低合金钢简介目录第一部分参考文献 (1)第二部分低碳合金钢的发展和应用 (1)2.1低碳合金钢的发展 (1)2.2低碳合金钢的应用 (2)第三部分低碳钢的简介 (3)第四部分低碳合金高强度钢的焊接性 (4)4.1焊接热影响区组织和性能 (4)4.2热应变脆化 (4)4.3冷裂纹敏感性 (5)4.4热裂纹敏感性 (5)4.5再热裂纹敏感性 (5)4.6层状撕裂倾向 (5)第五部分Q345钢焊接工艺 (6)5.1材料介绍 (6)5.2焊接施工流程 (6)5.3焊接工艺参数的选择 (7)5.31焊接材料的选用 (7)5.32坡口形式 (7)5.33焊接方法的选择 (7)5.34焊接热输入的控制 (8)5.35焊接接头的力学性能 (8)5.36焊接电流 (9)5.37预热温度：预热及焊道层间温度 (9)5.38焊后热处理参数 (10)第六部分总结 (11)Q345焊接工艺总结 (11)低合金钢的焊接工艺分析参考文献：焊接冶金学-材料焊接性机械工业出版社李亚江金属焊接性基础化学工业出版社孟庆森金属学与惹出了机械工业出版社崔忠圻覃耀春金属工艺学哈尔滨工业大学出版社邢忠文张学仁金属材料焊接工艺机械工业出版社李荣雪金属材料焊接工艺化学工业出版社雷玉成结构钢的焊接冶金工业出版社荆洪阳（译）1．低合金钢的发展和应用随着科学的发展和技术的进步，焊接结构设计日趋向高参数、轻量化及大型化发展，对钢材的性能提出可越来越高的要求。

低合金钢由于性能优异和经济效益显著，在焊接结构中得到了越来越广泛的应用。

低合金钢的发展大体经历了三个阶段。

20世纪20年代以前，工程上钢结构的制造主要采用铆接，设计参数主要是抗拉强度。

钢的强化主要是靠碳以及单一合金元素，如Mn、Si、Cr等，总质量分数达到2%~3%,甚至更高一些。

20世纪20~60年代，钢结构制造中逐步采取了焊接技术，设计参数要考虑材料的屈服强度、韧性、和焊接性要求。

为了防止焊接裂纹，刚的化学成分低碳多合金化发展方向，碳的质量分数一般在0.2%一下，含2~4个有利于焊接性的合金元素并铺以热处理强化等工艺措施。

20世纪70年代以后，低合金高强度钢得到快速发展，钢中碳的质量分数降低到0.1%一下，有的钢向超低碳含量方向发展。

Ti、V、Nb等合金微量元素逐步引起关注，而且像多元复合合金化方向发展。

现代低合金钢的重大进展，自20世纪70年代以来，世界范围内低合金高强度钢的发展进入了一个全新时期，以控制轧制技术和微合金化的冶金学为基础，形成了现代低合金高强度钢即微合金化钢的新概念。

进入80年代，一个涉及广泛工业领域和专用材料门类的品种开发，借助于冶金工艺技术方面的成就达到了顶峰。

在钢的化学成分—工艺—组织—性能的四位一体的关系中，第一次突出了钢的组织和微观精细结构的主导地位，也表明低合金钢的基础研究已趋于成熟，以前所未有的新的概念进行合金设计。

低合金钢的应用，低合金钢在建筑、桥梁。

工程机械等产业不能得到广泛的应用。

当合金钢用于桥梁、海上建筑和起重机械等重要焊接结构时，应根据结构的最低温度提出冲击韧度的要求。

对于在大气环境下工作的低合金结构钢，冲击吸收功（0℃、V形缺口冲击试样）至少应达到27J的最对要求。

对于车辆、船舶、工程机械的运动结构，减轻自重可以节约能源，提出运载能力和工业效率。

因此采用焊接性好的低碳调质钢可以促进工程结构向大量化、轻量化和高效能方向发展。

由于壁厚减薄，重量减轻，从而减少了焊接工作量，为野外施工，吊装创造了条件。

这类钢强韧性和综合性能好，可以大大提高设备的耐用性，延长期使用寿命。

WCF-80钢是我国继WCF-62之后开发的焊接裂纹敏感性小的高强度焊接结构钢，这种钢具有很高的抗冷裂纹和低温韧性，主要用于大型水电站、石化和露天煤矿等。

抗拉强度700MPa的低碳调质钢又较好的缺口冲击韧度，可用于低温下服役的焊接结构，如露天煤矿的大型挖掘机及电动轮自卸车等。

抗拉强度800MPa低碳调质钢主要用于工程机械、矿山机械的制造中，如推土机、工程起重机、重型汽车和牙轮钻机等。

抗拉强度10000MPa以上的低碳调质钢主要用于工程机械高强耐磨件、核动力装置及航海航天装备上。

2．低碳钢简介低合金钢是在碳素钢的基础上添加一定量的合金化元素而成，其合金元素的质量分数一般不超过5%，用以提高钢的强度并保证其具有一定的塑性和韧性，或使钢具有某些特殊性能，如耐低温、耐高温或耐腐蚀等。

