低碳调质钢焊接性特点
出处：按学科分类—工业技术 河北科学技术出版社《实用焊接技术手册》第478页（3277字）
低碳调质钢的含碳量不超过0．18%，焊接性能优于中碳调质钢。由于这类钢焊接热影响区形成的是低碳马氏体，马氏体开始转变温度Ms较高，所形成的马氏体具有“自回火”特性，使得焊接冷裂纹倾向比中碳调质钢小。
1．高强度结构钢
抗拉强度(σb)600MPa、700MPa的低合金调质钢(HQ60、HQ70)主要是作为焊接结构用钢，钢中的含碳量限制得较低，在合金成分的设计上也考虑了焊接性的要求。这类钢主要用于工程机械、动力设备、交通运输机械和高层建筑结构等，应用较广泛。这类钢可直接在调质状态下焊接，焊后不要求进行调质处理，必要时可进行消除应力处理。
HQ60钢的碳当量(Ceq)约为0．45%，冷裂敏感指数(Pcm)约为0．24%。经过920℃水淬+730℃回火后的基体组织是铁素体+粒状贝氏体，920℃水淬+680℃回火后的基体组织是回火索氏体［7］。HQ70钢板厚规格一般不大于50mm，其中薄板在正火+回火状态下交货使用，厚板在淬火+回火状态(调质)下交货使用。该钢的碳当量(Ceq)约为0．56%，冷裂敏感指数(Pcm)约为0．297%。
我国已先后开发出14MnMoNbB、HQ80和HQ80C等抗拉强度为800MPa的低碳调质钢及其配套焊材，并在工程中获得广泛应用。HQ80钢含有Ni、Cr元素，HQ80C钢不含Ni只含有Cr元素，14MnMoNbB钢不含Ni、Cr但含有Nb元素。
14MnMoNbB钢以热轧状态或高温回火状态交货，也可以调质状态交货，但一般须经调质处理后使用。调质处理工艺为910～930℃水淬，600～650℃回火，空冷。具体调质处理工艺应根据钢材化学成分上、下限，对热处理温度做适当调整。一般地，偏上限成分时，淬火温度选下限，回火温度选上限，这样可获得较好的综合力学性能。
14MnMoNbB钢经焊接热循环作用后，淬硬倾向较大，热影响区硬度增高。根据“铁研试验”和十字接头裂纹试验结果，14MnMoNbB钢避免焊接冷裂纹产生的预热温度约为150℃，采用较低的预热温度但增加后热处理可获得同样效果。薄板(6mm)焊接时，如果环境温度大于14℃时，采用手弧焊可以在不预热条件下施焊。
TRC试验表明，14MnMoNbB钢对氢致裂纹比较敏感，但只要焊缝中扩散氢降至足够低，或提高预热温度，就可以大大提高其临界应力水平，阻止裂纹产生。焊接线能量在16～23kJ／cm范围内时，该钢热影响区韧性较为理想；如采用超低氢高韧性焊条施焊，用较低预热温度+后热处理，可以避免焊接冷裂纹，并能得到满意的接头性能。
对14MnMoNbB钢的焊接再热裂纹敏感性试验结果见表2－3－24，表明该钢具有一定的再热裂纹倾向。焊前预热温度不低于300℃，或焊前预热180℃焊后立即采用250℃×2h的后热处理措施，均可防止该钢焊后消除应力退火时引起的再热裂纹［8］。
表2－3－24 14MnMoNbB钢的再热裂纹试验结果
2．高强度耐磨钢
钢材的强度级别越高，淬硬性越大，焊接性越差，对焊接工艺的要求越严格。由于高强度耐磨钢中的碳含量较低，S、P杂质控制较严，而Mn含量及Mn／S比又较高，热裂倾向较小。这类钢通过调质获得强化效果，受焊接热循环影响，热影响区有时存在脆化和软化现象，强度级别越高的钢，软化现象越突出。解决的办法一是焊后重新调质处理；二是焊后不再进行热处理，在焊接过程中严格限制焊接热量输入对母材的作用。
