第18講調質鋼

1、1.6MPaP10MPal容器直徑容器直徑1500mm1500mm，總長，總長3500mm3500mm；人孔接管；人孔接管450mm450mm，長，長250mm250mm；出口接管；出口接管120mm120mml材料：材料：16Mn16Mnl鋼板尺寸：鋼板尺寸：2000mm2000mm5000mm5000mm16mm16mml生產數(shù)量：小批量生產數(shù)量：小批量三、合金結構鋼的焊接三、合金結構鋼的焊接（一）分類（一）分類（二）熱軋及正火鋼的焊接（二）熱軋及正火鋼的焊接 熱軋鋼熱軋鋼：強化途徑強化途徑 ？ 正火鋼正火鋼：強化途徑強化途徑 ？焊接問題：一是裂紋問題；二是焊接問題：一是裂紋問題；二是HA

2、ZHAZ脆化問題脆化問題（三）調質鋼的焊接（三）調質鋼的焊接 熱軋：固溶強化；熱軋：固溶強化； 正火鋼：沉淀固溶正火鋼：沉淀固溶沉淀和固溶強化的同時沉淀和固溶強化的同時 塑任性塑任性s 491MPa 的鋼的鋼調質調質調質鋼分類：低碳調質鋼、中碳調質鋼調質鋼分類：低碳調質鋼、中碳調質鋼s=294-491MPa1.低碳調質鋼的焊接低碳調質鋼的焊接o 低碳調質鋼低碳調質鋼n碳含量：在碳含量：在0.09-0.23%，大部分，大部分0.16-0.18%n強化機理：相變強化（調質處理強化機理：相變強化（調質處理n屈服強度：為屈服強度：為490980MPan合金系合金系 ：低：低C、Mn-Ni-Cr-Mo系

3、系n主合金化元素：主合金化元素： Mn、Ni、Cr、Mo n輔合金化元素：輔合金化元素：V、Nb、Ti、B、Cu n熱處理狀態(tài)：淬火回火，熱處理狀態(tài)：淬火回火，低碳馬氏體或下貝氏體低碳馬氏體或下貝氏體， 綜合機械性綜合機械性能好能好n典型鋼種：典型鋼種：14MnMoVN、HT60HT80、HY80HY130 典型鋼號典型鋼號 ex. 14MnMoVN 14MnMoNbB T-1 （美國）（美國） HT-80（日本）（日本） HY-80（美國）（美國） HY-130（美國）（美國） CF鋼鋼 低低焊接裂紋焊接裂紋敏感性高強度鋼敏感性高強度鋼CF鋼鋼 MPaMPabs701,598MPaMPabs

4、755,686MPa 866s686MPa-395sMPa 828s%09. 0C焊接的焊接的主要問題主要問題和工藝要求基本與正火鋼類似。和工藝要求基本與正火鋼類似。差別僅在于這類鋼通過調質獲得強化，差別僅在于這類鋼通過調質獲得強化，HAZ除了除了脆化外還有脆化外還有軟化軟化問題。問題。A.低碳調質鋼的焊接性低碳調質鋼的焊接性o焊接性分析焊接性分析 裂紋問題裂紋問題 過熱區(qū)脆化過熱區(qū)脆化 HAZ軟化軟化n熱裂紋熱裂紋 C，S，P，Mn/S 熱裂熱裂n冷裂紋冷裂紋 與與c c有關有關 低碳鋼加入大量合金低碳鋼加入大量合金淬透性淬透性組織：低碳組織：低碳M +B下下因粗晶區(qū)因粗晶區(qū)Ms高，低碳高，

5、低碳M自回火，自回火， 工藝合適工藝合適冷裂可避免冷裂可避免。A.低碳調質鋼的焊接性低碳調質鋼的焊接性n 焊接性分析焊接性分析n 再熱裂紋再熱裂紋 加入加入Cr, Mo, Cu, V, Nb, Ti, B 淬透性淬透性，其中多數(shù)，其中多數(shù)也引起晶內強化也引起晶內強化易產生再熱裂紋易產生再熱裂紋 ex. T-1, HT-80, 14MnMoNbB 防止措施：防止措施： T0+Tp, A.低碳調質鋼的焊接性低碳調質鋼的焊接性主要是：過熱區(qū)脆化和主要是：過熱區(qū)脆化和Ac1附近的軟化附近的軟化 過熱區(qū)脆化過熱區(qū)脆化E t8/5小小cM(100%低碳低碳M，韌性，韌性) 脆化脆化冷裂冷裂Et8/5大大c

