按回火狀態

按鋼的屈服強度等級及熱處理狀態

主要用於在一些特定條件下工作的機械零件和工程結構

珠光體耐熱鋼

低溫鋼

低合金耐蝕鋼

低碳鋼的化學成分為：Wc=0.10%~0.25%,Wsi≤0.3%、 WMn=0.5%~0.8% 低合金鋼加入的元素：Mn.Si.Cr、Ni、Mo、V、Nb、 B、Cu

用於焊接結構的低中合金鋼合金元素總的質量分數一般不超過10%

各種元素對合金結構鋼下臨界點溫度A₁（℃）的綜合影響可用下式表示， A₁=720 28WSi 5WCr 6WCo 3WTi-5WMn-10WNi-3WV

當它溶解 合金結構鋼中，氮作為一種合金元素被廣泛採用。氮在鋼中的作用與碳相似， 在鐵中時，將擴大Υ區。氮能與鋼中的其他合金元素形成穩定的氮化物，這些氮化物在往狀 彌散的微粒分佈，進而細化晶粒，提升鋼的屈服點及抗脆斷能力。氮的影響既取決於其含 量，也取決於在鋼中存在的其他合金元素的種類和數量

此外，添加一些合金元素，如Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，主要是為了提高 鋼的淬透性和馬氏體的回火穩定性。這些元素可以延遲珠光體和貝氏體的轉變，使產生馬氏 體轉變的臨界冷卻速率降低

合金結構鋼的強度越高，屈服強度與抗拉強度之差也越小，屈服強度與抗拉強度之比稱為屈服比

缺口韌性是用來表示材料抵抗脆性破壞的指標

吸收能可以反映出某一溫度範圍韌性急遽變化的轉變現象

根據熱影響區組織特徵的不同，具有非淬硬性傾向的低合金鋼焊接熱影響區劃分為融合區，粗晶區，細晶區，不完全重結晶區和回火區

低合金鋼熱影響區中的顯微組織主要是低碳馬氏體、貝氏體、M-A組元和珠光體類組織，導致具有不同的硬度，強度性能，塑性和韌性

屈服強度為295～390MPa的普通低合金鋼都屬於熱軋鋼，這類鋼是在Wc≤0.2%的基礎上，透過Mn 、Si等合金元素的固溶強化作用來確保鋼的強度 ，屬於C-Mn或Mn-Si系鋼種，也可再加入V、Nb以達到細化晶粒及沉澱強化的作用