根据HQ100钢的抗裂性试验结果，在手弧焊条件下，拘束度较小的角接焊、厚度9mm以下钢板的对接焊以及厚度20mm钢板的搭接焊，预热温度低于100℃可避免出现裂纹；但对于厚度20mm以上的中厚板的对接接头，无论采用手弧焊还是富氩气体保护焊，焊前预热温度不得低于100℃，才能避免出现裂纹。
3．高强度高韧性钢
低合金调质高强度高韧性钢对焊接接头区强韧性要求较高，特别是对冲击韧性的要求高。这类钢对焊接线能量、预热温度、层间温度的控制更为严格，应采用较小焊接线能量的多层多道焊工艺。最合适的焊接方法是手弧焊和气体保护焊，特别是Ar+CO2混合气体保护焊具有较广阔的应用前景。
高强度高韧性钢焊接热影响区中粗晶区是接头最脆弱的环节之一，该区域焊后状态一般是较粗大的板条马氏体。热影响区粗晶区中的板条马氏体对韧性有很大的影响。随着板条马氏体数量的增加，热影响区缺口冲击韧性由低到高然后再下降，具有峰值。板条马氏体在某一含量范围有最佳冲击韧性，细小的板条组织比粗大的板条组织缺口冲击韧性高。
高强度高韧性钢预热、缓冷和焊后热处理等可有效地降低焊缝中的扩散氢含量。预热温度越高，冷却到室温的时间越长，冷却过程中将有更多的扩散氢从焊缝中逸出。扩散氢含量减少到某一限度以下，可避免氢致低应力断裂，提高焊接结构的使用安全性。焊接高强度高韧性钢时，应采用适当的预热、缓冷或焊后热处理等措施，以最大限度地减少焊缝和熔合区中的氢含量，防止出现低应力断裂。
12Ni3CrMoV钢是抗拉强度(σb)大于740MPa的低合金调质高强度高韧性钢，主要用于制造舰艇和船体的耐压结构。该钢的相变点约为：A。1715℃，Ac3834℃，Ms365℃。12Ni3CrMoV钢的供货状态为调质状态，热处理规范是910℃水淬，660～690℃回火空冷，热处理状态下获得回火索氏体组织，原始奥氏体晶粒度一般为6～7级。12Ni3CrMoV钢通常是在调质状态下使用的。根据产品的制造工艺和对使用性能要求的不同，有时也在正火或正火+回火处理后使用。
12Ni3CrMoV钢“铁研试验”结果见表2－3－25，在焊缝金属中的扩散氢含量为1mL／100g和2mI／100g时，12Ni3CrMoV钢斜Y坡口“铁研试验”不产生裂纹的临界预热温度分别为60℃和100℃。
表2－3－25 12Ni3CrMoV钢的“铁研试验”结果
对于低碳调质高强度高韧性钢，为了获得优质的焊接接头，应采取严格限制焊接线能量的办法，以限制焊接热影响区的韧性下降。在焊接线能量变化不大的条件下，12Ni3CrMoV钢热影响区粗晶区的组织为低碳马氏体(ML)+下贝氏体(BL)，其中低碳马氏体含量不少于90%，这种ML+BL组织具有较好的缺口韧性。
10Ni5CrMoV钢采用超低氢J840专用焊条时焊缝金属中的扩散氢含量特别低，有利于防止焊接裂纹的产生。10Ni5CrMoV钢刚性对接裂纹试验的焊接工艺条件和试验结果见表2－3－26，试件焊后在室温放置24h，先检查焊缝表面，然后从试验焊缝横向切下两块磨片，检查有无裂纹并测量裂纹的长度。
表2－3－26 10Ni5CrMoV钢的刚性对接裂纹试验结果