6、 A. 粗晶脆化粗晶脆化 B. B上上+M-A組元組元嚴重脆化嚴重脆化 （最佳最佳t8/5 ：M10-30%B下下）n HAZ性能變化性能變化: 脆化和軟化脆化和軟化熱軋、正火鋼、退火狀態(tài)的調質鋼焊接時不存在熱軋、正火鋼、退火狀態(tài)的調質鋼焊接時不存在HAZ軟化。軟化。調質鋼焊接調質鋼焊接HAZ會出現(xiàn)強度、硬度下降的軟化現(xiàn)象，該區(qū)稱會出現(xiàn)強度、硬度下降的軟化現(xiàn)象，該區(qū)稱為軟化區(qū)，為軟化區(qū)，TT回回， T回回AC1。 影響焊后影響焊后HAZHAZ軟化程度的因素：軟化程度的因素：A.與母材有關，與母材有關，b軟化軟化B.軟化與方法及軟化與方法及E有關，有關，E軟化越輕越窄軟化越輕越窄C.取決于母材原

7、始狀態(tài)，取決于母材原始狀態(tài)， T回回？ HAZ HAZ軟化軟化考慮：考慮： HAZ 軟化軟化 冷速不能太大冷速不能太大 M轉變轉變 冷速不能太小冷速不能太小 B上上M-A 組元組元 脆化脆化脆化%,100Mc（1）焊接方法和焊材選擇）焊接方法和焊材選擇軟化軟化：調質態(tài)只要加熱溫度超過了回火溫度性能就會變調質態(tài)只要加熱溫度超過了回火溫度性能就會變化，因此化，因此HAZ強度和韌性強度和韌性 解決辦法解決辦法：焊后重新調質焊后重新調質； 不能調質的，限制熱量對母材的作用，不能調質的，限制熱量對母材的作用， 即小即小E。p焊接方法選擇焊接方法選擇氬弧焊，電子束焊氬弧焊，電子束焊熱量集中的方法，熱量集中

8、的方法， 焊后一般不再焊后一般不再調質調質多絲多絲SAW，電渣焊等，電渣焊等E大的方法，大的方法，焊后必須重新調質焊后必須重新調質。（1） 焊接方法和焊材選擇焊接方法和焊材選擇p 焊材選擇焊材選擇 一般焊后不再調質一般焊后不再調質焊材焊材等強等強 當當R大時，低強焊材大時，低強焊材防止冷裂防止冷裂 ex. 14MnMoVN (s=598, b=701 MPa) ，J707, J857 14MnMoNbB (s=686, b=755 MPa) ，J857 低氫型焊材低氫型焊材，防止冷裂。，防止冷裂。 CO2焊，焊，CO2氣體應符合氣體應符合級氣體或級氣體或級氣體要求級氣體要求（2）工藝參數(shù)工藝參

9、數(shù) E的確定的確定 主要考慮主要考慮冷裂紋冷裂紋和和脆化脆化 冷速上限冷速上限不產生冷裂紋，不產生冷裂紋， 下限下限保證保證HAZ不產生脆化的混合組織。不產生脆化的混合組織。 防止脆化，冷裂相矛盾防止脆化，冷裂相矛盾 E應選擇保證冷速之間。應選擇保證冷速之間。但對于大厚板，即使采用大但對于大厚板，即使采用大E， 也很大，要也很大，要T0來解決。來解決。c（2）工藝參數(shù)工藝參數(shù) E的確定的確定 在滿足在滿足HAZ韌性前提下韌性前提下E應盡可能選擇得大一些應盡可能選擇得大一些 Emax不脆為原則（防脆優(yōu)先）不脆為原則（防脆優(yōu)先） 為避免過度損傷為避免過度損傷HAZ區(qū)的韌性，應避免采用過大區(qū)的韌性，

10、應避免采用過大E:E: 不推薦使用大直徑焊條或焊絲不推薦使用大直徑焊條或焊絲; ; 盡可能采用多層小焊道焊縫，最好盡可能采用多層小焊道焊縫，最好采用窄焊道，不應采用橫向擺動的運采用窄焊道，不應采用橫向擺動的運條技術。條技術。防脆優(yōu)先，采用小防脆優(yōu)先，采用小E（2）工藝參數(shù)工藝參數(shù) T0 Emax不能防止開裂，則選擇不能防止開裂，則選擇T0 低碳調質鋼低碳調質鋼T0200 T0太高，太高，t8/5 出現(xiàn)出現(xiàn)F+M+B組織脆化組織脆化（2 2）工藝參數(shù)工藝參數(shù) T T0 0當當h h較小或接頭較小或接頭R R也較小時，不也較小時，不T T0 0 如15MnMoVN、14MnMoNbB鋼，板厚小于1

