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Maschinenbau-Schweißen-Mindmap von Legierungsstrukturen
Dies ist eine Mindmap zum Maschinenbau-Legierungsstrukturschweißen, einschließlich der Klassifizierung und Eigenschaften von legiertem Baustahl, dem Schweißen von warmgewalztem, normalisiertem Stahl und kontrolliert gewalztem Stahl usw.
Bearbeitet um 2023-12-01 15:14:13
Maschinenbau-Schweißen-Mindmap von Legierungsstrukturen
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- Gliederung
Schweißen von Legierungsstrukturen
Klassifizierung und Eigenschaften von legiertem Baustahl
Klassifizierung von legiertem Baustahl
Festigkeitsstahl
Temperierzustand drücken
unvergüteter Stahl
Warmgewalzter Stahl (Streckgrenze 295–390 MPa)
normalisierter Stahl
kontrollierter Walzstahl
Vergüteter Stahl (QT)
Je nach Streckgrenze und Wärmebehandlungszustand des Stahls
Warmgewalzter und kontrolliert gewalzter, normalisierter und kontrolliert gewalzter Stahl
Es wird häufig in einigen beanspruchten Strukturen verwendet, die bei Raumtemperatur betrieben werden, wie z. B. Druckbehältern, Energieanlagen, Baumaschinen, Brücken, Gebäudestrukturen und Rohrleitungen usw.
Vergüteter Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
Der Kohlenstoffgehalt ist niedrig (im Allgemeinen beträgt der Massenanteil von Kohlenstoff weniger als 0,22 %), was eine hohe Festigkeit, gute Plastizität und Zähigkeit aufweist. Er kann direkt im vergüteten Zustand geschweißt werden und muss nicht vergütet werden nach dem Schweißen.
Wird in großen technischen Maschinen, Druckbehältern und im Schiffbau usw. verwendet.
Vergüteter Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt
Es hat einen hohen Kohlenstoffgehalt (der Massenanteil von Kohlenstoff beträgt 0,25 % bis 0,5 %) und ist ein wärmebehandelter, verstärkter Stahl. Die Härtbarkeit ist viel höher als die von vergütetem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Er hat eine hohe Härte und Festigkeit, aber seine Zähigkeit ist relativ gering, was große Schwierigkeiten beim Schweißen mit sich bringt.
Wird für Produkte oder Komponenten mit hohen Festigkeitsanforderungen verwendet, z. B. Gehäuse von Raketentriebwerken, Flugzeugfahrwerken usw.
Niedrig- und mittellegierter Spezialstahl
Wird hauptsächlich für mechanische Teile und technische Strukturen verwendet, die unter bestimmten Bedingungen arbeiten
Perlitischer hitzebeständiger Stahl
Niedrig- und mittellegierter Stahl auf Basis von Cr und Mo, mit steigender Arbeitstemperatur Zur Verbesserung der Festigkeit können auch V, W, Nb, B und andere Legierungselemente hinzugefügt werden, um eine bessere Hochtemperaturfestigkeit und Hochtemperaturoxidationseigenschaften zu erzielen.
Wird hauptsächlich für Hochtemperaturgeräte mit einer Arbeitstemperatur von 500–600 °C verwendet, wie z. B. Wärmekraftgeräte und chemische Geräte usw.
Tieftemperaturstahl
Bei den meisten Tieftemperaturstählen handelt es sich um Ni-haltige oder Mi-freie niedriglegierte Stähle, die im Allgemeinen in normalisiertem oder vergütetem Zustand verwendet werden.
Wird hauptsächlich in verschiedenen Niedertemperaturgeräten (-40~-196℃) und einigen technischen Bauwerken in extrem kalten Gebieten, wie z. B. Flüssigöl, verwendet Gas-, Erdgasspeicherbehälter usw. Im Vergleich zu gewöhnlichem niedriglegiertem Stahl muss Niedertemperaturstahl eine ausreichende Festigkeit gewährleisten Hohe Tieftemperaturzähigkeit, keine besonderen Anforderungen an die Festigkeit
Niedriglegierter korrosionsbeständiger Stahl
Neben den allgemeinen mechanischen Eigenschaften muss es auch die besondere Anforderung der Korrosionsbeständigkeit erfüllen.
Diese Stahlsorte wird hauptsächlich für verschiedene mechanische Geräte und Geräte verwendet, die in faulen Medien wie Atmosphäre, Meerwasser, petrochemischer Industrie usw. arbeiten. Schweißkonstruktion. Aufgrund unterschiedlicher Medien unterscheiden sich auch die Arten und Zusammensetzungen von korrosionsbeständigem Stahl. Der am häufigsten verwendete korrosionsbeständige Stahl ist Stahl, der gegen atmosphärische Korrosion und Meerwasserkorrosion beständig ist.
Zusammenfassung
Grundlegende Eigenschaften von legiertem Baustahl
chemische Zusammensetzung
Die chemische Zusammensetzung von kohlenstoffarmem Stahl ist: Wc=0,10 %~0,25 %, Wsi≤0,3 %, WMn=0,5 % ~ 0,8 % Dem niedriglegierten Stahl hinzugefügte Elemente: Mn.Si.Cr, Ni, Mo, V, Nb, B.Cu
Der Gesamtmassenanteil der Legierungselemente in niedrig- und mittellegiertem Stahl, der für Schweißkonstruktionen verwendet wird, beträgt im Allgemeinen nicht mehr als 10 %.
