2热轧及正火钢的焊接Mn、Si：固溶强化保证钢的强度V、Nb、Ti：细化晶粒、沉淀强化属于C-Mn或Mn-Si系的钢种3.2热轧及正火钢的焊接1）热轧钢σs=294~390MPa的普通低合金钢化学成分：C、Mn、Si、S、P、V、Nb、TiwC≤0.2%3.2.1热轧及正火钢的成分和性能3.2热轧及正火钢的焊接1）热轧钢wC≤0.2%，wSi≤0.55%，wMn≤1.5%wSi

>0.6%：使vTrs提高，对韧性不利;wC>0.3%、wMn>1.6%：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。3.2.1热轧及正火钢的成分和性能3.2热轧及正火钢的焊接1）热轧钢3.2.1热轧及正火钢的成分和性能Q345（16Mn）是我国1957年研制生产和应用最广泛的热轧钢，用于南京长江大桥和我国第一艘万吨远洋货轮。在Q345基础上加入少量V(0.03~0.20%)、Nb(0.01~0.05%)、Ti(0.10~0.20%)等，利用V、Nb、Ti的碳化物和氮化物的析出可进一步提高钢的强度，细化晶粒，如Q390，Q4203.2热轧及正火钢的焊接1）热轧钢3.2.1热轧及正火钢的成分和性能

如：Q345在个别情况下，为了改善综合性能，特别是厚板的冲击韧性，可进行900~920℃正火处理，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。

组织：铝镇静的细晶粒铁素体＋珠光体，热轧供货要求提高冲击韧度或板厚较大时，可以要求在正火条件下供货，经正火处理可使钢的化学成分均匀化，塑性、韧性提高，但强度略有下降。3.2热轧及正火钢的焊接2）正火钢σs

≥390MPa必须在固溶强化的同时加强合金元素的沉淀强化作用化学成分：C、Mn、Si、S、P、Mo、V、Nb、Ti3.2.1热轧及正火钢的成分和性能3.2热轧及正火钢的焊接2）正火钢正火处理：促使碳化物和氮化物的细小化合物质点沉淀析出，弥散分布在晶内和晶界，起细化晶粒的作用

1）正火状态下使用的钢：主要是含V、Nb、Ti的钢，如420等，主要特点是屈强比（σs/σb）较高；

2)正火＋回火状态使用的含Mo钢：如14MnMoV、18MnMoNb等。Mo：细化晶粒，提高强度，提高钢材中温性能。3.2.1热轧及正火钢的成分和性能3.2热轧及正火钢的焊接2）正火钢Z向钢特点：S含量低（wS≤0.005%）、气体含量低、

Z向断面收缩率高（ψZ≥35%）等还包括：抗层状撕裂的Z向钢屈服强度σs≥343MPa处理：冶炼中采用钙或稀土处理和真空除气。3.2.1热轧及正火钢的成分和性能3.2热轧及正火钢的焊接

热轧及正火钢中碳和合金元素的含量都较低，焊接性总体较好，但随合金元素含量的增加，焊接性变差。焊接时需要注意的问题是焊接裂纹和热影响区性能变化。1、冷裂纹及影响因素2、热裂纹和再热裂纹3、热影响区脆化4、层状撕裂3.2.2热轧及正火钢的焊接性3.2热轧及正火钢的焊接1、冷裂纹及影响因素1）碳当量（Ceq）

碳当量（Ceq）淬硬倾向热影响区最高硬度

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。可以通过碳当量公式来大致估算不同钢种的冷裂敏感性。

碳当量越高，冷裂敏感性越大。3.2.2热轧及正火钢的焊接性3.2热轧及正火钢的焊接Ceq≤0.4%时：焊接过程中基本无淬硬倾向，冷裂敏感性小。热轧钢Ceq<

0.4%，焊接性良好，除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。Ceq＝0.4%~0.6%：钢的淬硬倾向逐渐增加，属于有淬硬倾向的钢。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。IIW推荐碳当量公式：3.2.2热轧及正火钢的焊接性3.2热轧及正火钢的焊接2）淬硬倾向

