低合金高強(qiáng)鋼
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-10-12
低合金高強(qiáng)鋼的實(shí)例教程
低合金高強(qiáng)鋼按照強(qiáng)度級(jí)別和熱處理狀態(tài)可分為熱軋鋼、正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼、中碳調(diào)質(zhì)鋼。低合金高強(qiáng)鋼焊接時(shí)，所選用的焊條對(duì)焊縫金屬的性能有非常重要的影響。
低合金高強(qiáng)鋼焊條選用
低合金高強(qiáng)鋼焊接也是根據(jù)鋼材的強(qiáng)度等級(jí)來(lái)選用焊條的，同時(shí)結(jié)合母材的可焊性、焊接結(jié)構(gòu)尺寸、坡口形狀、受力情況等因素綜合考慮選用焊條。
在環(huán)境溫度低，冷卻速度快，焊接接頭容易產(chǎn)生裂紋的情況下，選用比母材強(qiáng)度低一級(jí)的焊條。
主要依據(jù)是保證焊后金屬的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性等力學(xué)性能與母材匹配，而不要求焊縫金屬的化學(xué)成分與母材一致。
焊接厚大件，為防止出現(xiàn)焊接冷裂紋，可采用《低強(qiáng)匹配》原則，選用焊縫金屬?gòu)?qiáng)度低于母材強(qiáng)度的焊條。
選用焊條如:J606、J607、J707等。
②低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接選用焊條
低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)產(chǎn)生冷裂紋傾向比較大，因此嚴(yán)格控制焊縫金屬中的氫特別重要。所以低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接要選用低氫或超低氫焊條。
如:JXXXH、JXXXRH
③中碳調(diào)質(zhì)鋼焊接選用焊條
中碳調(diào)質(zhì)鋼含碳量較高，為確保焊縫金屬的塑性、沖擊韌性和強(qiáng)度，提高焊縫金屬的抗裂性，應(yīng)選用低碳合金系統(tǒng)的焊條，盡量降低焊縫金屬中的硫、磷雜質(zhì)含量。
對(duì)于焊后需要進(jìn)行熱處理的構(gòu)件，還要考慮焊縫金屬化學(xué)成分要與母材相近。
展開(kāi) 正是由于低合金高強(qiáng)鋼含有一定量的合金元素，使其焊接性能與碳鋼有一定差別，其焊接特點(diǎn)表現(xiàn)在：
（1）焊接接頭的焊接裂紋
冷裂紋 低合金高強(qiáng)鋼由于含使鋼材強(qiáng)化的C、Mn、V、Nb等元素，在焊接時(shí)易淬硬，這些硬化組織很敏感，因此，在剛性較大或拘束應(yīng)力高的情況下，若焊接工藝不當(dāng)，很容易產(chǎn)生冷裂紋。而且這類裂紋有一定的延遲性，其危害極大。
再熱（SR）裂紋 再熱裂紋是焊接接頭在焊后消除應(yīng)力熱處理過(guò)程或長(zhǎng)期處于高溫運(yùn)行中發(fā)生在靠近熔合線粗晶區(qū)的沿晶開(kāi)裂。一般認(rèn)為，其產(chǎn)生是由于焊接高溫使HAZ附近的V、Nb、Cr、Mo等碳化物固溶于奧氏體中，焊后冷卻時(shí)來(lái)不及析出，而在PWHT時(shí)呈彌散析出，從而強(qiáng)化了晶內(nèi)，使應(yīng)力松弛時(shí)的蠕變變形集中于晶界。
低合金高強(qiáng)鋼焊接接頭一般不易產(chǎn)生再熱裂紋，如16MnR、15MnVR等。但對(duì)于Mn-Mo-Nb和Mn-Mo-V系低合金高強(qiáng)鋼，如07MnCrMoVR，由于Nb、V、Mo是促使再熱裂紋敏感性較強(qiáng)的元素，因此這一類鋼在焊后熱處理時(shí)應(yīng)注意避開(kāi)再熱裂紋的敏感溫度區(qū)，防止再熱裂紋的發(fā)生。
（2）焊接接頭的脆化和軟化