Der umfassende Einfluss verschiedener Elemente auf die untere kritische Punkttemperatur A₁ (℃) von legiertem Baustahl kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden: A₁=720 28WSi 5WCr 6WCo 3WTi-5WMn-10WNi-3WV
wenn es sich auflöst In legiertem Baustahl wird Stickstoff häufig als Legierungselement verwendet. Stickstoff spielt in Stahl eine ähnliche Rolle wie Kohlenstoff; Bei Eisen wird die Y-Zone erweitert. Stickstoff kann mit anderen Legierungselementen im Stahl stabile Nitride bilden Dispergierte Partikelverteilung, wodurch die Körner verfeinert und die Streckgrenze sowie die Sprödbruchbeständigkeit von Stahl verbessert werden. Die Wirkung von Stickstoff hängt von seinem Gehalt ab Die Menge hängt auch von der Art und Menge der anderen im Stahl vorhandenen Legierungselemente ab
Darüber hinaus werden einige Legierungselemente wie Mn, Cr, Ni, Mo, V, Nb, B, Cu usw. hinzugefügt, hauptsächlich zur Verbesserung Härtbarkeit von Stahl und Anlassstabilität von Martensit. Diese Elemente können die Umwandlung von Perlit und Bainit verzögern und zu Martensit führen Die kritische Abkühlgeschwindigkeit für die Massenumwandlung wird reduziert
Mechanische Eigenschaften
Je höher die Festigkeit des legierten Baustahls ist, desto geringer ist der Unterschied zwischen Streckgrenze und Zugfestigkeit. Das Verhältnis von Streckgrenze zu Zugfestigkeit wird Streckgrenze genannt.
Die Kerbzähigkeit ist ein Indikator für die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegenüber Sprödbruch.
Absorbierte Energie kann das Übergangsphänomen starker Änderungen der Zähigkeit in einem bestimmten Temperaturbereich widerspiegeln.
Mikrostruktur
Entsprechend den unterschiedlichen strukturellen Eigenschaften der Wärmeeinflusszone wird die Schweißwärmeeinflusszone von niedriglegiertem Stahl mit Tendenz zur Nichthärtbarkeit in Schmelzzone, grobkörnige Zone, feinkörnige Zone, unvollständige Rekristallisationszone und Anlasszone unterteilt
Die Mikrostruktur in der Wärmeeinflusszone von niedriglegiertem Stahl besteht hauptsächlich aus Martensit mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, Bainit, einer M-A-Komponente und einer perlitähnlichen Struktur, was zu unterschiedlichen Härten, Festigkeitseigenschaften, Plastizität und Zähigkeit führt
Schweißen von warmgewalztem, normalisiertem und kontrolliert gewalztem Stahl
Zusammensetzung und Eigenschaften von warmgewalztem, normalisiertem und kontrolliert gewalztem Stahl
warmgewalzten Stahl
Gewöhnlicher niedriglegierter Stahl mit einer Streckgrenze von 295 bis 390 MPa gehört zu warmgewalztem Stahl. Diese Stahlsorte gewährleistet die Festigkeit des Stahls durch Mischkristallverfestigung von Legierungselementen wie Mn und Si auf der Basis von Wc ≤ 0,2 %. . , das zum Stahl der C-Mn- oder Mn-Si-Reihe gehört, können ebenfalls zugesetzt werden, um eine Kornverfeinerung und Ausscheidungsverstärkung zu erreichen.
Warmgewalzter Stahl ist in der Regel aluminiumberuhigter feinkörniger Ferrit- und Perlitstahl, der im Allgemeinen im warmgewalzten Zustand verwendet wird.
normalisierter Stahl
Normalisierender Stahl basiert auf der Festlösungsverfestigung, bei der einige Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen bildende Elemente (wie V, Nb, Ti und Mo usw.) hinzugefügt werden, um die Körner durch Ausscheidung zu verstärken und zu verfeinern, wodurch die Festigkeit des Stahls weiter verbessert und die Zähigkeit sichergestellt wird .
Der im normalisierten Zustand verwendete Stahl ist hauptsächlich Stahl mit V, Nb, Ti, wie Q390, Q345 usw. Das Hauptmerkmal ist, dass das Streckgrenzenverhältnis hoch ist.
Mo-haltiger Stahl, der unter Normalisierungs- und Anlassbedingungen verwendet wird, wie 14 MnMoV, 18MnMoNb usw.
Stahl in Z-Richtung, beständig gegen Lamellenriss, Streckgrenze Rm≥343 MPa
Mikrolegierter kontrollierter Walzstahl
Stähle, denen Spurenlegierungselemente mit einem Massenanteil von etwa 0,1 % zugesetzt sind, die einen wesentlichen oder besonderen Einfluss auf die Gefügeeigenschaften des Stahls haben, werden als mikrolegierte Stähle bezeichnet.
Es nutzt Technologien wie Mikrolegierung (Hinzufügen von Spuren von Nb, V, Ti) und kontrolliertes Walzen, um eine Kombination aus Kornverfeinerung und Ausscheidungsverstärkung zu erreichen.
Kontrollierter Walzstahl hat die Vorteile einer hohen Festigkeit, einer hohen Zähigkeit und einer guten Schweißbarkeit.
