Wondershare EdrawMind
Галерея диаграмм связей Интеллектуальная карта конструкций из сплавов в области машиностроения и сварки
- 4
Интеллектуальная карта конструкций из сплавов в области машиностроения и сварки
Это интеллект-карта о машиностроении, сварке легированных конструкций, включающая классификацию и свойства легированных конструкционных сталей, сварку горячекатаной, нормализованной и контролируемой стали и т. д.
Отредактировано в 2023-12-01 15:14:13
Интеллектуальная карта конструкций из сплавов в области машиностроения и сварки
- Рекомендовано вам
- Структура
Сварка конструкций из сплавов
Классификация и свойства легированных конструкционных сталей
Классификация легированных конструкционных сталей
Прочная сталь
Состояние закалки пресса
незакаленная и отпущенная сталь
Горячекатаная сталь (предел текучести 295~390МПа)
нормализованная сталь
контролируемая прокатка стали
Закаленная и отпущенная сталь (QT)
В зависимости от класса предела текучести и состояния термической обработки стали.
Сталь горячекатаная и контролируемая, нормализованная и контролируемая
Он широко используется в некоторых напряженных конструкциях, работающих при комнатной температуре, таких как сосуды под давлением, энергетическое оборудование, строительная техника, мосты, строительные конструкции и трубопроводы и т. д.
Низкоуглеродистая закаленная и отпущенная сталь
Содержание углерода низкое (обычно массовая доля углерода составляет менее 0,22%), что обеспечивает высокую прочность, хорошую пластичность и вязкость. Его можно сваривать непосредственно в закаленном и отпущенном состоянии, и он не требует закалки и отпуска. после сварки.
Используется в крупном машиностроении, сосудах под давлением, судостроении и т. д.
Среднеуглеродистая закаленная и отпущенная сталь
Он имеет высокое содержание углерода (массовая доля углерода составляет 0,25–0,5%) и представляет собой термообработанную упрочненную сталь. Прокаливаемость значительно выше, чем у низкоуглеродистой закаленной и отпущенной стали. Она обладает высокой твердостью и прочностью, но вязкость ее сравнительно невысока, что доставляет большие трудности при сварке.
Используется для изделий или компонентов с высокими требованиями к прочности, таких как корпуса ракетных двигателей, шасси самолетов и т. д.
Специальная низко- и среднелегированная сталь
В основном используется для механических деталей и инженерных конструкций, работающих в определенных условиях.
Перлитная жаропрочная сталь
Низко- и среднелегированные стали на основе Cr и Mo при повышении рабочей температуры Для улучшения прочности также можно добавлять V, W, Nb, B и другие легирующие элементы, чтобы улучшить жаропрочность и свойства высокотемпературного окисления.
В основном используется для высокотемпературного оборудования с рабочей температурой 500-600 ℃, такого как теплоэнергетическое оборудование, химическое оборудование и т. д.
низкотемпературная сталь
Большинство низкотемпературных сталей представляют собой низколегированные стали, содержащие Ni или не содержащие Mi, которые обычно используются в нормализованном или закаленном и отпущенном состояниях.
В основном используется в различных низкотемпературных устройствах (-40 ~ -196 ℃) и некоторых инженерных конструкциях в суровых холодных регионах, таких как сжиженная нефть. Газ, контейнеры для хранения природного газа и т. д. По сравнению с обычной низколегированной сталью, низкотемпературная сталь должна обеспечивать достаточную Высокая низкотемпературная вязкость, особых требований к прочности нет.
Низколегированная коррозионностойкая сталь
Помимо общих механических свойств, к нему также должны предъявляться особые требования по устойчивости к коррозии.
Этот тип стали в основном используется для различного механического оборудования и оборудования, работающего в гнилых средах, таких как атмосфера, морская вода, нефтехимическая промышленность и т. д. Сварная конструкция. Из-за различных сред типы и составы коррозионностойкой стали также различаются. Наиболее широко используемой коррозионностойкой сталью является сталь, устойчивая к коррозии в атмосфере и морской воде.
краткое содержание
Основные свойства легированной конструкционной стали
химический состав
Химический состав низкоуглеродистой стали: Wc=0,10%~0,25%, Wsi≤0,3%, ВМн=0,5%~0,8% Элементы, добавляемые в низколегированную сталь: Mn.Si.Cr, Ni, Mo, V, Nb, Б. Ку
Суммарная массовая доля легирующих элементов в низко- и среднелегированных сталях, применяемых для сварных конструкций, обычно не превышает 10 %.
