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热轧及正火钢的焊接性

热轧及正火钢的焊接性

  • 分类:钢材知识
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  • 来源:
  • 发布时间:2021-06-04 13:04
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在熔焊条件下热轧及正火钢随着强度级别的提高和合金元素含量的增加,焊接的难度增大。这类钢焊接的主要问题是热影响区的脆化和产生各种裂纹。


热影响区脆化
1) 过热区脆化  过热区是指热影响区中熔合线附近母材被除数加热到到1100℃以上的区域,又叫粗晶区。由于该区温度高,发生奥氏体晶粒显著增大和一些难熔质点熔入而致了性能变化。这种变化既和钢材的类型、合金系统有关,又和焊接热输入有关,因为热输入直接影响高温停留时间和冷却速度。
热轧钢系固溶强化钢,在热轧状态下使用。导致热轧钢过热区脆化的原因是:焊接输入偏高,使该区的奥氏体晶粒严重增大,稳定性增加。使之转变产物先析铁素体和共析铁素体的延伸发展,除沿晶界析出外还向晶内延伸,形成魏氏体组织及其他塑性低的混合组织,从而使过热区脆化。因此对于像Q345(16Mn)之类固熔强化的热轧钢,焊接时,采用适当低的输入热等工艺措施来抑制过热区奥氏体晶粒长大及魏氏组织的出现,是防止过热区脆化的关键。
正火钢过热区脆化下热轧钢不同,其热过敏性比热钢大,这是因为两者合金化方式不同。对含Ti和V的15MnTi与Q420(15MnVN)钢研究表明:随着焊接热输入增大,高温停留时间延长,Ti、V溶解得越充分,其脆化就显著。所以用小热输入是避免这类正火钢过热区脆化的有效措施。
如果为了提高正钢的焊接生产效率面采用大的热输入焊接,在这种情况下,焊后需采用800~1100℃的正火热处理来改善接头韧性。


2) 热应变脆化  指钢在200℃~Ac1温度范围内,受到较大的塑性变形(5%~10%)后,出现断裂韧性明显下降,脆性转变温度明显升高现象。对Q345(16Mn)和Q420(15MnVN)等钢研究表明,这些钢均具有一定的热应变脆化倾向。消除和热应变脆化的有效措施是焊后退火处理。经600℃左右的消除应力退火后,材料的韧性基本上能恢复到原来的水平。
裂纹


1) 焊缝金属的热裂纹  热轧正火钢一般含碳量都较低,而含锰量都较高,它们的w(Mn)/w(S)值比较大,因而具有较好的抗热裂能,正常情况下焊缝不会出现裂纹。但是,当材料成分不合格,或有严重偏析,使局部的碳、硫含量偏高,其w(Mn)/w(S)值偏低时则易产生裂纹。控制母材和焊接材料中的碳、硫含量,减少熔合比,增大焊缝的成形系数等都有利于防止焊缝金属产生热裂纹。


2) 冷裂纹  导致钢材产生焊接冷裂纹的三个主要因素是钢材的淬硬倾向,焊缝的扩散氢含量和接头的拘束应力,其中淬硬倾向是决定性的。
一般认为碳当量CE<0.4%的钢材焊接时基本上无淬硬倾向,焊接性良好。σs=295~390MPa的热轧钢如09Mn、O9MnNb、12Mn等基本属这一类。除钢板很厚、环境温度很低的情况外,也和焊接低碳钢一样一般不需要焊前预热和严格控制焊接热输入,也不会引起冷裂纹。随着CE增加,其淬硬倾向也随之增大,Q345(16Mn)、Q390(15MnV)等热轧钢的碳当量较上述几种钢稍高,其淬硬倾向相应稍大,当冷却速度快时,有可能产生马氏体淬硬组织。在拘束应力较大和扩散氢含量较高的情况下,就必须采取适当措施,防止冷裂纹的产生。碳当量CE=0.4%~0.6%的钢,基本上属于有淬硬倾向的钢,σs=440~490MPa的正火钢就处于这一范围之内,当CE还不超过0.5%时,淬硬尚不严重,焊接性尚好。但随着板厚的增加,则须采取一定预热措施才能避免冷裂纹的产生。CE在0.5%以上的钢其淬硬倾向显著,容易冷裂,必须控制焊接输入和采取预热和后热处理等工艺措施,以防冷裂纹的产生。

 

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