Das Hauptproblem beim Schweißen von kontrolliert gewalztem Rohrleitungsstahl besteht darin, dass die Korngröße in der überhitzten Zone grob ist, was die Schlagzähigkeit verringert. Die Verbesserungsmaßnahmen bestehen darin, dem Stahl ausscheidungsverstärkende Elemente (Bildung von TiO₂, TiN) hinzuzufügen, um die Kornbildung zu verhindern Wachstum sowie zur Optimierung des Schweißprozesses und der Schweißspezifikationen.
Schweißeigenschaften von warmgewalzten, normalisierten und kontrolliert gewalzten Stählen
Kalte Risse und Einflussfaktoren
Kohlenstoffäquivalent
Härtungsneigung (bei jedem Stahl mit großer Härtungsneigung verschiebt sich die Übergangskurve der kontinuierlichen Abkühlung nach rechts)
Das Kohlenstoffäquivalent von warmgewalztem Stahl mit einer Streckgrenze von 295–390 MPa liegt im Allgemeinen unter 0,4 %, gute Schweißbarkeit, außer wenn das Stahlblech sehr dick ist und die Umgebungstemperatur sehr niedrig ist. Darüber hinaus sind im Allgemeinen kein Vorwärmen und keine strenge Kontrolle der Schweißwärmezufuhr erforderlich.
Normalisierter Stahl mit einer Streckgrenze von 420–490 MPa, wie z. B. Q420, neigt zum Aushärten. Mit zunehmender Blechdicke müssen bestimmte Vorwärmmaßnahmen ergriffen werden.
Der Ceq von 18MnMoNb liegt über 0,5 % und die Kaltrissempfindlichkeit ist groß Um das Auftreten von Kaltrissen zu vermeiden, müssen strengere Prozessmaßnahmen ergriffen werden, wie z Steuern Sie den Wärmeeintrag, das Vorwärmen, die Wärmebehandlung nach dem Schweißen usw.
Eine Verringerung der Abkühlgeschwindigkeit trägt dazu bei, die Härtbarkeit der Wärmeeinflusszone und die maximale Härte der Wärmeeinflusszone zu verringern und kann die Neigung zu Kaltrissen verringern
Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der maximalen Härte der Wärmeeinflusszone und der Wahrscheinlichkeit von Rissen unter der Schweißnaht.
Thermische Rissbildung und Spannungsrissentlastung
Heißrisse in Schweißnähten sind hauptsächlich auf den hohen Gehalt oder die starke Entmischung von C, S, P und anderen Elementen in warmgewalztem und normalisiertem Stahl zurückzuführen.
Im grobkörnigen Bereich der Wärmeeinflusszone treten in der Regel Nacherwärmungsrisse auf
Struktur und Zähigkeit von Schweißnähten aus nicht vergütetem und vergütetem Stahl
Zähigkeit ist eine Eigenschaft, die die Fähigkeit eines Metalls charakterisiert, Sprödrisse zu erzeugen und auszubreiten.
Die Zähigkeit der Schweißnaht hängt vom Anteil der nadelförmigen Ferrit- (AF) und proeutektoiden (PF) Ferritstrukturen ab
Das Streckgrenzenverhältnis von Schweißmetallen mit überwiegend nadelförmiger Ferritstruktur liegt im Allgemeinen über 0,8. Das Streckgrenzen-zu-Festigkeits-Verhältnis von Schweißmetallen, die von einer proeutektoiden Ferritstruktur dominiert werden, liegt normalerweise unter 0,8. Wenn im Schweißgut oberer Bainit vorhanden ist, beträgt das Streckgrenzenverhältnis weniger als 0,7
Versprödung der Wärmeeinflusszone
Versprödung des grobkörnigen Bereichs: Die auf über 1200 °C erhitzte überhitzte Zone der Wärmeeinflusszone kann zu einer Versprödung des grobkörnigen Bereichs führen und die Zähigkeit wird deutlich reduziert.
Der Einsatz einer geringen Schweißwärmeeinbringung ist eine wirksame Maßnahme zur Vermeidung von Versprödung in solchen heißen Bereichen.
Versprödung durch thermische Belastung: tritt in der Schweißschmelzzone und der unterkritischen Wärmeeinflusszone auf, wo die maximale Erwärmungstemperatur niedriger als AC1 ist
Lamellenriss (eine spezielle Form des Risses, die hauptsächlich bei dicken Plattenkonstruktionen auftritt, die eine Durchdringung von Eckverbindungen oder T-Verbindungen erfordern)
Das Auftreten von Lamellenrissen wird nicht durch die Art und Stärke des Stahls begrenzt. Unter Berücksichtigung der Bindungskraft in Z-Richtung hängt der Lamellenriss eng mit der Platte zusammen. Dies hängt mit der Dicke zusammen. Im Allgemeinen tritt kein Lamellenriss auf, wenn die Plattendicke unter 16 mm liegt.
Von der Beschaffenheit des Stahls hängt es hauptsächlich von der Qualität der Raffination ab, in der sich Flockensulfid und Schichtsilikat befinden oder in denen eine große Anzahl von Flocken konzentriert ist Oxideinschlüsse in derselben Ebene verringern die Plastizität in Z-Richtung und führen zu Lamellenrissen, wobei lamellare Sulfide die schwerwiegendsten Auswirkungen haben.
Der Schwefelgehalt und die Flächenschrumpfung in Z-Richtung sind die Hauptindikatoren zur Beurteilung der Lamellenrissempfindlichkeit von Stahl.
