01-合金结构钢的焊接.ppt

高强钢焊接及应用 山东大学 李亚江 教授、博士生导师 yajli@sdu.edu.cn 第3章 合金结构钢的焊接 在碳素钢基础上添加一定量的合金元素达到所需性能要求的钢材，即构成合金结构钢。 合金结构钢具有优良的综合性能，经济效益显著，应用范围涉及到国民经济和国防建设的各个领域，是焊接结构中用量最大的一类工程材料。 合金结构钢的主要特点是强度高，韧性、塑性和焊接性也较好，广泛用于压力容器、工程机械、石油化工、桥梁、船舶制造、建筑和其他钢结构，在经济建设和社会发展中发挥着重要的作用。 钢结构离不开焊接 全世界结构钢的年消耗量约3.5~5.5亿 吨，并以每年5%~8%的速度增长； 我国发展的更为迅速，近几年每年钢产 量增长超过15%。 工业化国家：人均钢材占有量300kg， 焊接与钢材用量成正比。 IIW会员国收费标准：以该国上年度钢 产量为依据收费， 因为约60%的钢材 需要焊接加工。 科学的发展和技术进步，焊接结构设计日趋向高参数、轻量化及大型化发展，对钢材性能提出了越来越高的要求。 随着合金结构钢的使用范围不断扩大，焊接问题也日益突出，引起人们的高度重视。 材料焊接性，发展成一门独立的课程。 3.1 合金结构钢的分类及性能 3.1.1 合金结构钢的分类 1. 强度用钢（非调质钢、调质钢） 1）热轧及正火钢、控轧钢 σs为295~490MPa，在热轧或正火状态下使用，属非热处理强化钢。包括微合金化控轧钢、抗层状撕裂的Z向钢等。广泛用于常温下工作的受力结构，如压力容器、机械、桥梁、建筑结构和管线等。 2）低碳调质钢 σs为490~980MPa，在淬火-回火的调质状态下供货，属热处理强化钢。特点是含碳量较低（C0.22%），既有高强度，又兼有良好的塑韧性，可在调质状态下焊接。这类钢在焊接结构中得到越来越广泛的应用，可用于大型工程机械、压力容器、舰船制造等。 3）中碳调质钢 σs在880~1176MPa以上，钢中C含量高（C 0.25%~0.5%），淬硬性比低碳调质钢高得多，具有很高的硬度和强度，但韧性较低，给焊接带来了很大的困难。这类钢用于强度要求很高的部件，如火箭发动机壳体、飞机起落架等。 2. 低中合金特殊用钢 用于一些特定条件下工作的机械零件和工程结构，能适应特殊环境下工作的要求。 1）珠光体耐热钢 以Cr、Mo为基础的低中合金钢，随工作温度的提高，可加入V、W、Nb、B等合金元素，具有较好的高温强度和高温抗氧化性，用于工作温度500~600℃的高温设备，如电力、化工设备等。 2）低温钢 主要是一些含Ni或无Ni的低合金钢，在正火或调质状态使用，用于各种低温装置（-40~-196℃）和在严寒地区的工程结构，如液化石油气、天然气的储存容器等。与普通低合金钢相比，低温钢须保证在低温下具有足够高的低温韧性，对强度无特殊要求。 3）低合金耐蚀钢 除一般力学性能外，必须具有耐腐蚀性能的要求。用于在大气、海水、石油化工等腐蚀介质中工作的机械设备和焊接结构。由于所处的介质不同，耐蚀钢的类型和成分也不同。耐蚀钢中应用最广泛的是耐大气和耐海水腐蚀用钢。 3.1.2 合金结构钢的基本性能 1. 化学成分 合金元素总量5%， 合金元素总量5％~10％称为中合金钢， 大于10%称为高合金钢。 有影响的合金元素：Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Ti、B 2. 力学性能 非调质钢σs≤600MPa、调质钢σs 600MPa 3. 显微组织 F+P、P、ML、ML+BL、BL (a) 对抗拉强度的影响 (b) 对屈服强度的影响 图3-1 合金元素对钢材强度性能的影响 加入合金元素能细化晶粒，各种合金元素在不同程度上改变了钢的奥氏体转变动力学，直接影响钢的淬硬倾向。如C、Mn、Cr、Mo、V、W、Ni、Si等元素能提高钢的淬硬倾向，而Ti、Nb等碳化物形成元素则降低钢的淬硬倾向。 合金结构钢强度级别不同，合金元素及其含量也不同，成分设计既要满足使用性要求，又