應(yīng)變時(shí)效脆化 焊接接頭在焊接前需經(jīng)受各種冷加工(下料剪切、筒體卷圓等)，鋼材會(huì)產(chǎn)生塑性變形，如果該區(qū)再經(jīng)200～450℃的熱作用就會(huì)引起應(yīng)變時(shí)效。應(yīng)變時(shí)效脆化會(huì)使鋼材塑性降低，脆性轉(zhuǎn)變溫度提高，從而導(dǎo)致設(shè)備脆斷。焊后熱處理可消除焊接結(jié)構(gòu)這類應(yīng)變時(shí)效，使韌性恢復(fù)。
焊縫和熱影響區(qū)脆化 焊接是不均勻的加熱和冷卻過(guò)程，從而形成不均勻組織。焊縫(WM)和熱影響區(qū)(HAZ)的脆性轉(zhuǎn)變溫度比母材高，是接頭中的薄弱環(huán)節(jié)。焊接線能量對(duì)低合金高強(qiáng)鋼WM和HAZ性能有重要影響，低合金高強(qiáng)鋼易淬硬，線能量過(guò)小，HAZ會(huì)出現(xiàn)馬氏體引起裂紋；線能量過(guò)大，WM和HAZ的晶粒粗大會(huì)造成接頭脆化。
展開(kāi) 藥芯焊絲可用于焊接各種類型的鋼結(jié)構(gòu)，包括低碳鋼、低合金高強(qiáng)鋼、低溫鋼、耐熱鋼、不銹鋼及耐磨堆焊等。所采用的保護(hù)氣體有CO2和Ar+CO2兩種，前者用于普通結(jié)構(gòu)，后者用于重要結(jié)構(gòu)。藥芯焊絲適于自動(dòng)或半自動(dòng)焊接，直流或交流電流均可。
1、低碳鋼及高強(qiáng)鋼用藥芯焊絲
低碳鋼及高強(qiáng)鋼用藥芯焊絲的品種多、用量大，大多數(shù)為鈦型渣系，焊接工藝性好，焊接生產(chǎn)率高，主要用于造船、橋梁、建筑、車輛制造等部門。低碳鋼及低合金高強(qiáng)鋼用藥芯，焊絲品種較多，從焊縫強(qiáng)度級(jí)別上看，490MPa級(jí)和590MPa級(jí)的藥芯焊絲已普遍適用；從性能上看，有的側(cè)重于工藝性能，有的側(cè)重于焊縫力學(xué)性能和抗裂性能，有的適用于包括向下立焊在內(nèi)的全位置焊，也有的專用于角焊縫。
2、不銹鋼用藥芯焊絲
不銹鋼藥芯焊絲具有工藝性能好、力學(xué)性能穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)，國(guó)外近年來(lái)應(yīng)用于石化、壓力容器、造船和工程機(jī)械等行業(yè)。目前不銹鋼藥芯焊絲的品種已有20余種，除鉻鎳系不銹鋼藥芯焊絲外，還有鉻系不銹鋼藥芯焊絲。焊絲直徑有0.8mm、1.2mm、1.6mm等，可滿足不銹鋼薄扳、中板及厚板的焊接需要。所采用的保護(hù)氣體多數(shù)為CO2，也可采用Ar+(20%-50%)
CO2的混合氣體。
3、耐磨堆焊用藥芯焊絲
為了增加耐磨性或使金屬表面獲得某些特殊性能，需要從焊絲中過(guò)渡一定量的合金元素。隨著藥芯焊絲的問(wèn)世，這些合金元素可加入藥芯中，且加工制造方便，故采用藥芯焊絲進(jìn)行埋弧堆焊耐磨表面是種常用的方法，并已得到廣泛應(yīng)用。
展開(kāi) 焊接低合金高強(qiáng)鋼時(shí)，在保證焊縫具有足夠韌性的前提下還要考慮到與母材等強(qiáng)度，因此焊接材料中除了含有ωNi為1%~3%以外，一般還有ωMo為0.2%~0.5%，有時(shí)還含少量的鉻。
焊接低鎳低溫鋼時(shí)，所用的焊接材料的含鎳量應(yīng)與母材相同或高于母材，同時(shí)應(yīng)盡量降低焊縫中含碳量和硫、磷雜質(zhì)含量，并應(yīng)對(duì)錳、硅加以限制。
焊接9Ni鋼時(shí)，通常采用三類奧氏體焊接材料：①ωNi在60%以上的Inconel型的Ni-Cr-Mo系合金；②ωNi在40%的Fe-Ni-Cr系合金；③含13Ni -16Cr-Mn-W的奧氏體不銹鋼。
3、焊接熱輸入
為防止在焊縫和近縫區(qū)產(chǎn)生能導(dǎo)致接頭低溫脆化的粗大的鐵素體或上貝氏體和M-A組元，宜選擇偏小的焊接熱輸入和無(wú)擺動(dòng)的快速多層焊工藝。
4、焊前預(yù)熱和層間溫度