产生淬硬的M或M+B+F混合组织时，对氢致裂纹敏感；产生B或B+F组织时对氢致裂纹不敏感淬硬倾向可以通过SHCCT或CCT曲线来分析。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CCT曲线右移的程度比等温转变TTT曲线大1.5倍以上，而SHCCT曲线右移就更多。比较两种钢材的淬硬倾向时，必须采用同一种曲线。焊接热影响区3.2.2热轧及正火钢的焊接性3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性1）热轧钢的淬硬倾向Q345在连续冷却时，珠光体转变右移较多。c点以左，铁素体F析出后剩下的富碳A来不及转变为珠光体P，而转变为含碳较高的B+M，具有淬硬倾向。焊条电弧焊快冷时：Q345热影响区会出现少量铁素体F、贝氏体B和大量马氏体M低碳钢则出现大量铁素体F、少量珠光体P和部分贝氏体B因此，Q345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。Q345右移铁素体奥氏体贝氏体马氏体珠光体图3-4低碳钢和热轧钢（Q345）的SHCCT图低碳钢奥氏体铁素体珠光体贝氏体马氏体3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性2）正火钢的淬硬倾向：随着合金元素和强度级别的提高而增大18MnMoNb：高温转变区过冷奥氏体稳定，冷却下来容易得到B和M，整个转变曲线比Q420右移，淬硬性高。图3-5正火钢的焊接连续冷却组织转变图（SHCCT）a）Q420b)18MnMoNb铁素体奥氏体贝氏体马氏体珠光体铁素体贝氏体马氏体奥氏体整个曲线右移3.2热轧及正火钢的焊接2、热裂纹和再热裂纹3.2.2热轧及正火钢的焊接性（1）焊缝热裂纹热轧及正火钢：具有较好的抗热裂性能原因：C%较低、而Mn%较高，Mn/S比能达到要求个别情况：在焊缝中出现热裂纹原因：C、S、P等元素含量偏高或严重偏析有关3.2热轧及正火钢的焊接（1）焊缝热裂纹3.2.2热轧及正火钢的焊接性C含量越高，焊缝熔融金属在进行初生相转变时，很容易析出S，P杂质，且富集于晶界，增加裂纹倾向。

Mn：良好的脱S剂，生成高熔点MnS，避免产生晶界FeS，降低热脆性。Mn/S↗C%↗Mn%↗当wC=0.12%：Mn/S≥10wC=0.16%：Mn/S≥40不出现热裂纹C含量越高，为防止S的有害作用，Mn含量也要求越高，wMn/wS也提高。Si：Si的有害作用与促使S的偏析有关，Si含量高时，热裂纹倾向也增加3.2热轧及正火钢的焊接（2）消除应力裂纹（SR裂纹）3.2.2热轧及正火钢的焊接性1)

含Mo正火钢厚壁压力容器之类的焊接结构，进行焊后消除应力热处理或焊后再次高温加热（包括长期高温使用过程中）的过程中，可能出现消除应力裂纹，即再热裂纹。2)

有沉淀强化的钢或合金（如珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢等）焊接接头中，也可能产生再热裂纹。

出现：3.2热轧及正火钢的焊接（2）消除应力裂纹（SR裂纹）3.2.2热轧及正火钢的焊接性影响因素钢中的Cr、Mo元素及含量对再热裂纹的产生影响很大。元素之间的相互作用对再热裂纹敏感性的影响更复杂(与形成的碳化物形态有关)消除应力裂纹敏感性与Cr、Mo含量的关系MoCrA-SR裂纹敏感区B-随Cr、Mo含量增加，SR

裂纹增加C-随Cr、Mo含量增加，SR

裂纹下降D-SR裂纹敏感性降低区影响因素3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性（2）消除应力裂纹（SR裂纹）

热影响区的粗晶区裂纹沿熔合区方向在粗晶区奥氏体晶界断续发展产生区域

与杂质元素在奥氏体晶界偏聚及碳化物析出“二次硬化”导致的晶界脆化有关。原因粗晶区再热裂纹的产生一般须有较大的焊接残余应力，因此在拘束度大的厚大工件中或应力集中部位更易于出现再热裂纹。3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性（2）消除应力裂纹（SR裂纹）SR敏感钢种：Mn-Mo-Nb和Mn-Mo-V系低合金钢正火钢中的18MnMoNb和14MnMoV采取措施：提高预热温度或焊后立即后热如：18MnMoNb只要将预热温度中消除冷裂纹需要的180℃（板厚60mm）提高到220℃后就能防止再热裂纹。如果提高预热温度有困难，可在180℃预热条件下焊后立即进行180℃×2h的后热。3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性3、热影响区脆化1)粗晶区脆化2)热应变脆化

1)粗晶区脆化被加热到1200℃以上的热影响区过热区可能产生粗晶区脆化，韧性明显降低。

热轧钢焊接时，采用过大的焊接热输入，粗晶区将因晶粒长大或出现魏氏组织而降低韧性；焊接热输入过小，含碳量偏上限时,粗晶区中马氏体组织比例增大而降低韧性。

原因3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性1)粗晶区脆化3、热影响区脆化

在焊接碳含量偏高的热轧钢时较明显

正火钢（如Q420）：含有碳、氮化物形成元素，采用过大焊接热输入时，粗晶区的V（C、N）析出相基本固溶。此时，V（C、N）化合物抑制A晶粒长大和组织细化作用被削弱；

→粗晶区易出现粗大晶粒及Bu、M-A组元等→粗晶区韧性降低、时效敏感性增大。3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性3、热影响区脆化1)粗晶区脆化