11、3mm時可不預熱。 隨隨h h增加，必須增加，必須T T0 0防冷裂，但應嚴格防冷裂，但應嚴格控制控制T T0 0允許的最高允許的最高T T0 0與最低與最低T T0 0值相比，不得值相比，不得大于大于6565。 盡可能采取盡可能采取“低溫預熱低溫預熱+ +后熱后熱”或只或只“后熱后熱”的方法防止延遲裂紋。的方法防止延遲裂紋。焊件焊件厚度厚度 （mm）15MnMoVN14MnMoNbB13不預熱不預熱不預熱不預熱1316501001001501619100150150200192210015015020022251502002002502535150200200250（2）工藝參數(shù)工藝參數(shù) E

12、 E的確定的確定（防脆（防脆優(yōu)先，采用小優(yōu)先，采用小E） T T0 0（防裂，（防裂，預熱溫度要控制）預熱溫度要控制） PWHTPWHT：一般不：一般不HT HT 原因：原因： a.a.能保證其能保證其HAZHAZ區(qū)在快速冷卻時獲得區(qū)在快速冷卻時獲得高強度及塑性高強度及塑性和韌性和韌性，防止焊件脆斷的消除應力退防止焊件脆斷的消除應力退火就沒有必要；火就沒有必要； b.b.有有再熱裂紋傾向。再熱裂紋傾向。（2）工藝參數(shù)工藝參數(shù) PWHTPWHT：一般不：一般不HTHT 大多數(shù)低碳調質鋼的焊接構件都是在大多數(shù)低碳調質鋼的焊接構件都是在焊態(tài)下使用焊態(tài)下使用只有只有在下述條件下才進行焊后熱處理：在下述

13、條件下才進行焊后熱處理： 焊后或冷加工后的韌性過低。焊后或冷加工后的韌性過低。 焊后需進行高精度加工，要求保證焊后需進行高精度加工，要求保證結構尺寸的穩(wěn)定性。結構尺寸的穩(wěn)定性。 承受應力腐蝕的焊接結構。承受應力腐蝕的焊接結構。 PWHTPWHT溫度必須低于母材金屬調質處理的回火溫度溫度必須低于母材金屬調質處理的回火溫度3030。o 中碳調質鋼中碳調質鋼n碳含量：在碳含量：在0.25-0.45%n強化機理：相變強化（調質處理強化機理：相變強化（調質處理n屈服強度：為屈服強度：為880MPa 1176MPan合金系合金系 ：中：中C、 Cr -Mn -Ni-Mo-Si系系n主合金化元素：主合金化元

14、素： Cr-Mn-Ni-Mo-Si n輔合金化元素：輔合金化元素：Vn熱處理狀態(tài)：淬火回火熱處理狀態(tài)：淬火回火 n典型鋼種：典型鋼種：30CrMnSi、40Cr、35CrMoA、35CrMoVA 2.中碳調質鋼的焊接中碳調質鋼的焊接 裂紋裂紋焊接問題：焊接問題： HAZ性能惡化性能惡化A.中碳調質鋼的焊接性中碳調質鋼的焊接性p 焊接性分析焊接性分析C多，合金多多，合金多TB熱裂熱裂 ex. 30CrMnSiA, C、Si含量多含量多熱裂熱裂 防止措施防止措施:焊接時，選焊接時，選C, S, P焊材焊材 熔合比熔合比 保證填滿弧坑和良好的焊接成形保證填滿弧坑和良好的焊接成形 熱裂熱裂 冷裂冷裂n

15、 CC淬硬傾向淬硬傾向HAZHAZ容易形成大量硬脆高容易形成大量硬脆高碳碳M M冷裂冷裂n CeqCeq大大淬硬傾向大淬硬傾向大冷裂敏感冷裂敏感n MsMs低，無自回火效應。低，無自回火效應。防止措施防止措施:焊接時，焊接時，To+TpTo+Tp（焊后及時進行回火處理）（焊后及時進行回火處理）過熱區(qū)脆化過熱區(qū)脆化 原因：形成高碳原因：形成高碳M 該類鋼淬硬傾向極大該類鋼淬硬傾向極大大大E不適合不適合 E也不能避免也不能避免M的形成的形成 相反相反A晶粒過熱長大晶粒過熱長大冷卻形成粗大冷卻形成粗大M 使過熱區(qū)脆化更嚴重使過熱區(qū)脆化更嚴重 防止措施防止措施: 選用小選用小E再采用再采用T0+緩冷緩

