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低碳调质钢的焊接技术

来源:本站编辑    发布日期:2020/10/22    阅读次数:2338 次

1 、低碳调质钢
碳含量:在0.09-0.23%,大部分0.16-0.18%
强化机理:相变强化(调质处理〕
屈服强度:为490MPa ~1000MPa
合金系 :低C、Mn-Ni-Cr-Mo系
主合金化元素: Mn、Ni、Cr、Mo
辅合金化元素:V、Nb、Ti、B、Cu,
热处理状态:淬火+回火,低碳马氏体或下贝氏体, 综合机械性能好。
典型钢种:14MnMoVN、HT60~HT80、HY80~HY130。
2、 焊接性分析
低碳调质钢焊接时,主要存在过热区脆化问题。和正火钢不同的地方是,低碳钢调质钢除了过热区脆化还存在HAZ软化问题。
2.1 热裂纹
低碳调质钢中S、P杂质控制严,含C量低,而含锰量和Mn/Si比较高,所以热裂倾向很小。对一些高Ni低Mn型低合金高强调质钢(HY80),焊缝中的含Mn量可通过焊接材料加以调整,焊接热裂纹不会产生。
2.2 热影响区的液化裂纹
液化裂纹主要发生在高Ni低Mn的低合金高强钢中。这是因为含Mn量低,对脱S不利,焊缝金属中的S和Ni、Fe形成低熔点共晶,低熔点共晶处于晶界上而产生液化裂纹。液化裂纹产生倾向与含C量及Mn/S比有关,含C量越高,要求Mn/S也较高。因此,避免液化裂纹的关键在于控制C和S含量,保证高数值的W(Mn)/W(S)。
此外,焊接线能量越大,金属晶粒长得越大,晶界熔化得越严重,液态晶间层存在的时间越长,液化裂纹产生的倾向越大。
2.3 冷裂纹
低碳调质钢是通过加入提高淬透性的合金元素,保证获得强度高、塑性和韧性好的低碳马氏体和部分下贝氏体。由于淬透性增加,使得CCT曲线大大右移,除非冷却速度很缓慢,高温转变一般不会发生。但是,这类钢马氏体含碳量很低,马氏体开始转变温度Ms较高,在该温度下以较慢的速度冷却,形成的马氏体还能来得及进行一次“自回火”处理,所以实际上冷裂倾向并不大。若马氏体转变时冷却速度较快,得不到“自回火”效果,冷裂倾向就会增大。只要焊接工艺合适,也不会产生冷裂纹。
2.4 再热裂纹
从合金系统来说,为加强其淬透性和提高抗回火性能,加入的合金元素Cr、Mo、V、Ti、Nb、B等,大多数都能引起再热裂纹。其中V的影响最大,Mo的影响次之。一般认为,Mo-V钢、Cr-Mo-V钢对再热裂纹较敏感;Cr-Mo钢、Mo-B钢有一定的再热裂纹倾向,焊接时都应该注意再热裂纹问题。
2.5 层状撕裂
  低碳调质钢的生产控制较严,其杂质含量低,纯净度高,层状撕裂的敏感性低,到目前尚来见这方面报导。
2.6 过热区脆化
调质钢过热区脆化的原因和热轧钢、正火钢的不同。热轧钢和调质钢的主要和焊接线能量E有关,而调质钢的和冷却时间t8/5有关。
    低碳调质钢的合金化是通过合金元素的作用提高其淬透性,保证获得高强度、高塑性和韧性的低碳马氏体和下贝氏体。凡是不利形成低碳马氏体+下贝氏的原因都会引起组织塑性和韧性下降——脆化,如由于过热造成奥氏体晶粒粗化引起的脆化;形成上贝氏体引起的脆化;由于合金化程度增加提高了奥氏体的稳定性,在贝氏体中的铁素体之间形成M-A组元引起的脆化等。
每种调质钢都有一个最佳冷却时间t8/5,这时粗晶区的组织为“低碳马氏体+10-30%下贝氏体”,韧性最好。t8/5小(冷速快),韧性下降是由于得到了全部马氏体;t8/5大(冷速慢),韧性下降原因有两个,一是奥氏体晶粒粗化,二是出现了上贝氏体和M-A组元,而上贝氏体和M-A组元是导致脆化的主要原因。
2.7 HAZ软化
焊后在HAZ某一部位的强度低于焊前的原始状态,它是调质钢焊接时普遍存在的一个问题,发生在HAZ受热时没有完全奥氏体化的区域以及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。
HAZ软化的情况和母材的强度、母材的热处理状态、选用的焊接方法、采用的焊接工艺有关。母材的强度越高,软化越显著;母材调质处理的回火温度越低,软化区越宽;焊接热源越不集中,软化区越宽,比如气焊的就宽;焊接E越大、预热温度过高,都会使软化程度加重。
3、 焊接工艺特点
为了保证焊接接头的性能,制定低碳调质钢焊接工艺的主要依据:一是要求在马氏体转变时冷速不能太快,以免产生冷裂;二是要求在800℃~500℃之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界温度。至于热影响区的软化问题,在采用小线能量的焊接后就可基本解决。
针对上面两个基本要求,可以采取下列措施防止冷裂和过热区脆化:
①采用热源集中的焊接方法
②焊接材料原则上按等强度原则,但结构刚度大时用低匹配原则,以保证塑韧性。
③焊接线能量Eωc的上限应避免产生冷裂纹,下限要避免使HAZ出现脆性混合组织。
④预热
⑤焊后热处理

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