Wählen Sie vernünftigerweise Stahlmaterialien mit geringer Lamellenrissempfindlichkeit und verbessern Sie die Verbindungsformen, um die Spannung und Belastung in Z-Richtung der Stahlplatte zu reduzieren. Unter der Prämisse, die Produktnutzungsanforderungen zu erfüllen, sollten Schweißmaterialien mit geringerer Festigkeit ausgewählt und Hilfsmaßnahmen wie Vorwärmen und Wasserstoffreduzierung ergriffen werden. Verhindert das Auftreten von Lamellenrissen
Schweißverfahren für warmgewalzten, normalisierten und kontrolliert gewalzten Stahl
Nuten, Montage und Heftschweißen
Die Nutbearbeitung kann durch mechanische Bearbeitung erfolgen, die eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit aufweist, oder es können Brennschneiden oder Kohlenlichtbogen-Fugenhobeln verwendet werden.
Der Montagespalt der geschweißten Teile sollte nicht zu groß sein und eine starke Montage sollte so weit wie möglich vermieden werden, um die Schweißspannung zu reduzieren.
Auswahl von Schweißmaterialien
1. Es dürfen keine Schweißfehler wie Risse vorhanden sein. 2. Die Leistungsanforderungen können erfüllt werden.
Wählen Sie die entsprechenden Schweißmaterialien aus, die den mechanischen Eigenschaften des Grundmetalls entsprechen
Berücksichtigen Sie auch die Auswirkungen des Fusionsverhältnisses und der Abkühlgeschwindigkeit
Berücksichtigen Sie die Auswirkung der Wärmebehandlung nach dem Schweißen auf die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht
Bestimmung von Schweißparametern
Schweißwärmeeintrag (abhängig davon, ob im Fügebereich Kaltrisse und Wärmeeinflusszonenversprödung auftreten)
Das Schweißstab-Lichtbogenschweißen eignet sich zum Schweißen von Nähten unterschiedlicher unregelmäßiger Form und verschiedener Schweißpositionen.
Automatisches Schweißen, Warmwalzen und Normalisieren von Stahl. Häufig verwendete automatische Schweißverfahren sind Unterpulverschweißen, Elektroschlackeschweißen, Kohlendioxid-Schutzgasschweißen usw.
Argon-Lichtbogenschweißen wird zum Bodenschweißen einiger wichtiger Mehrschichtschweißnähte aus niedriglegiertem Stahl, zum Rohrbodenschweißen oder zum Rohrplattenschweißen verwendet, um die Schweißqualität an der Schweißnahtwurzel sicherzustellen
Vorwärmen und Wärmebehandlung nach dem Schweißen (der Zweck besteht hauptsächlich darin, Risse zu verhindern, aber bis zu einem gewissen Grad auch die Struktur und Leistung zu verbessern)
Vorwärmen und Vorwärmtemperatur hängen von Faktoren wie Härtbarkeit, Blechdicke, Spannung und Wasserstoffgehalt des Stahls ab.
Wärmenachbehandlung
Überschreiten Sie nicht die ursprüngliche Anlasstemperatur des Grundmaterials, um eine Beeinträchtigung der Leistung des Grundmaterials selbst zu vermeiden.
Vermeiden Sie bei Materialien mit Anlasssprödigkeit den Temperaturbereich, in dem Anlasssprödigkeit auftritt.
Mechanische Eigenschaften von Schweißverbindungen
Schweißen von perlitischem hitzebeständigem Stahl
Hitzebeständiger Perlitstahl besteht hauptsächlich aus mehrkomponentigem legiertem Stahl auf Cr-Mo- und Gr-Mo-Basis, wobei die Legierungselemente Cr, Mo, V und manchmal eine kleine Menge W, Ti, Nb, B usw. hinzugefügt werden. Der Gesamtmassenanteil der Legierungselemente beträgt weniger als 10 %
Zusammensetzung und Eigenschaften von perlitischem hitzebeständigem Stahl
Der Massenanteil von Cr in perlitischem hitzebeständigem Stahl beträgt im Allgemeinen 0,5 % bis 9 %, und der Massenanteil von M0 beträgt im Allgemeinen 0,5 % oder 1 %. Mit zunehmendem Cr- und Mo-Gehalt erhöhen sich auch die Oxidationsbeständigkeit, die Hochtemperaturfestigkeit und die Sulfidkorrosionsbeständigkeit von Stahl.
Festigung der Matrix durch feste Lösung: Zugabe von Legierungselementen zur Festigung der Ferritmatrix. Häufig verwendete Elemente wie Cr, Mo, W und Nb Zur Verbesserung der thermischen Festigkeit. Unter diesen ist der festigende Effekt von Mo und W der bedeutendste; der festigende Effekt von Cr ist bereits dann sehr signifikant, wenn WCr=1 % ist. Offensichtlich ist der verstärkende Effekt einer weiteren Erhöhung des Cr-Gehalts nicht signifikant, aber die dauerhafte Festigkeit kann verbessert werden.
