热轧钢和正火钢的特性.ppt

热轧钢 PK 正火钢,热轧钢 正火钢,1 热轧和正火钢的成分和性能,（1）热轧钢强化机理：固溶强化，屈服强度：294392MPa级，合金系： C-Mn或Mn-Si系，主合金化元素： Mn、 Mn-Si，辅合金化元素：V、Nb，达到细化晶粒和沉淀强化的作用使用状态：热轧状态典型钢种：16Mn，组织：细晶铁素体+珠光体一般成分范围：C0.2%，Si0.55%，Mn1.5%，在这个范围内，强度韧性都很好，焊接性也好，但如果C0.3%，Si0.6%,Mn1.6%，焊接性就要大大变差。,（2）正火钢,它的强化途径是：固溶强化+弥散相强化，它是在热轧钢的基础上加上V、Ti、Nb通过形成弥散相来进一步提高强度，所以它的屈服强度要比热轧钢的高。它的特点是便宜，综合机械性能好。强化机理：固溶强化沉淀强化或细晶强化，屈服强度：为343490MPa ，合金系 ：C-Mn或Mn-Si ( V、Nb、Ti、Mo )系，主合金化元素： Mn、 Mn-Si，辅合金化元素：V、Nb、Ti、Mo (碳化物、氮化物元素)，热处理状态：正火，使合金元素以细小的化合物质点从固溶体中充分析出，并同时细化晶粒，提高强度的同时改善塑性、韧性、达到最佳的综合性能,典型钢种：15MnVN。1.正火状态下使用钢除15MnTi外，主要是V、Nb钢。15MnV、15MnVN。2正火回火状态使用的含Mo钢18MnMoNb，3微合金化控轧钢采用微合金化（加入微量Nb、V、Ti ) 和控制轧制技术达到细化晶粒和沉淀强化相结合的效果，同时从冶炼工艺上采取了降C降S，改变夹杂物形态，提高钢的纯度等措施，使钢具有均匀的细晶粒等轴铁素体基体。X70除加微量Nb、V、Ti 外，还加入Ni、Cr、Cu、Mo。,2 焊接性分析,焊接性通常表现为两方面的问题：一是裂纹问题，一是接头的脆化问题,2.1 对热裂纹的敏感性,（1）含碳量都较低而含锰量都较高，所以它们的Mn/S比都能达到防止发生热裂纹的要求，具有较好的抗热裂性能。（2）但当材料成分不合格，或因严重偏析使局部碳、硫含量偏高时Mn/S比就可能低于要求而出现热裂纹。,2.2 对冷裂纹的敏感性,从材料本身看，淬硬组织是引起冷裂纹的决定因素。焊接时是否形成对氢致裂纹敏感的组织是评定材料焊接性的一个重要指标。不同成分钢材的冷裂纹敏感性，可以通过反映钢材焊接热影响区淬硬倾向的模拟焊接热影响区连续冷却转变（SHCCT）曲线来进行分析比较。 热轧钢：碳当量都比较低，除环境温度很低或钢板厚度很大，一般情况下其裂纹倾向都不大。正火钢：碳当量不超过0.5时，淬硬倾向比热轧钢大，但不算严重，焊接性尚可，但对于厚板往往需要进行预热。当碳当量大于0.5时钢的淬硬倾向和冷裂倾向逐渐增加。防止措施：严格控制线能量、预热和焊后热处理等。,2.3 再热裂纹,1）C-Mn和Mn-Si系热轧钢对再热裂纹不敏感，例如16Mn；（2）正火钢中有一些含有强碳化物形成元素，但实践证明它对再热裂纹不敏感，例如15MnVN；（3）正火+回火钢，如18MnMoNb、14MnMoV则有轻微的再热裂纹敏感性，可提高预热温度和焊后立即后热来防止再热裂纹的产生。,层状撕裂的产生不受钢种和强度的限制，它主要发生于厚板结构中（在热影响区或远离热影响区的母材中）。在低碳钢、热轧、正火钢中都可能发生层状撕裂。