Комплексное влияние различных элементов на температуру нижней критической точки A₁ (℃) легированной конструкционной стали можно выразить следующей формулой: A₁=720 28WSi 5WCr 6WCo 3WTi-5WMn-10WNi-3WV
когда он растворяется В легированных конструкционных сталях азот широко используется в качестве легирующего элемента. Азот играет в стали ту же роль, что и углерод; В железе зона Y будет расширена. Азот может образовывать стабильные нитриды с другими легирующими элементами в стали. Дисперсное распределение частиц позволяет измельчить зерна и улучшить предел текучести и устойчивость стали к хрупкому разрушению. Действие азота зависит от его содержания Количество также зависит от типа и количества других легирующих элементов, присутствующих в стали.
Кроме того, добавляются некоторые легирующие элементы, такие как Mn, Cr, Ni, Mo, V, Nb, B, Cu и т. д., главным образом для улучшения Прокаливаемость стали и отпускная устойчивость мартенсита. Эти элементы могут задерживать трансформацию перлита и бейнита, приводящую к образованию мартенсита. Критическая скорость охлаждения для объемной трансформации снижается.
Механические свойства
Чем выше прочность легированной конструкционной стали, тем меньше разница между пределом текучести и пределом прочности. Отношение предела текучести к пределу прочности называется коэффициентом текучести.
Прочность надреза является показателем устойчивости материала к хрупкому разрушению.
Поглощенная энергия может отражать переходное явление резких изменений ударной вязкости в определенном температурном диапазоне.
Микроструктура
По различным структурным характеристикам зоны термического влияния зону сварного термического влияния низколегированной стали со склонностью к незакаливаемости подразделяют на зону плавления, крупнозернистую зону, мелкозернистую зону, зону неполной рекристаллизации и зону отпуска. зона.
Микроструктура в зоне термического влияния низколегированной стали в основном представляет собой низкоуглеродистый мартенсит, бейнит, компонент М-А и перлитоподобную структуру, что приводит к различной твердости, прочностным свойствам, пластичности и ударной вязкости.
Сварка горячекатаного, нормализованного и контролируемого проката.
Состав и свойства горячекатаного, нормализованного и контролируемого проката.
горячекатаная сталь
К горячекатаным сталям относится обыкновенная низколегированная сталь с пределом текучести от 295 до 390 МПа. Этот тип стали обеспечивает прочность стали за счет твердорастворного упрочнения легирующими элементами, такими как Mn и Si, на основе Wc ≤ 0,2 %. . , который относится к стали серии C-Mn или Mn-Si, также можно добавлять V и Nb для достижения измельчения зерна и дисперсионного упрочнения.
Горячекатаная сталь обычно представляет собой мелкозернистую ферритную и перлитную сталь, раскисленную алюминием, которая обычно используется в горячекатаном состоянии.
нормализованная сталь
Нормализация стали основана на упрочнении твердого раствора, добавлении некоторых элементов, образующих соединения углерода и азота (таких как V, Nb, Ti и Mo и т. д.), для упрочнения и измельчения зерен за счет выделения, дальнейшего улучшения прочности стали и обеспечения ударной вязкости. .
В нормализованном состоянии используются в основном стали, содержащие V, Nb, Ti, такие как Q390, Q345 и т. д. Основной особенностью является высокий коэффициент текучести.
Мосодержащие стали, используемые в условиях нормализации и отпуска, например 14 MnMoV, 18MnMoNb и т. д.
Сталь Z-направления, устойчивая к пластинчатому раздиру, предел текучести Rm≥343 МПа.
Микросплавная контролируемая прокатная сталь
Стали, в которые добавляют микроэлементы с массовой долей около 0,1%, оказывающие существенное или особое влияние на структурные свойства стали, называют микролегированными сталями.
Он использует такие технологии, как микролегирование (добавление следовых количеств Nb, V, Ti) и контролируемую прокатку для достижения сочетания измельчения зерна и дисперсионного упрочнения.
Контролируемая прокатная сталь обладает такими преимуществами, как высокая прочность, высокая вязкость и хорошая свариваемость.