Zweite Phase der Ausscheidungsverfestigung Bei hitzebeständigem Stahl mit Ferrit als Matrix besteht die Verfestigungsphase hauptsächlich aus legiertem Karbid (V4C3). Oder VC, NbC, TiC usw.). Der ausfällungsverstärkende Effekt kann bis zu 0,7 TM aufrechterhalten werden (TM ist der Schmelzpunkt), und der Festlösungsverstärkungseffekt ist es 0,6TM, das Obige ist deutlich geschwächt. Art, Form und Verteilung der Karbide haben jedoch einen großen Einfluss auf die thermische Festigkeit. Darunter auch kubisch raumzentrierte Kristalle Karbide des Systems wie V4C3, NbC, TiC usw. sind am wirksamsten; Mo2C hat eine gewisse ausscheidungsverstärkende Wirkung, wenn die Temperatur unter 520 °C liegt; Cr7C3 und Cr23C6. Es ist bei etwa 540 °C äußerst instabil und lässt sich leicht aggregieren.
Durch die Korngrenzenverstärkung werden Spurenelemente (RE, B, Ti B usw.) hinzugefügt, die an den Korngrenzen adsorbiert werden können und die Legierungselemente entlang des Korns verzögern. Diffusion von Korngrenzen, wodurch die Korngrenzen gestärkt werden
Schweißbarkeitsanalyse von perlitischem hitzebeständigem Stahl
Wärmeeinflusszonenverhärtung und Kaltrissbildung
Beim Schweißen von perlitischem hitzebeständigem Stahl mit hoher Härtbarkeit können Kaltrisse auftreten. Die Neigung zu Rissen nimmt im Allgemeinen mit zunehmendem Cr- und Mo-Gehalt im Stahl zu.
Zu den Faktoren, die das Auftreten von Kaltrissen beim Schweißen von hitzebeständigem Stahl beeinflussen, gehören die Härtbarkeit des Stahls (Strukturfaktoren), der diffundierbare Wasserstoffgehalt der Schweißnaht und der Grad der Einspannung der Verbindung (Spannungszustand).
Crack erneut erhitzen
Nacherwärmungsrisse in perlitischem hitzebeständigem Stahl treten im grobkörnigen Bereich der Schweißwärmeeinflusszone auf, die mit dem Schweißprozess und der Schweißeigenspannung zusammenhängt.
Vorbeugende Maßnahmen gegen Wiedererhitzungsrisse
Verwenden Sie Schweißmaterialien mit höherer Hochtemperaturplastizität als das Grundmetall und begrenzen Sie insbesondere die Legierungszusammensetzung des Grundmetalls und der Schweißmaterialien Beschränken Sie den Gehalt an V, Ti, Nb und anderen Legierungselementen strikt auf das Mindestmaß
Anlasssprödigkeit in der Wärmeeinflusszone
Die Sprödigkeit von hitzebeständigem Chrom-Molybdän-Stahl und seinen Schweißverbindungen tritt im Langzeitbetrieb im Temperaturbereich von 300 bis 500 °C auf, was als Anlasssprödigkeit bezeichnet wird.
2,25Cr-1Mo-Stahl mit temperaturbeständigen Sprödigkeitseigenschaften
Ob es spröde ist oder nicht, kann durch Vergleich der Änderungen der Duktil-Spröd-Übergangstemperatur im Schlagversuch vor und nach dem Anlassen verglichen werden.
Niedriglegierter Stahl, der Verunreinigungselemente wie P, Sb, Sn, As usw. enthält, kann bei längerem Erhitzen im Temperaturbereich von 375 bis 575 °C leicht beschädigt werden. Es kommt zur Versprödung. Der Schlagbruch der versprödeten Probe beginnt an der ursprünglichen Austenitkorngrenze. Der versprödete Stahl wird auf eine bestimmte Temperatur erhitzt kann die Belastbarkeit wiederhergestellt werden
Zusätzlich zu den oben genannten Verunreinigungselementen verstärken auch Mn, Si, Cr und Ni die Versprödung, während Mo und W den Versprödungsprozess verzögern können.
Bei Stählen gleicher chemischer Zusammensetzung nimmt der Versprödungsgrad mit unterschiedlichem Gefüge in folgender Reihenfolge ab: Martensit, Bainit Perlit. Bei groben Austenitkörnern ist auch der Versprödungsgrad größer.
Schweißprozesseigenschaften von perlitischem hitzebeständigem Stahl
Gängige Schweißmethoden und Schweißmaterialien
Schweißverfahren: Elektrodenlichtbogenschweißen, Unterpulverschweißen, Schmelz- und Schutzgasschweißen, Elektroschlackeschweißen, Wolframlichtbogenschweißen usw. können zum Schweißen von perlitischem hitzebeständigem Stahl verwendet werden
Auswahl der Schweißmaterialien: Die Legierungszusammensetzung und die Festigkeitsleistung des Schweißmetalls bei Betriebstemperatur sollten mit den entsprechenden Indikatoren des Grundmetalls übereinstimmen oder die in den technischen Produktbedingungen vorgeschlagenen Mindestleistungsindikatoren erfüllen.
Die Kontrolle des Feuchtigkeitsgehalts von Schweißmaterialien ist eine der wichtigsten Maßnahmen zur Vermeidung von Schweißrissen, und die in perlitischem hitzebeständigem Stahl verwendeten Schweißstäbe und Flussmittel nehmen leicht Feuchtigkeit auf.