采用小焊接热输入

1）对C%偏高的热轧钢，焊接热输入要适中；

2）对含有碳、氮化物形成元素的正火钢，应选用较小的焊接热输入。

如果为了提高生产率而采用大热输入时，焊后应采用800~1050℃正火处理来改善韧性。但正火温度超过1100℃，晶粒会迅速长大，将导致焊接接头和母材的韧性急剧下降。防止措施S、P对热影响区韧性的影响（低合金钢三丝埋弧焊）冲击功3.2热轧及正火钢的焊接3、热影响区脆化3.2.2热轧及正火钢的焊接性1)粗晶区脆化杂质的影响：S和P均降低热影响区的韧性特别是大热输入焊接时，P的影响较为严重wP>0.013%时，韧性明显下降3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性3、热影响区脆化2)热应变脆化产生在：焊接熔合区及最高加热温度低于Ac1的亚临界热影响区。原因：对于C-Mn系热轧钢及N%较高的钢，热应变脆化是由于氮、碳原子聚集在位错周围，对位错造成钉轧作用造成的。→在200~400℃时热应变脆化最为明显→焊前存在缺口时，会使热应变脆化更为严重→熔合区易产生热应变脆化，与此区域常存在缺口和不利组织有关钉轧位错3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性3、热影响区脆化2)热应变脆化热应变脆化易于发生在一些固溶N含量较高而强度级别不高的低合金钢中，如抗拉强度490MPa级的C-Mn钢。

在钢中加入足够量的氮化物形成元素（如Al、Ti、V等）如Q420比Q345的热应变脆化倾向小。退火处理也可大幅度恢复韧性，降低热应变脆化如Q345经600℃

1h退火处理后，韧性大幅度提高，热应变脆化倾向明显减小。防止措施1）2）3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性4、层状撕裂发生：要求熔透的角接接头或T形接头的厚板结构中角接T形接头对接T形接头对接角接头

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大型厚板3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性4、层状撕裂硫含量和Z向断面收缩率是评定钢材层状撕裂敏感性的主要指标。产生原因：不受钢材种类和强度级别的限制

从Z向拘束力考虑，层状撕裂与板厚有关板厚在16mm以下一般不会产生层状撕裂

从钢材本质来说，主要取决于冶炼质量钢中的片状硫化物与层状硅酸盐或大量成片地密集于同一平面内的氧化物夹杂都使Z向塑性降低，导致层状撕裂的产生，其中层片状硫化物的影响最为严重。123.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性4、层状撕裂小标题小标题小标题小标题

2）4）防止措施合理选择层状撕裂敏感性小的钢材（Z向钢）：处于角焊缝强烈作用的部分可采用一段优质Z向钢。改善接头形式设计减小拘束应变：将贯通板端部延伸一定长度；变更焊缝位置，使接头总的受力方向与轧层平行等；在满足使用要求下选用强度级别较低的焊接材料：使应变集中于焊缝而减轻母材热影响区的应变采用预热及降氢等辅助措施：气体保护焊、埋焊，表面隔离层堆焊等1）3）3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性1、焊接方法：焊条电弧焊、埋弧自动焊、CO2气体保护焊、电渣焊、压焊等。坡口：机械加工(自动行进式坡口机)、火焰切割或碳弧气刨(砂轮打磨)

坡口两侧约50mm内，去除水、油、锈及脏物等装配：间隙不应过大，避免强力装配，减小焊接应力定位焊缝L应有足够长度（一般L≥50mm）较薄板材L≥4δ选用同类型焊接材料，或强度稍低焊条或焊丝定位焊的顺序应能防止过大拘束、允许工件有适当变形，定位焊焊缝应对称均匀分布；定位焊电流可稍大于正常时的焊接电流。1234定位焊3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性2、焊接材料的选择：考虑：1）不能有裂纹等焊接缺陷；

2）能满足使用性能要求。选择依据：保证焊缝金属的强度、塑性和韧性等力学性能与母材相匹配。热轧及正火钢焊接：根据其强度级别选择焊接材料，而不要求与母材同成分3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性2、焊接材料的选择：1）选择与母材力学性能匹配的相应级别的焊接材料“等强匹配”：焊缝强度性能与母材等强或稍低于母材焊缝中C%≤0.14%焊缝中W%合金＜母材防止裂纹及焊缝强度过高例如：焊接Q420（15MnVN），选择焊条E5515（J557）C、Mn的含量都比母材低，且其中不含沉淀强化元素V，但用它焊接的焊缝金属的抗拉强度可达549～608MPa，同时还具有高的塑性和韧性E5515：C%≤0.12%，Mn%≤1.2%，Si%≤0.5%3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性2、焊接材料的选择：2）考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响当焊缝强度余量不大时，焊后热处理（如消除应力退火）后焊缝强度有可能低于要求。因此，对于焊后要进行正火处理的焊缝，应选择强度高一些的焊接材料。3.2热轧及正火钢的焊接3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性3、焊接参数的确定Ceq＜0.40%，如Q295、Q345，→焊接热输入的选择可适当放宽Ceq＞0.40%，随Ceq↗σs↗→焊接热输入范围变窄Ceq=0.40%~0.60%：淬硬倾向加大，M含量也增加→较小热输入（防止脆化，尤其是正火钢）＋预热（防止冷裂纹）预热温度控制恰当，既能避免产生裂纹，又能防止晶粒的过热（1）焊接热输入取决于接头区是否出现冷裂纹和热影响区脆化3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性3、焊接参数的确定含Nb、V、Ti正火钢，为避免焊接中由于沉淀析出相的溶入以及晶粒过热引起的热影响区脆化，焊接热输入应偏小多层焊的第一道焊缝需用小直径的焊条及小热输入进行焊接，减小熔合比。σs