Основная проблема при сварке трубопроводной стали с контролируемой прокаткой заключается в том, что размер зерен в зоне перегрева является крупным, что снижает ударную вязкость. Мероприятия по усовершенствованию заключаются в добавлении в сталь дисперсионно-упрочняющих элементов (образующих TiO₂, TiN) для предотвращения зерен. рост, а также оптимизировать сварочный процесс и технические характеристики.
Сварочные свойства горячекатаного, нормализованного и контролируемого проката.
Холодные трещины и влияющие факторы
углеродный эквивалент
Тенденция к закалке (для любой стали с большой тенденцией к закалке кривая перехода к непрерывному охлаждению сместится вправо)
Углеродный эквивалент горячекатаной стали с пределом текучести 295-390 МПа обычно меньше 0,4%, хорошая свариваемость, за исключением случаев, когда стальная пластина очень толстая и температура окружающей среды очень низкая. Кроме того, как правило, не требуется предварительный нагрев и строгий контроль тепловложения при сварке.
Нормализованная сталь с пределом текучести 420–490 МПа, такая как Q420, имеет тенденцию к затвердеванию. По мере увеличения толщины пластины необходимо принимать определенные меры по предварительному нагреву.
Ceq 18MnMoNb превышает 0,5%, а чувствительность к холодному растрескиванию велика, что Чтобы избежать возникновения холодных трещин, необходимо принять более строгие технологические меры, такие как строгие Контролируйте тепловложение, предварительный нагрев, послесварочную термообработку и т. д.
Снижение скорости охлаждения полезно для снижения прокаливаемости зоны термического влияния и максимальной твердости зоны термического влияния, а также может уменьшить склонность к образованию холодных трещин.
Существует прямая зависимость между максимальной твердостью зоны термического влияния и вероятностью появления трещин под швом.
Термическое растрескивание и устранение трещин под напряжением
Горячие трещины в сварных швах в основном связаны с высоким содержанием или сильной сегрегацией C, S, P и других элементов в горячекатаной и нормализованной стали.
Трещины перегрева обычно возникают в крупнозернистой зоне зоны термического влияния.
Структура и вязкость сварных швов из незакаленной и отпущенной стали.
Прочность — это свойство, характеризующее легкость металла в образовании и распространении хрупких трещин.
Прочность сварного шва зависит от соотношения игольчатых ферритных (AF) и доэвтектоидных (PF) ферритных структур.
Коэффициент текучести металлов сварного шва, в которых преобладает игольчатая ферритная структура, обычно превышает 0,8. Отношение текучести к прочности металлов шва, в которых преобладает доэвтектоидная ферритная структура, обычно не превышает 0,8. При наличии в металле шва верхнего бейнита коэффициент текучести составляет менее 0,7.
Охрупчивание зоны термического влияния
Охрупчивание крупнозернистой области: Перегретая зона зоны термического влияния, нагретая до температуры выше 1200°C, может вызвать охрупчивание крупнозернистой области, и ударная вязкость будет значительно снижена.
Использование небольшого погонного тепла при сварке является эффективной мерой предотвращения охрупчивания в таких горячих зонах.
Термическое деформационное охрупчивание: возникает в зоне сварочного сплавления и подкритической зоне термического влияния, где максимальная температура нагрева ниже AC1.
Ламеллярный разрыв (особая форма трещины, которая в основном возникает в конструкциях из толстых листов, требующих проникновения угловых или Т-образных соединений)
Возникновение пластинчатого разрыва не ограничивается типом и уровнем прочности стали. Учитывая силу сцепления в направлении z, пластинчатый разрыв тесно связан с пластиной. Это связано с толщиной. Как правило, разрыв пластин не происходит, если толщина пластины менее 16 мм.
От природы стали это главным образом зависит от качества рафинирования. В стали концентрируются чешуйчатые сульфиды и слоистые силикаты или большое количество чешуек. Оксидные включения в одной плоскости снижают пластичность в направлении Z, приводя к разрыву пластинок, среди которых наиболее серьезное воздействие оказывают пластинчатые сульфиды.
Содержание серы и усадка площади в направлении Z являются основными показателями для оценки чувствительности стали к пластинчатому раздиру.