Vorwärmen und Nachbehandlung nach dem Schweißen
Die Dehydrierungsbehandlung nach der Hitze ist eine der wichtigen Maßnahmen zur Verhinderung von Kaltrissen
Schweißen von vergütetem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt
Zusammensetzung und Eigenschaften von moduliertem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt
Die Streckgrenze von moduliertem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt liegt über 880–1176 MPa
Die Hauptmerkmale von vergütetem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt sind eine hohe spezifische Festigkeit und hohe Härte (er kann beispielsweise als Raketenhüllen- und Panzerstahl usw. verwendet werden). Die Härtbarkeit von vergütetem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt ist viel höher aus vergütetem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und kann nach der Wärmebehandlung eine sehr hohe Festigkeit und Härte erreichen, aber eine relativ geringe Zähigkeit, was große Schwierigkeiten beim Schweißen mit sich bringt
Legierungssysteme für gehärtete Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt
40Cr
35CrMoA und 35CrMoVA
30CrMnSiA, 30CrMnSiNi2A und 40CrMnSiMoVA
40CrNiMoA und 34CrNi3MoA
Schweißbarkeitsanalyse von moduliertem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt
Thermische Risse in Schweißnähten
Vergüteter Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt hat einen hohen Kohlenstoffgehalt und einen hohen Legierungselementgehalt. Wenn die Schweißnaht erstarrt und kristallisiert, ist der Fest-Flüssigkeits-Temperaturbereich groß und die Tendenz zur Kristallisationsentmischung ist schwerwiegend. und es ist empfindlicher gegenüber heißen Rissen.
Es sollten möglichst Schweißmaterialien mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und geringen S- und P-Verunreinigungen verwendet werden
Härtbarkeit und Kaltrissbildung
Die Verhärtungsneigung von vergütetem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt ist sehr offensichtlich, und die harte und spröde Martensitstruktur neigt dazu, in der Schweißwärmeeinflusszone aufzutreten, was die Neigung zu Kaltrissen im Schweißverbindungsbereich erhöht.
Je höher der Kohlenstoffgehalt des Grundmetalls ist, desto größer ist die Härtbarkeit und desto größer ist die Neigung zur Bildung von Kaltrissen.
Versprödung und Erweichung der Wärmeeinflusszone
Versprödung in der Wärmeeinflusszone. Vergüteter Stahl weist aufgrund seines höheren Kohlenstoffgehalts und der höheren Legierungselemente eine erhebliche Härtungsneigung auf. Er hat eine niedrige martensitische Umwandlungstemperatur und keinen „Selbstvergütungsprozess“, sollte jedoch während dieser Zeit verwendet werden Beim Schweißen neigt die Wärmeeinflusszone dazu, eine große Menge an sprödem und hartem Martensitgefüge zu erzeugen, was zu einer Versprödung der Wärmeeinflusszone führt.
Die Wärmeeinflusszone wird erweicht, wenn ein Stahlwerkstoff, der sich vor dem Schweißen in einem vergüteten Zustand befindet, während des Schweißens über die Anlasstemperatur des vergüteten Stahls erhitzt wird geringere Festigkeit und Härte als das Grundmetall.
Schweißprozesseigenschaften von moduliertem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt
Schweißen im geglühten oder normalgeglühten Zustand
Vergüteter Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt wird am besten im geglühten oder normalisierten Zustand geschweißt. Nach dem Schweißen wird der gesamte Modulationsprozess verwendet, um eine Schweißverbindung mit zufriedenstellender Leistung zu erhalten.
Bei der Auswahl der Schweißmaterialien gibt es neben den Verarbeitungsanforderungen, um sicherzustellen, dass keine Heiß- und Kaltrisse entstehen, auch einige besondere Anforderungen, d. h. die Modulations- und Verarbeitungsspezifikationen des Schweißmetalls sollten mit denen des Grundmetalls übereinstimmen Stellen Sie sicher, dass die Verbindungsleistung nach der Modulation auch mit der des Grundmetalls übereinstimmt.
Beim Abschrecken und Anlassen nach dem Schweißen dient die Bestimmung der Schweißparameter hauptsächlich dazu, sicherzustellen, dass vor der Abschreck- und Anlassbehandlung keine Risse auftreten, und die Verbindungsleistung sicherzustellen Dies kann durch eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen gewährleistet werden. Daher können sehr hohe Vorwärmtemperaturen (200–350 °C) und Zwischenschichttemperaturen verwendet werden. Zusätzlich, In vielen Fällen ist es oft zu spät, unmittelbar nach dem Schweißen eine Vergütungsbehandlung durchzuführen, um sicherzustellen, dass die Schweißverbindung auf Raumtemperatur abgekühlt und an der Vergütungsstelle behandelt wird. Um Spätrisse vor dem Schweißen zu vermeiden, muss zeitnah nach dem Schweißen eine Zwischenwärmebehandlung durchgeführt werden. Diese Wärmebehandlung wird im Allgemeinen nach dem Schweißen für einen bestimmten Zeitraum auf oder über der Vorwärmtemperatur gehalten. Der Zweck besteht darin, zwei Aspekte zu erreichen: Verhindert verzögerte Risse: Erstens spielt es die Rolle der Diffusion und Entfernung von Wasserstoff; zweitens wandelt es die Struktur in eine Struktur mit geringer Empfindlichkeit gegenüber Kaltrissen um.
Bei lokaler Vorwärmung sollte der Vorwärmtemperaturbereich mindestens 100 mm von beiden Seiten der Schweißnaht entfernt sein. Wenn die Schweißnaht nicht rechtzeitig angelassen werden kann, sollte sie bei 680 °C angelassen werden.