＞440MPa低合金钢或重要结构件，严禁在非焊接部位引弧。注意1）2）3）3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性3、焊接参数的确定（2）预热和焊后热处理目的：防止裂纹，改善组织、性能针对：强度级别较高或钢板厚度较大的结构件①预热：降低焊接接头区域的温差，减弱热影响区的淬硬倾向有利于氢气的逸出，降低焊缝中的氢含量，防止冷裂纹的产生预热温度：与淬硬性、板厚、拘束度和氢含量等因素有关(冷裂纹敏感指数)多层焊时应保持层间温度不低于预热温度，但也要避免层间温度过高引起的不利影响，如韧性下降等。3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性板厚/mm预热温度＜16不低于-10℃不预热，-10℃以下预热100～150℃16～24不低于-5℃不预热，-5℃以下预热100～150℃25～40不低于0℃不预热，0℃以下预热100～150℃＞40均预热100～150℃表3-12不同环境温度下焊接Q345钢的预热温度3.2热轧及正火钢的焊接3.2.2热轧及正火钢的焊接性②焊后热处理

a）电渣焊由于接头区严重过热需要进行正火处理

b）对要求抗应力腐蚀的焊接结构、低温下使用的焊接结构和厚板结构等，焊后需进行消除应力的高温回火①②③不要超过母材原来的回火温度，以免影响母材本身的性能对于有回火脆性的材料，要避开出现回火脆性的温度区间如：对含V或V+Mo的低合金钢，回火时应提高冷却速度，避免在600℃左右的温度区间停留较长时间，以免因V的二次碳化物析出而造成脆化。若焊后不能及时进行热处理，应立即在200~350℃保温2~6h，以便焊接区的氢扩散逸出。确定焊后回火温度的原则低碳调质钢的焊接主讲人：3.3低碳调质钢的焊接随着合金元素含量的增加，合金强度提高，但是韧性下降，通过调质处理，可以进一步提高强度，并保证韧性。调质处理：金属学和热处理：“淬火+高温回火”

焊接界：“淬火+回火(高温或低温)”

经过“淬火+回火”处理的钢称为“调质钢”（QT钢）低碳调质钢：较高强度(

b=600~1300MPa)和良好塑性、韧性和耐磨性。3.3低碳调质钢的焊接3.3.1低碳调质钢的种类、成分和性能1、成分合金系：低C、Mn-Cr-Ni-Mo系

碳含量低：wC≤0.18%

淬火后得到具有较好韧性的低碳马氏体，而且C含量越低，Ms点越高，低碳马氏体还来得及发生一次“自回火”（使ε碳化物弥散沉淀，韧性进一步提高），脆性小，具有良好的焊接性。①3.3低碳调质钢的焊接3.3.1低碳调质钢的种类、成分和性能

加入了较多的Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B

目的：提高淬透性和马氏体的回火稳定性，弥补C%降低对强度的损失②1、成分

含较高的Ni和Cr：保证较高的低温缺口韧性Ni：Ni与Cr一起加入时可显著增加淬透性，提高强度、塑性和韧性，得到高的综合力学性能。Cr：提高淬透性出发，上限为1.6%因此保证钢材调质处理后获得高强度的同时，具有较好的塑性、韧性和焊接性3.3低碳调质钢的焊接3.3.1低碳调质钢的种类、成分和性能2、种类2）高强度耐磨钢3）高强高韧性钢1）高强度结构钢（σb=600~800MPa）如14MnMoNbB15MnMoVNRE等应用：承受拉伸载荷的焊接结构，桥梁、车辆、船舶等各类工程机械（σb≥700MPa）如12Ni3CrMoV及美国的HY80、HY-130等要求：在高强度的同时要具有高韧性应用：高强度高韧性焊接结构，如海军军舰、宇航等

（σb≥1000MPa）如HQ100、HQ130等应用：承受冲击磨损部位，如矿山机械、水泥设备等3.3低碳调质钢的焊接3.3.1低碳调质钢的种类、成分和性能2、种类焊接无裂纹钢（CF钢）：wC<0.09%微合金化调质钢日本：WEL-TEN62CFWCF-60(62)钢是我国武钢研制的C%极低(wC<0.09%)的低裂纹敏感性钢。

钢中气体含量及S、P杂质明显降低→母材和焊接热影响区具有优异低温韧性，

s≥490MPa。

CF钢具有碳含量低，裂纹敏感指数低的特点，低温冲击韧性高，焊接性优异，钢板厚度50mm以下可不预热进行焊接，广泛用于制造储气球罐，具有广阔的发展前景。中国：WCF-60(62)3.3低碳调质钢的焊接3.3.1低碳调质钢的种类、成分和性能3、显微组织

热处理制度为淬火+回火，回火温度越低，强度级别越高，但塑性和韧性有所下降。所得到的组织是回火低碳马氏体、下贝氏体或回火索氏体，可以保证得到高强度、高韧性和低vTrs。