Разумно выбирайте стальные материалы с низкой чувствительностью к пластинчатому разрыву и улучшайте формы соединений, чтобы уменьшить напряжение и деформацию стальной пластины в направлении Z. При условии соблюдения требований к использованию продукта следует выбирать сварочные материалы с более низким уровнем прочности и принимать вспомогательные меры, такие как предварительный нагрев и восстановление водорода. Помогает предотвратить возникновение пластинчатых разрывов.
Процессы сварки горячекатаного, нормализованного и контролируемого проката
Нарезка канавок, сборка и прихваточная сварка
Обработка канавок может выполняться путем механической обработки, которая имеет высокую точность обработки, или может использоваться газовая резка или строжка угольной дугой.
Монтажный зазор свариваемых деталей не должен быть слишком большим, и следует избегать сильной сборки, насколько это возможно, чтобы уменьшить сварочное напряжение.
Выбор сварочных материалов
1. Не должно быть дефектов сварки, таких как трещины. 2. Соответствует эксплуатационным требованиям.
Выберите соответствующую марку сварочных материалов, соответствующую механическим свойствам основного металла.
Также учтите влияние степени плавления и скорости охлаждения.
Учитывайте влияние послесварочной термообработки на механические свойства сварного шва.
Определение параметров сварки
Сварочное тепловложение (в зависимости от того, возникает ли в зоне соединения холодное растрескивание и охрупчивание зоны термического влияния)
Сварочный пруток для дуговой сварки подходит для сварки швов различной неправильной формы и различных положений сварки.
Автоматическая сварка, горячая прокатка и нормализация стали. Распространенными методами автоматической сварки являются сварка под флюсом, электрошлаковая сварка, сварка в среде углекислого газа и т. д.
Аргонодуговая сварка, используемая для нижней сварки некоторых важных многослойных сварных швов из низколегированной стали, сварки нижней части трубопровода или сварки трубных пластин для обеспечения качества сварки в корне сварного шва.
Предварительный нагрев и термообработка после сварки (цель в основном состоит в том, чтобы предотвратить появление трещин, а также в определенной степени улучшить структуру и характеристики)
Предварительный нагрев, температура предварительного нагрева зависит от таких факторов, как прокаливаемость, толщина пластины, прочность и содержание водорода в стали.
Термическая обработка после сварки
Не превышайте первоначальную температуру отпуска основного материала, чтобы не повлиять на характеристики самого основного материала.
Для материалов с отпускной хрупкостью избегайте температурного диапазона, в котором возникает отпускная хрупкость.
Механические свойства сварных соединений
Сварка перлитной жаропрочной стали
Перлитная жаростойкая сталь состоит в основном из многокомпонентных легированных сталей на основе Cr-Mo и Gr-Mo с добавлением легирующих элементов Cr, Mo, V, а иногда и в небольшом количестве W, Ti, Nb, B и т. д. Суммарная массовая доля легирующих элементов менее 10 %.
Состав и свойства перлитной жаропрочной стали.
Массовая доля Cr в перлитной жаростойкой стали обычно составляет 0,5–9%, а массовая доля M0 обычно составляет 0,5–1%. С увеличением содержания Cr и Mo также повышаются стойкость стали к окислению, жаропрочность и стойкость к сульфидной коррозии.
Укрепление матрицы твердым раствором: добавление легирующих элементов для укрепления ферритной матрицы. Могут использоваться такие часто используемые элементы, как Cr, Mo, W и Nb. Для улучшения термической прочности. Среди них эффект упрочнения твердого раствора Mo и W является наиболее значительным. Эффект упрочнения Cr очень значителен уже при WCr=1%. Очевидно, что эффект укрепления от дальнейшего увеличения содержания Cr не является значительным, но длительную прочность можно улучшить.
Вторая фаза дисперсионного упрочнения. В жаропрочной стали с ферритом в качестве матрицы фазой упрочнения в основном является карбид сплава (V4C3). Или VC, NbC, TiC и т. д.). Эффект упрочнения осаждения может поддерживаться до 0,7TM (TM — температура плавления), а эффект упрочнения твердого раствора составляет 0,6ТМ, вышеуказанное существенно ослаблено. Однако тип, форма и дисперсия карбида оказывают большое влияние на термическую прочность. Среди них - объемноцентрированный кубический кристалл. Карбиды такой системы, как V4C3, NbC, TiC и др., являются наиболее эффективными; Mo2C оказывает определенное упрочняющее действие при температуре ниже 520°C; Cr7C3 и Cr23C6. Он чрезвычайно нестабилен при температуре около 540 ℃ и легко агрегируется.