Schweißen im vergüteten Zustand
Versprödung und Verhärtung, die durch Martensit mit hohem Kohlenstoffgehalt verursacht werden, können durch eine Anlassbehandlung nach dem Schweißen behoben werden
Um das Schweißen von Kaltrissen zu verhindern, können auch austenitische Elektroden mit guter Plastizität und Zähigkeit verwendet werden
Beim Schweißen, das in einem modulierten Zustand erfolgen muss, sollte die geringstmögliche Schweißwärmeeinbringung erfolgen
Schweißmethoden und Schweißmaterialien
Schweißmethode Zu den häufig verwendeten Schweißmethoden für vergüteten Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt gehören Lichtbogenschweißen, Schutzgasschweißen, Unterpulverschweißen usw. Mit Methoden wie dem gepulsten Argonlichtbogenschweißen, dem Plasmalichtbogenschweißen und dem Elektronenstrahlschweißen mit konzentrierter Hitze, Es ist von Vorteil, die Breite der Schweißwärmeeinflusszone zu verringern, eine feinkörnige Struktur zu erhalten und die mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung zu verbessern. Einige Verfahren zum Schweißen dünner Bleche verwenden meist Schutzgasschweißen, Wolframlichtbogenschweißen und Mikrostrahl-Plasmalichtbogenschweißen.
Schweißmaterialien Schweißmaterialien aus vergütetem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt sollten ein kohlenstoffarmes Legierungssystem verwenden, um den S- und P-Verunreinigungsgehalt des Schweißguts zu reduzieren, um die Zähigkeit, Plastizität und Festigkeit des Schweißguts sicherzustellen und die Rissbeständigkeit des Schweißguts zu verbessern. Bei Bauteilen, die nach dem Schweißen einer Wärmebehandlung bedürfen, sollte die chemische Zusammensetzung des Schweißguts der des Grundwerkstoffs ähneln. Schweißmaterialien sollten entsprechend den Belastungsbedingungen, Leistungsanforderungen und Wärmebehandlungsbedingungen der Schweißnaht nach dem Schweißen ausgewählt werden.
Vorwärmen und Wärmebehandlung nach dem Schweißen Das Vorwärmen und die Wärmebehandlung nach dem Schweißen sind wichtige Prozessmaßnahmen für vergüteten Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt. Ob vorgewärmt werden muss und wie hoch die Vorwärmtemperatur ist, hängt von der Struktur der Schweißverbindung und den Produktionsbedingungen ab. Abgesehen davon, dass es weniger restriktiv ist, Mit Ausnahme von dünnwandigen Schalen oder Schweißteilen mit einfacher Struktur, die kein Vorwärmen erfordern, müssen beim Schweißen von vergütetem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt im Allgemeinen Vorwärm- oder rechtzeitige Nachwärmmaßnahmen ergriffen werden. Die Vorwärmtemperatur beträgt im Allgemeinen 200 bis 350 °C.
Schweißen von vergütetem und vergütetem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
Arten, Zusammensetzung und Eigenschaften von kohlenstoffarmem Vergütungsstahl
Im Allgemeinen ist die Wirkung von Legierungselementen auf die Plastizität und Zähigkeit von Stahl entgegengesetzt zu seiner verstärkenden Wirkung.
Nachdem der Stahl abgeschreckt wurde, wird er unabhängig davon, ob er bei hoher Temperatur oder bei niedriger Temperatur angelassen wurde, als „vergüteter Stahl“ bezeichnet. Der durch „Abschrecken und Anlassen“ wärmebehandelte Stahl wird als „vergüteter Stahl“ bezeichnet.
Kohlenstoffarmer Stahl (Massenanteil an Kohlenstoff beträgt nicht mehr als 0,22 %).
Hochfester Baustahl (Rm=600~800MPa) wird hauptsächlich in der Konstruktion von Schweißkonstruktionen verwendet. Schweißnähte und Schweißbereiche tragen meist Zugbelastungen.
Hochfester verschleißfester Stahl (Rm≥1000 MPa) wird hauptsächlich für hochfeste verschleißfeste technische Strukturen und Teile verwendet, die Schlag- und Verschleißfestigkeit standhalten müssen.
Hochfester und hochzäher Stahl (Rm≥700MPa, diese Art von Stahl erfordert gleichzeitig eine hohe Festigkeit und hohe Zähigkeit und wird hauptsächlich für hochfeste und hochzähe Schweißkonstruktionen verwendet)
Schweißbarkeitsanalyse von moduliertem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
Der Massenanteil von vergütetem Kohlenstoffstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt überschreitet nicht 0,18 %, und die Schweißleistung ist viel besser als die von vergütetem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt.
Die Anpassung von Schweißnahtfestigkeit und Zähigkeit (Anpassungskoeffizient der Schweißnahtfestigkeit S=(Rm)w/(Rm)b) ist einer der Parameter, die die mechanische Heterogenität der Verbindung charakterisieren.
Wenn (Rm)w/(Rm)b>1, spricht man von einem „superstarken Match“.
Wenn (Rm)w/(Rm)b=1, spricht man von „gleichstarker Übereinstimmung“.