熱軋鋼通常為鋁鎮靜的細晶粒鐵素體 珠光體組織的鋼，一般在熱軋狀態下使用

正火剛在固溶強化的基礎上，加入一些碳、氮化合物形成元素（如V、Nb、Ti和Mo等）透過沉澱強化和細化晶粒，進一步提高鋼材的強度和確保韌性

正火狀態下所使用的鋼主要是含V、N b、T i的鋼，如Q390、Q345等，主要特徵是屈強比較高

正火 回火狀態使用的含Mo鋼，如14 MnMoV、18MnMoNb等

抗層狀撕裂的Z向鋼，屈服強度Rm≥343MPa

加入質量分數約0.1%對鋼的組織性能有顯著或特殊影響的微量合金元素的鋼，稱為微合金鋼

它採用微合金化（加入微量Nb、V、Ti）和控軋等技術，達到細化晶粒和沈澱強化相結合的效果

控軋鋼具有高強度，高韌性和良好的焊接性等優點

控軋管線鋼焊接的主要問題是過熱區晶粒粗大使抗衝擊性能下降，改善措施是在鋼中加入沉澱強化元素（形成TiO₂、TiN）防止晶粒長大，優化焊接工藝及規範

碳當量

淬硬傾向（凡是淬硬傾向大的鋼材，連續冷卻轉變曲線都是往右移）

焊縫熱裂紋主要與熱軋及正火鋼中C、S、P等元素含量偏高或嚴重偏析有關

再熱裂紋一般產生在熱影響區的粗晶區

韌性是表徵金屬對脆性裂紋產生和擴展難易程度的性能

焊縫韌性取決於針狀鐵素體（AF）和先共析（PF）鐵素體組織所佔比例

以針狀鐵素體組織為主的焊縫金屬屈強比一般大於0.8。以先共析鐵素體組織為主的焊縫金屬屈強比多在0.8以下。焊縫金屬中有上貝氏體存在時屈強比小於0.7

粗晶區脆化：加熱至1200℃以上的熱影響區過熱區可能產生粗晶區脆化，韌性明顯降低

採用小焊接熱輸入式是避免這類剛過熱區脆化的有效措施

熱應變脆化：產生在焊接熔合區及最高加熱溫度低於AC1的亞臨界熱影響區

層狀撕裂的產生不受鋼材種類和強度等級的限制，從z向拘束力考慮，層狀撕裂與板 厚有關，板厚在16mm 以下一般不會產生層狀撕裂。

從鋼材本質來說，主要取決於治煉質量，鋼中的片狀硫化物與層狀矽酸鹽或大量成片密集於 同一平面內的氧化物夾雜都使Z向塑性降低，導致層狀撕裂的產生，其中層片狀硫化物的影響最為嚴重

硫含量和Z向斷面收縮率是評定鋼材層狀撕裂敏感度的主要指標

合理選擇層狀撕裂敏感性小的鋼材、改善接頭形式以減輕鋼板Z向所承受的應力應變 在滿足產品使用要求前提下選用強度等級較低的焊接材料以及採用預熱及降氫等輔助措施 有利於防止層狀撕裂的發生

坡口加工可採用機械加工，其加工精度較高，亦可採用火焰切割或碳弧氣刨

焊接件的組裝間隙不應過大，應盡量避免強力裝配，減少焊接應力

1.不能有裂痕等焊接缺陷2.能滿足使用性能要求

選擇與母材力學性能相符的相應等級的焊接材料

同時考慮融合比和冷卻速度的影響

考慮焊後熱處理對焊縫力學性質的影響

焊接熱輸入（取決於接頭區域是否出現冷裂紋和熱影響區脆化）

預熱和焊後熱處理（目的主要是為了防止裂紋，也有一定的改善組織、性能的作用）

淬硬性大的珠光體耐熱鋼焊接可能出現冷裂紋，裂紋傾向一般隨著鋼材中Cr、Mo含量的增加而增加

影響耐熱鋼焊接產生冷裂紋的因素，有鋼材的淬硬性（組織因素）焊縫擴散氫含量和接頭的拘束度（應力狀態）

珠光體耐熱鋼再熱裂紋出現在焊接熱影響區粗晶區，與焊接工藝及焊接殘餘應力有關

再熱裂紋的防止措施

鉻鉬耐熱鋼及其焊接接頭在300～500℃溫度區間長期運轉過程中發生脆變的現象，稱為回火脆性

2.25Cr-1Mo鋼抗回火脆性特點

焊接方法 焊條電弧焊、埋弧焊、熔化及氣體保護焊、電渣焊、鎢極氬弧焊等均可用於珠光體耐熱鋼的焊接

焊接材料的選用 焊縫金屬的合金成分及使用溫度下的強度性能應與母材相應的指標一致，或達到產品技術條件提出的最低性能指標

控制焊接材料的含水量是防止焊接裂縫的主要措施之一，而珠光體耐熱鋼所使用的焊條和焊劑都容易吸潮

後熱去氫處理是防止冷裂痕的重要措施之一

40Cr

35CrMoA和35CrMoVA

30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A和40CrMnSiMoVA

40CrNiMoA和34CrNi3MoA

中碳調質鋼含碳量及合金元素含量較高，焊接凝固結晶時，固-液相溫度區間大，結晶偏析傾向嚴重，焊接時易產生結晶裂紋，具有較大的熱裂紋敏感性

要盡可能選用碳含量低以及含S、P雜質少的焊接材料

中碳調質鋼的淬硬傾向十分明顯，焊接熱影響區容易出現硬脆的馬氏體組織，增大了焊接接頭區的冷裂紋傾向

母材含碳量越高，淬硬性越大，焊接冷裂紋傾向也越大

熱影響區脆化，中碳調質鋼由於含碳量較高，合金元素較多，有相當大的淬硬傾向，馬氏體轉變溫度低，無「自回火」過程，而應在焊接熱影響區容易產生大量脆硬的馬氏體組織，導致熱影響區脆化