Упрочнение границ зерен добавляет микроэлементы (RE, B, Ti B и т. д.), которые могут адсорбироваться на границах зерен и задерживать легирующие элементы вдоль зерна. диффузия границ зерен, тем самым укрепляя границы зерен
Анализ свариваемости перлитной жаропрочной стали
Упрочнение зоны термического влияния и холодное растрескивание
Холодные трещины могут возникать при сварке перлитных жаропрочных сталей с высокой прокаливаемостью. Склонность к образованию трещин обычно увеличивается с увеличением содержания Cr и Mo в стали.
К факторам, влияющим на возникновение холодных трещин при сварке жаропрочных сталей, относятся прокаливаемость стали (структурные факторы), содержание диффузионного водорода в сварном шве и степень зажатости соединения (напряженное состояние).
разогреть трещину
Трещины перегрева в перлитной жаропрочной стали возникают в крупнозернистой зоне околошовной зоны сварки, что связано с процессом сварки и сварочными остаточными напряжениями.
Меры профилактики растрескивания при повторном нагреве
Используйте сварочные материалы с более высокой высокотемпературной пластичностью, чем у основного металла, и ограничивайте состав сплава основного металла и сварочных материалов, особенно Строго ограничить содержание V, Ti, Nb и других легирующих элементов до минимального уровня.
отпускная хрупкость в зоне термического влияния
Хрупкость хромомолибденовой жаростойкой стали и ее сварных соединений возникает при длительной эксплуатации в диапазоне температур от 300 до 500°С, что называется отпускной хрупкостью.
Характеристики антиотпускной хрупкости стали 2,25Cr-1Mo
Хрупок он или нет, можно сравнить, сравнивая изменения температуры пластично-хрупкого перехода при ударном испытании до и после отпуска.
Низколегированная сталь, содержащая примесные элементы, такие как P, Sb, Sn, As и т. д., легко повреждается при длительном нагреве в диапазоне температур 375~575℃. Происходит охрупчивание. Ударное разрушение охрупченного образца начинается от границы исходного зерна аустенита. Охрупченную сталь нагревают до определенной температуры, чтобы включено, устойчивость может быть восстановлена
Помимо указанных выше примесных элементов, интенсификацией охрупчивания также способствуют Mn, Si, Cr и Ni, а Mo и W могут задерживать процесс охрупчивания.
Для сталей одного и того же химического состава степень охрупчивания снижается при различных структурах в следующем порядке: мартенсит, бейнит. Перлит. Если аустенитные зерна крупные, степень охрупчивания также будет выше.
Особенности процесса сварки перлитной жаропрочной стали
Распространенные методы сварки и сварочные материалы.
Способы сварки: электродуговая сварка, сварка под флюсом, сварка плавлением и в защитных газах, электрошлаковая сварка, вольфрамо-дуговая сварка и др. Для сварки перлитных жаропрочных сталей могут быть использованы
Выбор сварочных материалов: Состав сплава и прочностные показатели металла шва при рабочей температуре должны соответствовать соответствующим показателям основного металла или соответствовать минимальным эксплуатационным показателям, предложенным техническими условиями на изделие.
Контроль влажности сварочных материалов является одной из основных мер по предотвращению сварочных трещин, а сварочные прутки и флюсы, используемые в перлитных жаропрочных сталях, легко впитывают влагу.
Предварительный нагрев и послесварочная обработка
Постотермическая дегидрирующая обработка является одной из важных мер по предотвращению холодного растрескивания.
Сварка среднеуглеродистой закаленной и отпущенной стали
Состав и свойства среднеуглеродистой модулированной стали
Предел текучести модулированной стали со средним содержанием углерода составляет более 880 ~ 1176 МПа.
Основными характеристиками среднеуглеродистой закаленной и отпущенной стали являются высокая удельная прочность и высокая твердость (например, ее можно использовать в качестве ракетно-корпусной, броневой стали и т. д.). Прокаливаемость среднеуглеродистой закаленной и отпущенной стали значительно выше, чем у среднеуглеродистой закаленной и отпущенной стали. из низкоуглеродистой закаленной и отпущенной стали, и после термообработки она может достигать очень высокого значения прочности и твердости, но относительно низкой вязкости, что создает большие трудности при сварке.