Wenn (Rm)w/(Rm)b<1, spricht man von „Niedrigfestigkeitsanpassung“.
kalter Riss
Das Legierungsprinzip von moduliertem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt basiert auf der Zugabe einer Vielzahl von Legierungselementen zur Verbesserung der Härtbarkeit, um eine hohe Festigkeit und gute Zähigkeit, kohlenstoffarmen „selbstvergütenden“ Martensit und einen Teil von niedrigerem Bainit zu gewährleisten
Heißknacken und Wiedererhitzungsknacken
Einfluss der chemischen Zusammensetzung: Der C-Gehalt ist niedrig, der Mn-Gehalt ist hoch und der Gehalt an S, Die Kontrolle von P ist ebenfalls strenger, sodass die Tendenz zur Heißrissbildung geringer ist. Allerdings weisen Stahlsorten mit hohem Ni- und niedrigem Mn-Gehalt eine gewisse Empfindlichkeit gegenüber Heißrissen auf. Es ist mit C, Mn/S und N verwandt und entsteht hauptsächlich im überhitzten Bereich der Wärmeeinflusszone. Sogenannte Verflüssigungsrisse.
Je größer der Schweißwärmeeintrag ist, desto gröber sind die Körner in der Wärmeeinflusszone und desto größer ist das Aufschmelzen der Korngrenzen. Im Ernst: Je länger die flüssige intergranulare Schicht zwischen den Kristallkörnern existiert, desto flüssiger ist sie Je größer die Neigung zur Rissbildung. Um das Auftreten von Verflüssigungsrissen zu verhindern, sollte im Prozess auf eine geringe Wärmezufuhr und -kontrolle geachtet werden. Kontrollieren Sie die Form des Schmelzbades und reduzieren Sie die Konkavität der Schmelzzone
V hat den größten Einfluss auf die Wiedererhitzungsrissbildung, gefolgt von Mo. Wenn V und Mo gleich sind Es wird empfindlicher sein, wenn es hinzugefügt wird. Der Einfluss von Cr hängt vom Inhalt ab (1 %).
Leistungsänderungen der Wärmeeinflusszone
Mikrostruktureigenschaften der Wärmeeinflusszone von vergütetem Stahl
Versprödung der Wärmeeinflusszone
Wenn t8/5 unter der Wirkung des Schweißwärmezyklus weiter ansteigt, neigt die überhitzte Zone der Wärmeeinflusszone von moduliertem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zur Versprödung, d. h. die Schlagzähigkeit wird erheblich verringert.
Ursache der Versprödung in der Wärmeeinflusszone ist nicht nur die Vergröberung der Austenitkörner, sondern auch die Bildung von Oberbainit und M-A-Anteilen.
Erweichung der Wärmeeinflusszone
Die Spitzentemperatur der Wärmeeinflusszone von moduliertem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ist höher als die Anlasstemperatur des Grundmetalls auf Ac1, und es kommt zu einer Erweichung (Festigkeit und Härte werden verringert).
Schweißprozesseigenschaften von moduliertem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
1. Es ist erforderlich, dass die Abkühlgeschwindigkeit während der Martensitumwandlung nicht zu schnell ist, damit der Martensit eine selbstvergütende Wirkung hat, um das Auftreten von Kaltrissen zu verhindern. 2. Die Abkühlgeschwindigkeit zwischen 800 und 500 °C muss größer sein als die kritische Geschwindigkeit zur Erzeugung einer spröden Mischstruktur.
Schweißverfahren und Auswahl der Schweißmaterialien
Risse verhindern
Bei gleichzeitiger Sicherstellung hoher Festigkeitsanforderungen wird die Zähigkeit des Schweißgutes und der Wärmeeinflusszone verbessert.
Im Allgemeinen werden automatisierte oder halbautomatische mechanisierte Schweißverfahren wie das Metallschutzgasschweißen oder das Aktivgaslichtbogenschweißen verwendet.
Auswahl der Schweißparameter
Bestimmung der Schweißwärmeeinbringung
Die Ermittlung des Schweißwärmeeintrags E orientiert sich an den Anforderungen an Rissfestigkeit und Zähigkeit der Wärmeeinflusszone.
Bei niedriglegiertem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt hat sich durch Erhöhung der Abkühlgeschwindigkeit (Reduzierung der Wärmezufuhr) Martensit mit niedrigem Kohlenstoffgehalt gebildet, was sich positiv auf die Gewährleistung der Zähigkeit auswirkt.
Vorwärmtemperatur und Wärmebehandlung nach dem Schweißen
Der Zweck des Vorwärmens besteht darin, die Abkühlgeschwindigkeit während der Martensitumwandlung zu reduzieren und die Rissbeständigkeit durch den „selbstvergütenden“ Effekt des Martensits zu verbessern.
Schweißkonstruktionen aus vergütetem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt werden im Allgemeinen im geschweißten Zustand verwendet, und unter normalen Umständen wird keine Wärmebehandlung nach dem Schweißen durchgeführt. Sofern die Festigkeit und Zähigkeit der Verbindungsstelle nach dem Schweißen nicht zu gering ist, Eine Wärmenachbehandlung nach dem Schweißen wird nur dann durchgeführt, wenn die Schweißkonstruktion stark beansprucht wird oder Spannungskorrosion ausgesetzt ist und erfordert eine hochpräzise Bearbeitung nach dem Schweißen, um die Strukturabmessungen sicherzustellen.
Mechanische Eigenschaften von Schweißverbindungen aus vergütetem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
Die für das Schweißgut von kohlenstoffarm modifiziertem Stahl schädlichen Versprödungselemente sind S, P, N, O und H, die eingeschränkt werden müssen.