由于低溫鋼一般都具有良好的焊接性，焊前通常都不需要預(yù)熱，但是如果焊件剛性比較大，也需要采取預(yù)熱措施，但溫度不能太高，一般應(yīng)控制在100~150℃，層間溫度大于等于300℃。
5、焊后熱處理
對(duì)于鐵素體類低溫鋼，當(dāng)焊件板厚>15mm時(shí)，焊后多采用消除應(yīng)力熱處理。但是對(duì)于具有回火脆性的含鎳低溫鋼，應(yīng)注意回避回火脆化溫度。
9Ni鋼由于焊接性優(yōu)于一般的低合金高強(qiáng)鋼，當(dāng)板厚<50mm時(shí)，焊后可不進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。
來(lái)源：制造工藝前沿
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制造工藝前沿
展開(kāi) 然而，高強(qiáng)度和高塑性難以協(xié)調(diào)一直是限制鎂合金廣泛應(yīng)用的主要阻礙。目前，開(kāi)發(fā)的典型高強(qiáng)/超高強(qiáng)鎂合金是高稀土含量的時(shí)效型變形鎂合金，合金的強(qiáng)化主要源于納米沉淀、細(xì)晶結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)織構(gòu)。這類合金的高強(qiáng)度通常伴隨著低塑性，此外高稀土含量也意味著高成本和高密度。因此，在低合金化條件下制備高強(qiáng)塑性鎂合金逐漸成為研究的熱點(diǎn)。
近期，哈爾濱工程大學(xué)的張景懷課題組綜合利用晶界偏聚和位錯(cuò)調(diào)控開(kāi)發(fā)出低合金化高強(qiáng)塑性細(xì)晶鎂合金。相關(guān)論文分別以“Developing a low-alloyed fine-grained Mg alloy with high strength-ductility based on dislocation evolution and grain boundary segregation”和“Significantly enhanced grain boundary Zn and Ca co-segregation of dilute Mg alloy via trace Sm addition”為題發(fā)表于Scripta Materialia和Materials Science & Engineering A。
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低合金高強(qiáng)鋼的最新內(nèi)容
于磊等研究了 Al 元素對(duì)低合金高強(qiáng)鋼在大熱輸入量條件下焊接粗晶熱影響區(qū)中 M-A 組元及沖擊韌性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn) Al 元素可以減少 M-A 組元的含量 , 并對(duì)組元內(nèi)部的殘余奧氏體起到穩(wěn)定化作用 , 減少 M-A 組元中馬氏體含量 , 從而顯著提升試樣的沖擊韌性。
與奧氏體不銹鋼相比,2205DSS材料導(dǎo)熱系數(shù)線膨脹系數(shù)小,又包含兩種組織,因此熱裂傾向和變形小;與低合金高強(qiáng)鋼相比,因組織中含有約50%的奧氏體,因此冷裂紋傾向小。總之,2205DSS 可焊性良好。
雙相不銹鋼優(yōu)良的性能是靠適當(dāng)比例的兩相組織來(lái)保證的。焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫的組織有很大的影響。
15CrMo屬于低合金耐熱鋼（珠光體熱強(qiáng)鋼），具有較好的高溫性能，工作溫度最高可達(dá)540℃。本鋼種最常見(jiàn)的產(chǎn)品形態(tài)是無(wú)縫管。
? 各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)
中國(guó)
