低温钢的焊接性

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512页（2158字）

1．铁素体低温钢的焊接特点

铁素体低温钢含碳量在0．06%～0．20%范围，合金元素总含量≤5%，碳当量0．27%～0．57%。铁素体低温钢的焊接性良好。由于碳当量不高，淬硬倾向较小，室温焊接时不易形成冷裂纹；钢中S、P等杂质元素的含量较低，也不易产生热裂纹。通常板厚＜25mm不需预热，当板厚＞25mm或焊接接头拘束度较大时，应考虑预热，以防止产生焊接裂纹。预热温度过高会使热影响区晶粒长大，在晶界可能析出氧化物和碳化物而降低韧性，所以预热温度一般在100～150℃，最高不超过200℃。

铁素体低温钢是通过加入细化晶粒的合金元素以及正火处理提高低温韧性，韧性指标一般能得到保证。焊接这类钢应注意以下问题：

(1)严格控制焊接线能量和层间温度，目的是使接头不受过热的影响，避免热影响区晶粒长大，降低韧性。

(2)控制焊后热处理温度，避免产生回火脆性。板厚＞15mm的低温钢焊接结构，焊后应采用消除应力热处理。含有V、Ti、Nb、Cu、N等元素的钢种，在进行消除应力热处理时，当加热温度处于回火脆性敏感温度区时会析出脆性相，使低温韧性下降。应合理地选择焊后热处理工艺，以保证接头的低温韧性。

(3)含氮的铁素体型低温钢不仅对焊接热循环敏感，而且对焊接应变循环也很敏感，接头某些区域会发生热应变脆化，使该区的塑性和韧性下降。热应变区的温度范围为200～600℃。热应变量越大，脆化程度也越大。采用小的焊接线能量可以减小热影响区的热塑性应变量，有利于减轻热应变脆化程度。

2．低碳马氏体低温钢的焊接特点

9%Ni钢是典型的低碳马氏体低温钢，含有较多的镍，具有一定的淬硬性。焊前应进行正火后再高温回火或900℃水淬后再570℃回火处理，其组织为低碳板条马氏体。这种钢具有较高的低温韧性，其焊接性能优于一般低合金高强钢。板厚＜50mm的焊接结构可以不预热，焊后可不进行消除应力热处理。

必须严格控制钢的化学成分，尤其是S、P含量，否则可能出现焊接热裂纹。钢中的S含量偏高可形成低熔点共晶Ni－Ni₃S₂(644℃)，P含量超标可能形成Ni－Ni₃P₂共晶(880℃)，导致形成结晶裂纹。

对易淬火的低温钢通常采用焊前预热、控制层间温度及焊后缓冷等工艺措施，可降低冷却速度，避免淬硬组织，采用较小的焊接线能量，使过热区的晶粒不至于过分长大，达到防止冷裂纹及改善该区韧性的目的。

9%Ni钢焊接时应注意的问题：

(1)正确选择焊接材料 9%Ni钢具有较大的线膨胀系数，在选择焊接材料时，必须使焊缝与母材的线膨胀系数大致相近，以防止因线膨胀系数差异太大而引起焊接裂纹。

(2)避免磁偏吹现象 9%Ni钢是一种强磁性材料，采用直流电源时易产生磁偏吹现象，影响焊接质量。一般做法是焊前避免接触磁场，选用适于交流电源焊接的电焊条(如镍基合金焊条)。

(3)严格控制焊接线能量和层间温度，避免焊前预热。这样可避免接头过热和晶粒长大，保证接头的低温韧性。

3．奥氏体低温钢的焊接特点

奥氏体低温钢属于高合金钢，焊接性良好，焊接时要注意以下问题：

(1)奥氏体低温钢的导热系数小(约为低碳钢的三分之一)，线膨胀系数大(比低碳钢大50%)，焊接时的变形量较大。可选择与母材线膨胀系数大致相近的焊接材料，以防止产生热裂纹，特别是弧坑裂纹。

(2)对于Ni－Cr奥氏体低温钢，应注意控制线能量和冷却速度，防止晶粒长大和析出脆性相而使焊接接头塑性和韧性下降；同时要防止晶粒边界处形成碳化铬，降低抗晶间腐蚀能力；对于无Ni－Cr奥氏体低温钢，可采用与母材合金系大致相同的焊条焊接，焊条选用或操作不当时，在焊缝或熔合区处易产生针状气孔。

(3)奥氏体低温钢在加热和冷却时不发生相变，过热区的组织为奥氏体，焊接线能量过大，过热区的奥氏体晶粒长大，冷却后为粗大的奥氏体组织，使该区的塑性和韧性下降。Ni－Cr奥氏体低温钢焊接时，应尽量采用较小的焊接线能量，不进行预热和缓冷，有时甚至采取强制冷却措施。同时应控制焊接热循环，减少热影响区在1100℃以上和850～450℃温度区间的停留时间，使焊接接头保持良好的塑性、韧性及一定的抗晶间腐蚀性能。