高硬度和强度(45~50HRC，σs=1000~1300MPa，σb=1200~1600MPa)，很好的塑性（A≥10%，Z≥40%）和韧性（AkV≥59J）低碳马氏体3.3低碳调质钢的焊接4、力学性能σs≥490~980MPaσb≥600~1300MPa强度高、塑韧性好3.3低碳调质钢的焊接2、种类低碳调质钢主要用于焊接结构制造，它的含碳量很低，而且对S、P等杂质控制严格，因而具有良好的焊接性。但是这类钢属于热处理强化钢，对加热反应灵敏，热影响区性能的变化比热轧及正火钢更复杂。与热轧及正火钢比，这类钢是通过调质获得强化效果，因此在热影响区内，除了脆化还有软化问题。主要焊接性问题

1.焊缝强韧性匹配2.冷裂纹3.热裂纹及消除应力裂纹4.热影响区性能变化3.3.2低碳调质钢的焊接性分析3.3低碳调质钢的焊接3.3.2低碳调质钢的焊接性分析1、焊缝强韧性匹配保证接头区的强度性能是低碳调质钢焊接性分析中首先要考虑的问题。1）焊缝强度匹配系数表征接头力学非均质性的参数之一(σb)w—焊缝强度，(σb)b—母材强度>1超强匹配=1等强匹配<1低强匹配传统：等强匹配或超强匹配3.3低碳调质钢的焊接3.3.2低碳调质钢的焊接性分析2）焊缝金属强度选择焊缝金属强度越高，韧性越低，甚至低于母材韧性水平。即使是低强度钢，采用大热输入焊接方法时，焊缝金属的韧性也常常低于母材，难以保证焊缝金属与母材的强韧性匹配。焊缝金属性能评定中一重要指标，σb≥800MPa低合金高强钢的焊接中韧性下降是突出问题问题韧性3.3低碳调质钢的焊接3.3.2低碳调质钢的焊接性分析2）焊缝金属强度选择①②较低强度钢：母材、焊缝都有较高韧性储备“等强匹配”选用焊接材料σb≥800MPa高强钢：除考虑强度外，还必须考虑焊接区韧性和裂纹敏感性，采用“低强匹配”能提高抗裂性。

少许牺牲焊缝强度而保证韧性储备；特别适用于承受动载荷、重载荷和低温工作条件的高强钢焊接接头；低强匹配但焊缝金属的σb不能过低（不低于母材强度的80%)，

σb=800~900MPa，焊缝金属应σb≥650MPa2.1非合金钢与钢材分类方法3.3低碳调质钢的焊接3.3.2低碳调质钢的焊接性分析2、冷裂纹：淬硬性大，在焊接热影响区粗晶区有产生冷裂纹和韧性下降的倾向。但淬硬组织为Ms点较高的低碳马氏体，具有一定韧性，裂纹敏感性较小。防止措施

缓慢冷却：马氏体中C%很低，Ms点较高。M转变冷却较慢，生成的M来得及进行一次“自回火”，得到强度韧性都较高的回火M+回火B，焊接冷裂纹可以避免。

降低焊缝含氢量：钢材强度级别越高，冷裂倾向越大，对低氢焊接条件的要求越严格3.3低碳调质钢的焊接3.3.2低碳调质钢的焊接性分析（1）热裂纹液化裂纹结晶裂纹3、热裂纹及消除应力裂纹低碳调质钢C%较低、Mn%较高，而且对S、P的控制也较严格，因此热裂纹倾向较小，对结晶裂纹的敏感性比某些热轧和正火钢还低些。高Ni低Mn类型的钢种有一定的热裂纹敏感性，主要产生于热影响区过热区（称为液化裂纹）3.3低碳调质钢的焊接3.3.2低碳调质钢的焊接性分析（1）热裂纹液化裂纹影响因素：wMn/wS、Ni含量、焊接工艺与wMn/wS有关碳含量越高，要求的wMn/wS比也越高C%≤0.2%，wMn/wS>30，液化裂纹敏感性较小wMn/wS>50，液化裂纹敏感性很低Ni含量：对液化裂纹的产生起明显有害作用HY-80钢：wMn/wS较低，Ni%较高，所以对液化裂纹较敏感HY-130：Ni%>HY-80的，wC≤0.12%，wS≤0.01%，wMn/wS=60~90，因此它对热影响区的液化裂纹并不敏感1）2）3）工艺因素：焊接热输入越大，热影响区晶粒越粗大，晶界熔化越严重，液化裂纹产生的倾向就越大。液化裂纹影响因素：wMn/wS、Ni含量、焊接工艺3.3低碳调质钢的焊接3.3.2低碳调质钢的焊接性分析（1）热裂纹防止热裂纹措施关键在于控制C和S含量，保证高的Mn/S比，尤其当Ni%高时，要求更为严格从工艺上采用小热输入的焊接方法，并注意控制熔池形状、减小熔合区凹度等3.3低碳调质钢的焊接3.3.2低碳调质钢的焊接性分析4、热影响区性能变化由于低碳调质钢含有较多的固N元素，因此热影响区不会产生明显的热应变脆化，这类钢的热影响区的突出特点：同时存在脆化（即韧性下降）和软化现象（1）热影响区脆化在焊接热循环作用下（t8/5继续增加时），低碳调质钢热影响区过热区易发生脆化，即冲击韧性明显降低原因：除了奥氏体晶粒粗化的原因外，更主要的是由于上贝氏体和M-A组元的形成3.3低碳调质钢的焊接3.3.2低碳调质钢的焊接性分析（1）热影响区脆化1）调质钢热影响区组织特征焊接热影响区的主要组织类型：马氏体（ML、M）、贝氏体（BL、Bg、Bu)、铁素体（F）、珠光体（P）