Системы сплавов для среднеуглеродистых закаленных сталей
40Кр
35CrMoA и 35CrMoVA
30CrMnSiA, 30CrMnSiNi2A и 40CrMnSiMoVA
40CrNiMoA и 34CrNi3MoA
Анализ свариваемости среднеуглеродистой модулированной стали
Термические трещины в сварных швах
Среднеуглеродистая закаленная и отпущенная сталь имеет высокое содержание углерода и легирующих элементов. Когда сварной шов затвердевает и кристаллизуется, диапазон температур твердой и жидкой фаз велик, и во время сварки наблюдается серьезная тенденция к сегрегации кристаллизации. и он имеет большую чувствительность к горячим трещинам.
В максимально возможной степени следует использовать сварочные материалы с низким содержанием углерода и низким содержанием примесей S и P.
Прокаливаемость и холодное растрескивание
Склонность к упрочнению среднеуглеродистой закаленной и отпущенной стали весьма очевидна, а в зоне термического влияния сварки склонна появляться твердая и хрупкая мартенситная структура, что увеличивает склонность к образованию холодных трещин в зоне сварного соединения.
Чем выше содержание углерода в основном металле, тем выше прокаливаемость и выше склонность к образованию холодных трещин при сварке.
Охрупчивание и размягчение зоны термического воздействия
Охрупчивание в зоне термического влияния. Среднеуглеродистая закаленная и отпущенная сталь имеет значительную тенденцию к закалке из-за более высокого содержания углерода и большего количества легирующих элементов. Она имеет низкую температуру мартенситного превращения и не требует процесса «самотпуска», но ее следует использовать во время. сварка Зона термического влияния склонна к образованию большого количества хрупкой и твердой мартенситной структуры, что приводит к охрупчиванию зоны термического влияния.
Зона термического влияния размягчается. Когда стальной материал, находящийся в закаленном и отпущенном состоянии перед сваркой, нагревается выше температуры отпуска закаленной и отпущенной стали во время сварки, в зоне термического влияния при сварке появляется размягченная зона. меньшая прочность и твердость, чем у основного металла.
Характеристики процесса сварки среднеуглеродистой модулированной стали
Сварка в отожженном или нормализованном состоянии
Среднеуглеродистую закаленную и отпущенную сталь лучше всего сваривать в отожженном или нормализованном состоянии. После сварки используется общий процесс модуляции для получения сварного соединения с удовлетворительными характеристиками.
При выборе сварочных материалов помимо требований к обработке, обеспечивающих отсутствие горячих и холодных трещин, существуют также некоторые специальные требования, то есть характеристики модуляции и обработки металла сварного шва должны соответствовать характеристикам основного металла, чтобы обеспечить убедитесь, что характеристики соединения после модуляции такие же, как у основного металла.
В случае послесварочной закалки и отпуска определение параметров сварки в основном направлено на то, чтобы гарантировать отсутствие растрескивания перед закалкой и отпуском, а также на рабочие характеристики соединения. Это может быть гарантировано термообработкой после сварки. Поэтому можно использовать очень высокую температуру предварительного нагрева (200–350 ℃) и межслойную температуру. кроме того, Во многих случаях зачастую бывает слишком поздно проводить закалку и отпуск сразу после сварки, чтобы обеспечить охлаждение сварного соединения до комнатной температуры и обработку в месте закалки и отпуска. Во избежание замедленного образования трещин перед сваркой сразу после сварки необходимо провести промежуточную термообработку. Эта термообработка обычно поддерживается в течение определенного периода времени при температуре предварительного нагрева после сварки. Целью является достижение двух аспектов: Предотвращает замедленное образование трещин: во-первых, играет роль диффузии и удаления водорода, во-вторых, превращает структуру в структуру с низкой чувствительностью к холодному растрескиванию;
При использовании локального предварительного подогрева диапазон температур предварительного подогрева должен быть не менее 100 мм с обеих сторон шва. Если сварной шов не может быть подвергнут своевременному отпуску, его следует провести при температуре 680°С.
