文档介绍：第一节合金结构钢的分类和性能
第二节热轧及正火钢的焊接
第三章合金结构钢的焊接
第三节低碳调质钢的焊接
第四节珠光体耐热钢的焊接
第五节低温钢的焊接
1 合金结构钢的分类和性能
合金结构钢是在碳素钢的基础上有目的地加入一种或几种合金元素的钢。常用的合金元素有:锰、硅、铬、镍、钼、钨、钒、钛、硼等。加入合金元素可使钢的性能产生预期的变化,如提高其强度,改善其韧性,或使其具有特殊的物理、化学性能,如耐热性和耐蚀性等。
1. 按合金元素总含量的多少分:
1)低合合钢,一般w (Me)<5%;
2)中合金钢,w (Me)=5%~10%;
3)高合金钢,w (Me)>10%。
2. 按用途和性能分:强度用钢和低中合金特殊用钢
合金结构钢的分类
强度用钢
类别
屈服强度
(MPa)
供货状态
特点
应用
热轧及正火钢
294~490
热轧或正火
包括:微合金化控轧钢、抗层状撕裂的Z向钢等;非热处理强化钢
RT下受力结构:压力容器、动力设备、工程机械、桥梁、建筑结构和管线等。
低碳调质钢
490~980
淬火-回火调质
C%<%,强度高,塑性、韧性好,调质态下焊直接,焊后无需调质处理;热处理强化钢
大型工程机械、压力容器及舰船制造等。
中碳调质钢
>880~1176
调质
C%=%~%,高强高硬,韧性低,淬硬性高,焊接性差;热处理强化钢
强度高的部件:火车发动机壳体,飞机起落架
即高强结构钢,主要性能是力学性能,合金元素的加入是为了保证足够的塑性和韧性的前提下,获得不同的强度等级。
类别
合金元素
特点
应用
珠光体耐热钢
以Cr、Mo为基础的低中合金钢,工作温度提高,还可加入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
用于工作温度在500~600℃的高温设备:热动力设备和化工设备等。
低温钢
大部分是一些含Ni或无Ni的低合金钢
正火或调质状态下使用;低温下具有足够高的低温韧性,对强度无特殊要求。
用于各种低温装置(-40~-196℃)和在严寒地区的一些工程结构:液化石油气、天然气的储存容器等。
低合金耐蚀钢
主要含Cr,Ni元素
具有一般的力学性能外,必须具有耐腐蚀性能这一特殊要求。
用于像大气、海水、石油化工等腐蚀介质中工作的各种机械设备和焊接结构。
低中合金特殊用钢
主要用于一些特定条件下工作的机械零件和工程结构。除了要满足常规力学性能外,还必须适应特殊环境下工作的要求。
合金结构钢的基本性质
化学成分:
低合金结构钢是在低碳钢基础上(低碳钢的化学成分为:wC=%~%,wSi≤%,wMn=%~%)添加一定量的合金元素构成的。低合金钢加入的元素有Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等,杂质元素P、S的含量要限制在较低的程度。
C: 控制钢材强度、硬度的重要元素,每1%[C]可增加抗拉强度约980MPa。
Si:也是增大强度、硬度的元素,每1%[Si]可增加抗拉强度约98MPa。
Mn:增加淬透性,提高韧性,降低 S 的危害等。
Al:细化钢材组织,控制冷轧钢板退火织构。
Nb:细化钢材组织,增加强度、韧性等。
V: 细化钢材组织,增加强度、韧性等。
Cr:增加强度、硬度、耐腐蚀性能。
用于焊接结构的低中合金钢合金元素总的质量分数一般≤10%。各种元素对合金结构钢下临界点温度的综合影响可用下述公式表示:
A1 = 720 + 28wSi + 5wCr + 6wCo + 3wTi – 5wMn
– 10wNi – 3wV ,℃(3-1)
由上述公式可见:Si、Cr、Co和Ti等元素能提高下临界点A1的温度(缩小γ区),而Mn、Ni和V则降低A1点温度(扩大γ区)。
化学成分:
①以Ni元素为代表(Ni组元素,扩大γ区):Ni、Mn、Co
②以Cr元素为代表(Cr组元素,缩小γ区):Cr、Si、P、Al、Ti、V、Mo、W。
合金元素的影响程度不仅取决于它的含量,还取决于同时存在的其它合金元素的性质和含量。
加入合金元素能细化晶粒,而且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和Si等元素能提高钢的淬硬倾向,而Ti、Nb、Ta等碳化物形成元素则降低钢的淬硬倾向。(图3-1)
各元素对钢的性能的影响
合金元素对低合金钢屈服强度和抗拉强度的综合影响,可按下列经验公式进行计算:
σs = 122 + 274wC + 82wMn + 55wSi + 54wCr + 44wNi + 78wCu + 353wV + 755wTi + 540wP + [3