低温转变组织：ML或ML+BL高温转变组织：Bu或F+Bu3.3低碳调质钢的焊接3.3.2低碳调质钢的焊接性分析1）调质钢热影响区组织特征低碳调质钢获得较细小的低碳马氏体ML组织或低温贝氏体BL组织时，韧性良好，韧性最佳的组织为：ML+BL；图3-24裂纹在低碳马氏体和ML+BL混合组织中扩展的示意图a）低碳马氏体ML组织b)ML+BL混合组织ML与BL混合组织：有更多大角度晶界，裂纹扩展在ML板条束界或ML与BL边界处受阻，韧性明显提高3.3低碳调质钢的焊接3.3.2低碳调质钢的焊接性分析2）热影响区脆化奥氏体晶粒粗化上贝氏体M-A组元a）冷却时间对vTrs的影响b）M-A组元数量对vTrs的影响控制焊接热输入和采用多层多道焊工艺，使低碳钢热影响区避免出现高硬度的M或M-A混合组织，可提高热影响区韧性3.3低碳调质钢的焊接钢号冷却时间t8/5/s硬度HV5组织组成（%）HQ6041336350250230ML75+BL25ML5+BL93+F2BL25+F7HQ7051332425395350ML100ML98+BL2ML8+BL92HQ80C5.31130420400340ML100ML100ML10+BL9014MnMoNbB5.8*17*33*475455440ML100ML100ML10012Ni3CrMoV5.6930437425312ML98+BL2ML96+BL4ML56+BL44表3-18几种低碳调质钢模拟热影响区粗晶区的硬度和组织组成注：*为t8/3冷却时间3.3低碳调质钢的焊接3.3.2低碳调质钢的焊接性分析3）热影响区软化

调质钢焊接时，焊接接头热影响区受到不同热循环的影响，组织发生了相应变化，致使热影响区的强度、硬度低于焊前状态，成为HAZ软化。图3-28调质钢热影响区的硬度分布A-焊前淬火+低温回火B-焊前淬火+高温回火C-焊前退火1-淬火区2-部分淬火区3-回火区

低碳调质钢热影响区软化最明显的部位是峰值温度接近AC1的区域，这与该区域组织转变及碳化物的沉淀和聚集长大有关。2.1非合金钢与钢材分类方法3.3低碳调质钢的焊接3.3.2低碳调质钢的焊接性分析3）热影响区软化焊前母材强化程度越高（母材调质处理的回火温度越低)，焊后热影响区的软化（或称失强率）越严重失强率D:热影响区软化必然引起强度降低D—失强率（%）(σb)b—母材的抗拉强度（MPa）

(σb)h—热影响软化区的抗拉强度（MPa）3.3低碳调质钢的焊接3.3.2低碳调质钢的焊接性分析防止软化措施②①减小焊接热输入有利于缩小软化区宽度，软化程度也有所降低。低碳调质钢的强度级别越高，母材焊前调质处理的回火温度越低（即强化程度越大），热影响区软化区的范围越宽，焊后热影响区的软化问题越突出。热影响区软化区宽度(b)与板厚(h)之比m，对软化程度影响很大板厚越小接头软化越突出，因而更需要限制焊接热输入和预热温度；板厚增大，软化的影响将减弱。3）热影响区软化3.3低碳调质钢的焊接①优点：碳含量低，基体组织是强度和韧性都较高的低碳马氏体＋下贝氏体②缺点：调质状态下的钢材，只要加热温度超过它的回火温度，性能就会发生变化，热影响区的强度和韧性下降几乎是不可避免①要求马氏体转变时的冷却速度不能太快，使马氏体有一“自回火”作用，以防止冷裂纹的产生；低碳调质钢的特点注意两个基本问题②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，保证高强度的同时，提高焊缝金属及热影响区的韧性。3.3.3低碳调质钢的焊接工艺特点3.3低碳调质钢的焊接3.3.3低碳调质钢的焊接工艺特点1、焊接方法和焊接材料的选择（1）焊接方法的选择①①②为了消除裂纹和提高焊接效率，一般采用熔化极气体保护焊(MIG)或活性气体保护焊(MAG)等自动化或半自动机械化焊接方法调质钢焊后热影响区强度和韧性下降，可以焊后重新调质处理