熱影響區軟化，焊前為調質狀態的鋼材焊接時被加熱到該鋼調質處理的回火溫度以上時，焊接熱影響區將出現強度、硬度低於母材的軟化區

中碳調質鋼最好在退火或正火狀態下焊接，焊接後透過整體調製處理獲得性能滿足要求的焊接接頭

在選擇焊接材料時，處理要求可確保不產生冷熱裂紋外，還有一些特殊要求，即焊縫金屬的調製處理規範應與母材的一致，以確保調製後的接頭性能，也與母材相同

在焊接後調質的情況下，焊接參數的決定主要是確保在調質處理之前不出現裂逐，接頭性 能由焊後熱處理來保證。因此可採用很高的預熱溫度（200~350℃）和層間溫度。另外， 在許多情況下焊後往往來不及立即進行調質處理，為了確保焊接接頭冷卻到室溫後在調質處 理前不致產生延遲裂紋，也須在焊接後及時進行一次中間熱處理。 這種熱處理一般是在焊接後等於或高於預熱溫度下維持一段時間，目的是為了從兩方面來 防止延遲裂紋：一是起到擴散除氫的作用;二是使組織轉變為對冷裂紋敏感性低的組織。

採用局部預熱時，預熱的溫度範圍離焊縫兩側應不小於100 mm，焊接後若無法及時調質處理，應進行680℃回火處理

高碳馬氏體引起的脆化和硬化，可以透過焊接後的回火處理來解決

為了防止焊接冷裂紋，也可以選用塑韌性好的奧氏體焊條

對於必須在調製狀態下焊接，應採用盡可能小的焊接熱輸入

焊接方法 中碳調質鋼常用的焊接方法有焊條電弧焊、氣體保護焊、埋弧焊等。採用熱集中的脈衝氬弧焊、等離子弧焊及電子束焊等方法， 有利於減少焊接熱影響區寬度，獲得細晶組織，提升焊接接頭的機械性質。部分薄板焊接多採用氣體保護 PayPal、鎢極氬弧焊及微束等離子弧焊等

焊接材料 中碳調質鋼焊接材料應採用低碳合金系，降低焊縫金屬的S、P雜質含量，以確保焊縫金屬的韌性、塑性及強度，並提高焊縫金屬的抗裂性。 對於焊後需要熱處理的構件，焊縫金屬的化學成分應與基體金屬相近。應依焊縫受力條件、性能要求及焊後熱處理情況選擇焊接材料。

預熱和焊接後熱處理 預熱和焊接後熱處理是中碳調質鋼的重要製程措施，是否預熱以及預熱溫度的高低根據銲接結構和生產條件而定。除了拘束度小， 構造簡單的薄壁殼體或銲接件不用預熱外，一般情況下，中碳調質鋼焊接時都要採取預熱或及時後熱的措施，預熱溫度一般為200~350℃。

高強度結構鋼（Rm=600～800MPa）主要用於工程焊接結構，焊接及焊接區多承受拉伸負荷

高強度耐磨鋼（Rm≥1000MPa）主要用於工程結構高強度耐磨，要求承受衝擊耐磨損的部位

高強度高韌性鋼（Rm≥700MPa這類鋼要求在高強度的同時要具有高韌性，主要用於高強度高韌性焊接結構）

（Rm）w/（Rm）b>1時，稱為“超強匹配”

（Rm）w/（Rm）b=1時，稱為“等強匹配”

（Rm）w/（Rm）b<1時，稱為“低強匹配”

低碳調製鋼的合金化原則是在低碳基礎上，透過添加多種提高淬透性的合金元素來確保獲得強度高，韌性好的低碳「自回火」馬氏體和部分下貝氏體的混合組織

化學成分的影響：C含量較低、Mn含量較高，且對S、 P的控制也較嚴格，因此熱裂紋傾向較小。 但對高Ni低Mn類型的鋼種有一定的熱裂紋敏感性,主 要與C、Mn/S、N有關,主要產生於熱影響區過熱區 稱為液化裂紋。

焊接熱輸入越大，熱影響區晶粒越粗大，晶界熔化越 嚴重，晶粒之間的液態晶間層存在的時間也越長，液 化裂紋產生的傾向就越大。 防止液化裂紋的產生：從製程應採用小熱輸入、控 制熔池形狀、減少熔合區凹度

V對再熱裂紋的影響最大，Mo次之，而當V和Mo同 時加入時就更為敏感。 Cr的影響與含量有關（1%）

調質鋼熱影響區組織特徵

熱影響區脆化

熱影響區軟化

防止裂紋

在確保滿足高強度要求的同時，提高焊縫金屬及熱影響區的韌性

一般採用熔化極氣體保護焊接或活性氣體保護焊接等自動化或半自動機械化焊接方法

焊接熱輸入的確定

預熱溫度和焊接後熱處理

對低碳調製鋼焊縫金屬有害的脆化元素是S、P、N、O、H，必須加以限制