一般板厚小于16mm时就不容易发生层状撕裂。一般认为Z向收缩率20，钢材就可以避免层状撕裂。合理选用层状撕裂敏感性较低的钢材(如Z向钢)，改善接头形式以及降低钢板Z向所承受应力应变，在满足产品使用要求前提下选用强度级别较低的焊接材料或预堆低强焊缝，采用预热及降氢等措施，都有利于防止层状撕裂。,2.4 层状撕裂,3 焊接接头的脆化,焊接热轧钢和正火钢时，存在过热区脆化问题，此外，在一些合金元素含量低的钢中，有时还会出现热应变脆化问题。,（1）过热区的脆化,奥氏体严重长大魏氏体、粗大马氏体、混合组织、MA组元，难熔质点的溶入。热轧钢焊接线能量过大：导致冷速过慢，过热区将因晶粒长大或出现魏氏组织等而使韧性降低；焊接线能量过小：由于过热区组织中马氏体比例增大而使韧性降低，这在含碳量偏高时较明显。,正火钢对含V、Nb的正火钢焊接时线能量过大：会导致过热区沉淀相固溶，这时V、Nb的碳、氮化合物细化晶粒、抑制奥氏体长大的作用大大削弱，过热区奥氏体晶粒显著长大，冷却过程中可能产生一系列不利的组织转变，如魏氏体、粗大的马氏体、塑性很低的混合组织（铁素体、高碳马氏体和贝氏体）和M-A组元，再加上过热区金属碳、氮固溶量的增加，导致过热区韧性降低和时效敏感性增加。含钛正火钢(Ti含量约O.22)线能量过大时：过热区的TiN、TiC都向奥氏体内溶入。由于钛的扩散能力低，在随后的冷却过程中，即使大线能量条件下也来不及析出而停留在铁素体中，显著提高了铁素体的显微硬度，降低了材料的冲击韧性。预防措施：采用小线能量，抑制TiN、TiC向奥氏体内溶入，即便生成马氏体，也由于一部分TiC来不及溶入奥氏体而得到韧性较好的低碳马氏体,（2）热应变脆化,产生区域：焊接过程中，在热和应变同时作用，熔合区及200-400区发生脆化。产生原因：一般认为这种脆化是由于碳、氮原子聚集在位错周围，对位错造成钉扎作用所造成的。发生材质：固溶氮含量较高的低碳钢和强度级别不高的低合金钢中。如造船中常用的16Mn、16MnC(热轧钢)就具有一定的热应变脆化倾向。 钢中如果加入足够量的氮化物形成元素(如A1、Ti、V等)脆化倾向就显著减弱。消除措施：焊后消除应力退火,4 焊接工艺特点,热轧钢和正火钢进行焊接时，对焊接方法没有特殊要求，只对焊接材料的选择和工艺参数的确定进行讨论。,4.1 焊接材料的选择,选择焊接材料的目的是使焊缝无缺陷和满足焊接接头的使用性能。（1）选择相应强度级别的焊接材料（2）考虑熔合比和冷却速度的影响（3）必须考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响（4）满足焊缝对特殊性能的要求,4.2 焊接工艺参数的确定,（1）E焊接线能量的确定主要决定于过热区的脆化和冷裂两个因素。各类钢的脆化倾向和冷裂倾向不同，所以对线能量的要求也不同。（2）预热焊接时进行预热的目的是防止裂纹和适当地改善焊接接头性能。预热温度的确定较复杂，它与以下多种因素有关：材料的成分冷却速度结构的拘束度含氢量焊后热处理,（3）焊后热处理热扎正火钢一般焊后不需要热处理，但对于抗应力腐蚀的焊接结构、低温下使用的焊接结构及厚壁高压容器，焊后需要消除应力的高温回火。原则：不要超过母材原来的回火温度，以免影响母材本身的性能；回火避开脆性温度区间。,