低碳调质钢常用的焊接方法有：焊条电弧焊、CO2焊、Ar+CO2混合气体保护焊等3.3低碳调质钢的焊接3.3.3低碳调质钢的焊接工艺特点（1）焊接方法的选择

σs≥686MPa的低碳调质钢，熔化极气体保护焊（如Ar+CO2混合气体保护焊）最合适。

σs≥980MPa如10Ni-Cr-Mo-Co等，采用钨极氩弧焊、电子束焊等可获得最好的焊接质量；

σs≤980MPa的低碳调质钢，焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊和钨极氩弧焊等都能采用1）2）3）如果采用多丝埋弧焊和电渣焊等热量输入大、冷却速度低的焊接方法时，焊后必须重新进行调质处理3.3低碳调质钢的焊接3.3.3低碳调质钢的焊接工艺特点（2）焊接材料的选择要求：焊缝金属在焊态下应接近母材的力学性能特殊条件下：如结构的刚度很大，冷裂纹很难避免时，应选择比母材强度稍低一些的材料作为填充金属3.3低碳调质钢的焊接3.3.3低碳调质钢的焊接工艺特点（2）焊接材料的选择1）高强高韧性钢：低温和承受动载荷的结构，对焊接热影响区韧性要求较高，不宜采用大热输入的焊接方法，应采用热量集中的气体保护焊或焊条电弧焊进行焊接焊条电弧焊超低氢焊条母材中Ni含量较高，焊材也应选择Ni含量较高的焊条或焊丝2）两种钢强度级别不同焊接时：淬硬性很大,有产生焊接裂纹的倾向低强匹配焊材CO2或Ar+CO2气体保护焊焊条电弧焊超低氢焊条母材中Ni含量较高，焊材也应选择Ni含量较高的焊条或焊丝低强匹配焊材CO2或Ar+CO2气体保护焊3.3低碳调质钢的焊接3.3.3低碳调质钢的焊接工艺特点1、焊接参数的选择焊接热输入对HAZ组织和韧性的影响控制焊接热输入是保证焊接质量的关键3.3低碳调质钢的焊接3.3.3低碳调质钢的焊接工艺特点2、焊接参数的选择防止冷裂纹：要求冷却速度慢为佳即，大热输入，冷却后得到回火M+回火B，马氏体“自回火”，避免冷裂纹防止脆化：要求冷却速度快较好即小热输入，得到ML+BL混合组织，韧性最佳，防止脆化上限：不产生冷裂纹下限：热影响区不出现脆化的混合组织（Bu+M-A组元）3.3低碳调质钢的焊接3.3.3低碳调质钢的焊接工艺特点2、焊接参数的选择wC=0.18%是形成低碳马氏体的界限wC>0.18%：将出现高碳马氏体，对韧性不利不应提高冷却速度，应适当增大热输入wC<0.18%：可以提高冷却速度(减小热输入)，

E适当小时，得到BL+ML混合组织时，可以获得最佳的韧性效果

焊接厚板时，即使采用了大的热输入，冷却速度还是超过了它的上限，这就必须通过预热来使冷却速度降到低于不出现裂纹的极限值3.3低碳调质钢的焊接钢种板厚/mm预热温度/℃层间温度/℃焊接热输入/kJ·cm-1焊条电弧焊气体保护焊埋弧焊HQ706～13502550≤150≤2513～2675～1005050～75≤200≤4526～5012575100≤220≤48HQ80C6～13505050≤150≤2513～2675～10050～7575～100≤200≤4526～50125100125≤220≤48表3-20两种低碳调质钢的最大焊接热输入3.3低碳调质钢的焊接3.3.3低碳调质钢的焊接工艺特点2、焊接参数的选择

为限制过大焊接热输入，不宜采用大直径焊条或焊丝施焊，应尽量采用多层多道焊工艺，采用窄焊道而不用横向摆动的运条技术。这样不仅使热影响区和焊缝金属有较好的韧性，还可以减小焊接变形。双面施焊的焊缝，背面焊道应采用碳弧气刨清理焊根并打磨气刨表面后再进行焊接。多层多道焊低碳调质高强高韧性钢：较小焊接热输入的多层多道焊工艺3.3低碳调质钢的焊接3.3.3低碳调质钢的焊接工艺特点2、焊接参数的选择（2）预热温度不预热：板厚不大，接头拘束度较小预热：

E提高到最大允许值裂纹还不能避免时如：焊接δ<10mm的HQ60、HQ70钢，采用低氢焊条电弧焊、CO2气体保护焊或Ar+CO2混合气体保护焊，可以进行不预热焊接。目的：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”作用来提高抗裂性能，较低预热温度（T0≤200℃）3.3低碳调质钢的焊接3.3.3低碳调质钢的焊接工艺特点（2）预热温度

过高，会使800~500℃的冷却速度低于出现脆性混合组织的临界冷却速度，使热影响区韧性下降。避免不必要的提高预热温度，也包括层间温度预热温度3.3低碳调质钢的焊接3.3.3低碳调质钢的焊接工艺特点（2）预热温度焊接方法焊接材料预热及层间温度/℃焊接电流/A焊接电压/V焊接速度/cm·s-1焊接热输入/kJ·cm-1焊条电弧焊E10015(Φ4mm