Сварка в закаленном и отпущенном состоянии
Охрупчивание и закалка, вызванные высокоуглеродистым мартенситом, можно устранить путем отпуска после сварки.
Для предотвращения образования холодных трещин при сварке также можно использовать аустенитные электроды с хорошей пластичностью и вязкостью.
Для сварки, которая должна находиться в модулированном состоянии, следует использовать наименьшее возможное сварочное тепловложение.
Способы сварки и сварочные материалы
Метод сварки Обычно используемые методы сварки среднеуглеродистой закаленной и отпущенной стали включают дуговую сварку, сварку в защитных газах, дуговую сварку под флюсом и т. д. Используя такие методы, как импульсная аргонодуговая сварка, плазменная дуговая сварка и электронно-лучевая сварка концентрированным теплом, Выгодно уменьшить ширину зоны термического влияния при сварке, получить мелкозернистую структуру, улучшить механические свойства сварного соединения. Некоторые методы сварки тонких листов в основном используют сварку в защитном газе, вольфрамовую дуговую сварку и плазменно-дуговую микролучевую сварку.
Сварочные материалы В сварочных материалах для закаленной и отпущенной стали со средним содержанием углерода следует использовать систему низкоуглеродистых сплавов, чтобы снизить содержание примесей S и P в металле сварного шва, чтобы обеспечить ударную вязкость, пластичность и прочность металла сварного шва, а также улучшить стойкость металла сварного шва к растрескиванию. Для деталей, требующих термической обработки после сварки, химический состав металла шва должен быть аналогичен составу основного металла. Сварочные материалы следует выбирать в соответствии с условиями напряжения, эксплуатационными требованиями и условиями термообработки шва после сварки.
Предварительный нагрев и послесварочная термообработка Предварительный нагрев и послесварочная термообработка являются важными технологическими мероприятиями для среднеуглеродистой закаленной и отпущенной стали. Необходимость предварительного подогрева и уровень температуры предварительного подогрева зависят от структуры сварного изделия и условий производства. Помимо того, что они менее ограничительны, За исключением тонкостенных корпусов или сварных конструкций простой конструкции, которые не требуют предварительного нагрева, как правило, при сварке среднеуглеродистой закаленной и отпущенной стали необходимо принимать меры по предварительному нагреву или своевременному последующему нагреву. Температура предварительного нагрева обычно составляет 200 ~ 350 ℃.
Сварка низкоуглеродистой закаленной и отпущенной стали
Виды, состав и свойства низкоуглеродистой закаленной стали
Вообще говоря, влияние легирующих элементов на пластичность и вязкость стали противоположно ее упрочняющему эффекту.
После закалки стали, независимо от того, отпущена ли она при высокой температуре или отпущена при низкой температуре, ее называют «закаленной и отпущенной». Сталь, подвергнутая термической обработке путем «закалки и отпуска», называется «закаленной и отпущенной сталью».
Низкоуглеродистая сталь (массовая доля углерода не более 0,22%)
Высокопрочная конструкционная сталь (Rm=600~800МПа) применяется в основном в инженерных сварных конструкциях. Сварные швы и участки сварки в основном несут растягивающие нагрузки.
Высокопрочная износостойкая сталь (Rm≥1000МПа) в основном применяется для изготовления высокопрочных износостойких инженерных конструкций и деталей, от которых требуется устойчивость к ударам и износу.
Высокопрочная и высоковязкая сталь (Rm≥700МПа, эта сталь требует одновременно высокой прочности и высокой ударной вязкости и в основном используется для высокопрочных и высоковязких сварных конструкций)
Анализ свариваемости низкоуглеродистой модулированной стали
Массовая доля низкоуглеродистой закаленной и отпущенной углеродистой стали не превышает 0,18%, а сварочные характеристики значительно лучше, чем у среднеуглеродистой закаленной и отпущенной стали.
Соответствие прочности и вязкости сварного шва (коэффициент соответствия прочности сварного шва S=(Rm)w/(Rm)b) является одним из параметров, характеризующих механическую неоднородность соединения.
Когда (Rm)w/(Rm)b>1, это называется «сверхсильным совпадением».
Когда (Rm)w/(Rm)b=1, это называется «одинаково сильным паросочетанием».
Когда (Rm)w/(Rm)b<1, это называется «сопоставлением низкой силы».