16、冷+后熱后熱 HAZ性能變化：脆化軟化性能變化：脆化軟化HAZHAZ軟化軟化退火狀態(tài)下焊接退火狀態(tài)下焊接，焊后再調質處理不存在軟化，焊后再調質處理不存在軟化調質狀態(tài)下焊接調質狀態(tài)下焊接，軟化非常突出，強度越高越嚴重，軟化非常突出，強度越高越嚴重軟化程度和軟化區(qū)的寬度受焊接方法、軟化程度和軟化區(qū)的寬度受焊接方法、E影響影響 ex. 30CrMnSiAb 1570 N/mm2 電弧焊軟化區(qū)：電弧焊軟化區(qū)： b=880-1030 N/mm2 氣焊：氣焊： b=590-680 N/mm2且寬度大且寬度大 問題問題：淬硬傾向大：淬硬傾向大焊接性差焊接性差冷裂，熱裂，冷裂，熱裂，HAZHAZ脆化和脆化和軟

17、化軟化焊接方式：退火態(tài)；調質態(tài)焊接方式：退火態(tài)；調質態(tài) 退火狀態(tài)下焊接退火狀態(tài)下焊接 焊接的主要問題：焊接的主要問題：裂紋裂紋；而；而HAZHAZ性能可以調質處理來保證性能可以調質處理來保證 焊接方法焊接方法 由于不強調由于不強調E對接頭性能的影響，基本上對接頭性能的影響，基本上不受限制不受限制。 退火狀態(tài)下焊接退火狀態(tài)下焊接 焊接的主要問題：焊接的主要問題：裂紋裂紋；而；而HAZHAZ性能可以調質處理來保證性能可以調質處理來保證 焊材焊材 (等成分原則等成分原則) 與母材成分相似，以便調質后性能匹配與母材成分相似，以便調質后性能匹配 防熱裂：防熱裂：C, S, P, SiC, S, P, S

18、i工藝參數(shù)選擇工藝參數(shù)選擇 HAZ性能惡化不考慮，主要防止裂紋性能惡化不考慮，主要防止裂紋 T0, 層間溫度，中間熱處理層間溫度，中間熱處理 （目的：（目的：a.H；b.應力；應力；c. ） T0可以較高，可以較高，200350 ex. 焊接焊接30CrMnSiA T0=250-350 焊后焊后T250T250時立即入爐加熱時立即入爐加熱650650回火處理防止開裂回火處理防止開裂c退火狀態(tài)下焊接）退火狀態(tài)下焊接） 調質態(tài)下焊接調質態(tài)下焊接 主要問題：裂紋；脆化；軟化主要問題：裂紋；脆化；軟化 措施：措施： 選能量集中的方法選能量集中的方法 E軟化區(qū)軟化區(qū) 焊后不調質，可以不必考慮焊材成分與母

19、材相匹配焊后不調質，可以不必考慮焊材成分與母材相匹配 Ex. 30CrMnSiA, 30CrMnSiNi2A鎳基奧氏體焊條鎳基奧氏體焊條，可防冷裂?？煞览淞?。 T0, 層間溫度，中間熱處理，焊后熱處理層間溫度，中間熱處理，焊后熱處理以上溫度以上溫度母材的原始回火溫度母材的原始回火溫度50 防止母材軟化，強度下降防止母材軟化，強度下降ASTM4130鋼的焊接工藝（h=30mm）o 海洋平臺高壓管線管匯用材料，海洋平臺高壓管線管匯用材料，中碳調質鋼中碳調質鋼，要求具有足夠的抗拉強度、低溫沖擊韌性等要求具有足夠的抗拉強度、低溫沖擊韌性等力學性能。力學性能。o 化學成分化學成分ASTM4130鋼的焊接

20、工藝（h=30mm）o 力學性能力學性能ASTM4130鋼的焊接工藝（h=30mm）o 組織組織 回火索氏體回火索氏體ASTM4130鋼的焊接性（h=30mm）o Ceq=0.72o 必須調質態(tài)下焊接必須調質態(tài)下焊接 裂紋，裂紋，HAZ脆化和軟化脆化和軟化 o 質量要求質量要求 無裂紋；接頭使用性能要求（強度、韌性）無裂紋；接頭使用性能要求（強度、韌性）焊接工藝：焊接工藝：o 坡口：坡口：V型型o 焊接工藝焊接工藝焊接層次焊接方法焊接材料電流電壓/V焊速/ mmmin-1預熱溫度/層間溫度/后熱處理直徑/mm牌號電流打底TIG2.4ok Tigrod 13.098014091540100Min.200Max.300 6401.5h填充焊條3.2FILARC118901402024100180蓋面FILARC 118FILARC 118焊條，堿性焊條，全位置焊接，交直流兩用，熔敷焊條，堿性焊條，全位置焊接，交直流兩用，熔敷效