)400℃×1h烘干100~130170~18024~260.27~0.2815~17气体保护焊GHQ-100焊丝(Φ1.2mm

)80%Ar+20%CO2100~130300300.45~0.9010~20表3-22HQ100G钢的焊接参数3.3低碳调质钢的焊接3.3.3低碳调质钢的焊接工艺特点2、焊接参数的选择（3）焊后热处理不需焊后热处理进行焊后热处理一般在焊态下使用，正常情况下不进行焊后热处理焊后接头区强度和韧性过低、焊接结构受力大或承受应力腐蚀以及焊后需要进行高精度加工以保证结构尺寸等焊后热处理温度：须比母材原调质处理的回火温度低30℃左右，以保证材料的强度性能。中碳调质钢的焊接主讲人：3.4中碳调质钢的焊接3.4.1中碳调质钢的成分和性能中碳调质钢的成分C含量：中C，wC=0.25~0.5%合金元素：Mn、Si、Cr、Ni、B及Mo、W、V、Ti强化机理：固溶强化、相变强化、沉淀强化热处理状态：淬火+回火（调质）屈服强度：σs=880~1176MPa

高强度，高硬度（作火箭外壳、装甲钢），淬硬性高于低碳调质钢，强度硬度高，韧性较低，焊接困难主要特点典型钢种40Cr、30CrMnSi、35CrMoA、35CrMoVA、40CrNiMoA3.4中碳调质钢的焊接3.4.1中碳调质钢的成分和性能1）40Cr是一种广泛使用的含Cr调质钢Cr：能增加高温或低温的回火稳定性，但Cr钢有回火脆性。wCr＜1.5%：能有效提高钢的淬透性；wCr=1%：对钢的塑性和韧性略有提高；wCr＞2%：对塑性影响不大，但略使钢冲击韧度降低中碳调质钢的合金系统：特点：价格适中，加工容易，好的综合力学性能、较高淬透性和较高疲劳强度应用：制造较重要在交变载荷下工作的机器零件，如齿轮和轴类3.4中碳调质钢的焊接3.4.1中碳调质钢的成分和性能2）35CrMoA和35CrMoVACr-Mo系wMo=0.15%～0.25%：可以消除Cr钢的回火脆性，提高淬透性和高温强度，具有较好强度和韧性匹配；V：可以细化晶粒，提高强度、塑性和韧性，增加高温回火稳定性焊接性：含碳量较高，淬透性较大，焊接性较差，一般要求焊前预热和焊后热处理应用：动力设备中用于制造一些承受负荷较高、截面较大的重要零部件，如汽轮机叶轮、主轴和发电机转子等。中碳调质钢的合金系统：3.4中碳调质钢的焊接3.4.1中碳调质钢的成分和性能组织：退火状态：铁素体+珠光体调质状态：回火索氏体缺点：回火脆性中碳调质钢的合金系统：3）30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA、Cr-Mn-Si系30CrMnSiA：不含Ni①在300～450℃内出现第一类回火脆性回火时避开该温度范围

②

第二类回火脆性高温回火时必须采取快速冷却的办法，否则韧性会显著降低应用：飞机制造中3.4中碳调质钢的焊接3.4.1中碳调质钢的成分和性能30CrMnSiNi2A：增加Ni，大大提高钢的淬透性

强度提高，保持良好韧性焊接性较差，具有较大冷裂倾向40CrMnSiMoVA：低Cr无Ni，加入淬透性强的Mo，C含量高且不含Ni，焊接性差一些可用来代替30CrMnSiNi2A制造飞机上的一些构件特点应用3.4中碳调质钢的焊接3.4.1中碳调质钢的成分和性能添加标题中碳调质钢的合金系统：4）40CrNiMoA和34CrNi3MoA

Cr-Ni-Mo系加入3%的Ni和Mo，显著提高了淬透性和抗回火软化的能力，改善钢的韧性特点：具有良好的综合性能：强度高、韧性好、淬透性大等优点应用：制造高负荷、大截面的轴类和承受冲击载荷的构件，如汽轮机、喷气涡轮机轴、喷气式客机的起落架及火箭发动机外壳等

与低碳调质钢相比，中碳调质钢的焊接性稍差，母材近缝区容易产生低塑性的淬硬组织，所以说当中碳钢焊接时，焊材和工艺参数不当时，容易产生冷、热裂纹以及热影响区的脆化和软化。3.4中碳调质钢的焊接3.4.2中碳调质钢的焊接性分析3.4中碳调质钢的焊接3.4.2中碳调质钢的焊接性分析1、焊缝中的热裂纹wC、w合金较高，因此液-固相温度区间大，结晶时成分偏析也较严重，焊接时易产生结晶裂纹，具有较大的热裂纹倾向22）工艺采用wC低和杂质S、P含量低的焊接材料

wC<0.15%，ws+p<0.03~0.03511）焊材

注意填满弧坑和保证良好的焊缝成形因为热裂纹容易出现在未填满的弧坑处，尤其是多层焊的第一层焊道的弧坑中以及焊缝的凹陷部位热裂纹方式措施3.4中碳调质钢的焊接3.4.2中碳调质钢的焊接性分析母材含碳量、合金元素含量较高，Ceq>0.5%，多数超过0.6%→淬硬倾向大1）2）Ms点较低：低温下形成的马氏体难以产生“自回火”→焊接热影响区易出现硬脆马氏体组织冷裂敏感性大的原因01

焊前预热02

焊后及时进行回火处理2、淬硬性和冷裂性01