GB/T 3077-2015
15CrMo，A30152
GB 713-1997
15CrMog
GB 713-2014
15CrMoR
GB 6479-2000
34CrNiMo6是德標(biāo)低合金高強(qiáng)度鋼，德系項(xiàng)目較多采用，我國(guó)相同鋼號(hào)為34Cr2Ni2Mo。
? 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
中國(guó)
GB/T 3077-2015
GB/T 34484.2-2018
GB/T 17107-1997
JB/T 6396-2006
34Cr2Ni2Mo
德國(guó)
DIN EN 10083-3:2007
DIN 17200
CrNiMoV鋼屬于低合金高強(qiáng)鋼，具有優(yōu)良的室溫強(qiáng)韌性、高溫強(qiáng)度、淬透性、焊接性以及抗疲勞性能和抗應(yīng)力腐蝕性能，多用于制造民用燃機(jī)盤軸件、航天發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、飛機(jī)起落架、壓力容器等。隨著高推動(dòng)比、高性能民用發(fā)動(dòng)機(jī)的高速發(fā)展，對(duì)現(xiàn)代化裝備提出了更高的要求。
02
再熱裂紋
通常發(fā)生于某些含有沉淀強(qiáng)化元素的鋼種和高溫合金（包括低合金高強(qiáng)鋼、珠光體耐熱鋼、沉淀強(qiáng)化高溫合金，以及某些奧氏體不銹鋼），他們焊后并未發(fā)現(xiàn)裂紋，而是在熱處理過(guò)程中產(chǎn)生了裂紋。再熱裂紋產(chǎn)生在焊接熱影響區(qū)的過(guò)熱粗晶部位，其走向是沿熔合線的奧氏體粗晶晶界擴(kuò)展。
防治再熱裂紋從選材方面，可以選用細(xì)晶粒鋼。
低碳鋼及低合金高強(qiáng)鋼用藥芯，焊絲品種較多，從焊縫強(qiáng)度級(jí)別上看，490MPa級(jí)和590MPa級(jí)的藥芯焊絲已普遍適用；從性能上看，有的側(cè)重于工藝性能，有的側(cè)重于焊縫力學(xué)性能和抗裂性能，有的適用于包括向下立焊在內(nèi)的全位置焊，也有的專用于角焊縫。
焊接線能量對(duì)低合金高強(qiáng)鋼WM和HAZ性能有重要影響，低合金高強(qiáng)鋼易淬硬，線能量過(guò)小，HAZ會(huì)出現(xiàn)馬氏體引起裂紋；線能量過(guò)大，WM和HAZ的晶粒粗大會(huì)造成接頭脆化。低碳調(diào)質(zhì)鋼與熱軋、正火鋼相比，對(duì)線能量過(guò)大而引起的HAZ脆化傾向更嚴(yán)重。所以焊接時(shí)，應(yīng)將線能量限制在一定范圍。
鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、武器裝備、汽車、3C電子等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。然而，高強(qiáng)度和高塑性難以協(xié)調(diào)一直是限制鎂合金廣泛應(yīng)用的主要阻礙。目前，開(kāi)發(fā)的典型高強(qiáng)/超高強(qiáng)鎂合金是高稀土含量的時(shí)效型變形鎂合金，合金的強(qiáng)化主要源于納米沉淀、細(xì)晶結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)織構(gòu)。這類合金的高強(qiáng)度通常伴隨著低塑性，此外高稀土含量也意味著高成本和高密度。因此，在低合金化條件下制備高強(qiáng)塑性鎂合金逐漸成為研究的熱點(diǎn)
低合金高強(qiáng)鋼按照強(qiáng)度級(jí)別和熱處理狀態(tài)可分為熱軋鋼、正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼、中碳調(diào)質(zhì)鋼。低合金高強(qiáng)鋼焊接時(shí)，所選用的焊條對(duì)焊縫金屬的性能有非常重要的影響。