холодная трещина
Принцип легирования низкоуглеродистой модулированной стали основан на низкоуглеродистом добавлении различных легирующих элементов для улучшения прокаливаемости и обеспечения высокой прочности и хорошей ударной вязкости низкоуглеродистого «самотпускающегося» мартенсита и части нижнего бейнита смешанной ткани.
Горячее крекинг и крекинг с повторным нагревом
Влияние химического состава: содержание C низкое, содержание Mn высокое, содержание S, Контроль P также более строгий, поэтому склонность к горячему растрескиванию меньше. Однако марки стали с высоким содержанием Ni и низким содержанием Mn имеют определенную чувствительность к горячему растрескиванию. Он связан с C, Mn/S и N и в основном образуется в перегретой зоне зоны термического влияния. Называются трещины разжижения.
Чем больше погонная энергия при сварке, тем крупнее зерна в зоне термического влияния и тем больше зернограничное плавление. Серьезно, чем дольше существует жидкий межзеренный слой между кристаллическими зернами, тем более жидким является Чем больше склонность к растрескиванию. Чтобы предотвратить возникновение трещин разжижения: в процессе следует принять небольшое тепловложение и контролировать его. Контролируйте форму ванны расплава и уменьшайте вогнутость зоны сварки.
Наибольшее влияние на растрескивание при повторном нагреве оказывает V, за ним следует Mo. Когда V и Mo одинаковы При добавлении он будет более чувствительным. Влияние Cr связано с содержанием (1%)
Изменения в работе зон термического воздействия
Микроструктурные характеристики зоны термического влияния закаленной и отпущенной стали
Охрупчивание зоны термического влияния
Под действием сварочного термоцикла, когда t8/5 продолжает увеличиваться, перегретая зона термического влияния низкоуглеродистой модулированной стали склонна к охрупчиванию, то есть ударная вязкость значительно снижается.
Причиной охрупчивания в зоне термического влияния является не только укрупнение аустенитных зерен, но и образование верхнего бейнита и М-А компонентов.
Смягчение зоны термического воздействия
Пиковая температура зоны термического влияния низкоуглеродистой модулированной стали выше температуры отпуска основного металла до Ас1, и произойдет размягчение (снижаются прочность и твердость).
Характеристики процесса сварки низкоуглеродистой модулированной стали
1. Требуется, чтобы скорость охлаждения при мартенситном превращении не была слишком высокой, чтобы мартенсит имел эффект самозакалки и предотвращал возникновение холодных трещин. 2. Скорость охлаждения между 800 и 500°C должна быть выше критической скорости для образования хрупкой смешанной структуры.
Способы сварки и выбор сварочных материалов.
Предотвращение трещин
Обеспечивая выполнение высоких требований к прочности, улучшается вязкость металла сварного шва и зоны термического влияния.
Обычно используются автоматизированные или полуавтоматические механизированные методы сварки, такие как газовая дуговая сварка или дуговая сварка в активном газе.
Выбор параметров сварки
Определение погонной энергии при сварке
Определение сварочной теплопогонной Е основано на требованиях к трещиностойкости и вязкости зоны термического влияния.
Для низколегированной стали с низким содержанием углерода увеличение скорости охлаждения (уменьшение подвода тепла) приводит к образованию низкоуглеродистого мартенсита, что полезно для обеспечения ударной вязкости.
Температура предварительного нагрева и послесварочная термообработка
Целью предварительного нагрева является снижение скорости охлаждения при мартенситном превращении и повышение трещиностойкости за счет эффекта «самотпускания» мартенсита.
Сварные конструкции из низкоуглеродистой закаленной и отпущенной стали обычно используются в сварном состоянии, а послесварочная термообработка в обычных условиях не проводится. Если прочность и ударная вязкость области соединения после сварки не слишком низки, Послесварочная термообработка проводится только в том случае, если сварная конструкция находится под сильным напряжением или подвержена коррозии под напряжением и требует высокоточной обработки после сварки для обеспечения конструктивных размеров.
Механические свойства сварных соединений низкоуглеродистых закаленных и отпущенных сталей
Элементами охрупчивания, вредными для металла сварного шва низкоуглеродистой модифицированной стали, являются S, P, N, O и H, количество которых необходимо ограничить.