常用来制作焊接结构的低合金钢可分为高强度钢、低温用钢、耐腐蚀用钢及珠光体耐热钢四种。

其中高强度钢应用最广泛，按钢材的屈服强度及使用时的热处理状态又可分以下三种：a. 在热轧、控冷控轧及正火（或正火加回火）状态下焊接和使用，屈服强度为295～490MPa的低合金高强度结构钢。

b. 在调质状态下焊接和使用的，屈服强度为490～980Mpa的低碳低合金调质钢。

c. w（C）为0.25～0.50％，屈服强度为880～1176Mpa的中碳调质钢。

标准中钢的分类是按照钢的力学性能划分的。

钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音字母Q、屈服点数值、质量等级符号三个部分按顺序排序排列。

按照钢的屈服强度，低合金高强度钢分5个强度等级，分别是295MPa、345MPa、390 MPa、420MPa及460MPa。

每个强度等级又根据冲击吸收功要求分成A、B、C 、D、E、5个质量等级，分别代表不同的冲击韧性要求。

低合金高强钢中W（c）一般控制在0.20%以下，为了确保钢的强度和韧性，通过添加适量的Mn、Mo等合金元素及V、Nb、Ti、Al、等微合金化元素，配合适当的轧制工艺或热处理工艺来保证钢材具有优良的综合力学性能。

由于低合金高强度钢具有良好的焊接性、优良的可成形性及较低的制造成本，因此，被广泛地用于压力容器、车辆、桥梁、建筑、机械、海洋结构、船舶等制造中，已成为大型焊接结构中最主要的结构材料之一。

低合金高强钢的强化机理与碳素钢不同，碳素钢主要通过钢中的碳含量形成珠光体、贝氏体和马氏体来达到强化；而低合金高强钢的强化主要是通过晶粒细化、沉淀硬化及亚结构的变化来实现。

屈服强度为295～390MPa的低合金钢大多属于热轧钢，是靠合金元素锰的固溶强化获得高强度。

如Q345，当Q345钢作为低温压力容器用钢或厚板结构时，为改善低温韧性，也可在正火处理后使用。

Q345、Q390等微合金化低合金钢是在Q345钢基础上，加入少量可细化晶粒和沉淀强化的Nb（0.015%~0.06%）或V（0.02%~0.20%）。

这些钢在热轧状态下性能不稳定，正火处理使其晶粒细化和碳化物均匀弥散析出，从而获得高的塑性和韧性。

所以Q345、Q390钢在正火状态下使用更为合理。

屈服强度大于390MPa的低合金钢一般需要在正火或正火加回火状态下使用，如Q420等。

正火处理后形成的碳、氮化合物以细小质点从固溶体沉淀析出，在提高钢材强度的同时，保证具有一定的塑性和韧性。

随着钢材强度的进一步提高，钢中需要加入一定量Mo，Mo不仅可以细化组织、提高强度，而且还可提高钢材的中温性能。

低合金高强度钢按其用途还可分为：锅炉用钢、管线用钢、容器用钢、造船用钢及桥梁用钢等，此外，在正火钢中，还有具有良好的抗层状撕裂性能Z 向钢，主要用于海上采油平台、核反应堆及潜艇等大型厚板结构。

3．下面主要介绍低合金高强度钢的焊接性低合金高强度钢含有一定量的合金元素及微合金化元素，其焊接性与碳钢有差别，主要是焊接热影响区组织与性能的变化对焊接热输入较敏感，热影响区淬硬倾向增大，对氢致裂纹敏感性较大，含有碳、氮化合物形成元素的低合金高强度钢还存在再热裂纹的危险等。

只有在掌握各种不同低合金高强度钢焊接性特点和规律的基础上，才能制订正确的焊接工艺，保证低合金高强度钢的焊接质量。

1）焊接热影响区组织和性能依据焊接热影响区被加热的峰值温度不同，焊接热影响区可分为熔合区（1 350～1450℃）、粗晶区（1000～1300℃）、细晶区（800～1000℃）、不完全相变区（700～800℃）及回火区（500～700℃）。

不同部位热影响区组织与性能取决于钢的化学成分和焊接时加热和冷却的速度。

对于某些低合金高强钢，如果焊接冷却速度控制不当，焊接热影响区局部区域将产生淬硬或脆性组织，导致抗裂性或韧性降低。

低合金高强度钢焊接时，热影响区中被加热到1100℃以上的粗晶区及加热温度为700～800℃的不完全相变区是焊接接头的两个薄弱区。

热轧钢焊接时，如果焊接热输入过大，粗晶区将因晶粒严重长大或出现魏氏组织等而降低韧性；如果焊接热输入过小，由于粗晶区组织中马氏体比例增大而降低韧性。

正火钢焊接时，粗晶区组织性能受焊接热输入的影响更为显著。

焊接热影响区的不完全相变区，在焊接加热时，该区域内只有部分富碳组元发生奥氏体转变，在随后的焊接冷却过程中，这部分富碳奥氏体将转变成高碳孪晶马氏体，而且这种高碳马氏体的转变终了温度（Mf）低于室温，相当一部分奥氏体残留在马氏体岛的周围，形成所谓的M－A组元。

M－A组元的形成是该区域的组织脆化的主要原因。

防止不完全相变区组织脆化的措施是控制焊接冷却速度，避免脆硬的马氏体产生。

焊接热影响区软化是控轧控冷钢焊接时遇到的主要问题，当采用埋弧焊、电渣焊及闪光对焊等高热输入焊接工艺方法时，控轧控冷钢焊接热影响区软化问题变得非常突出。

焊接热影响区的软化使焊接接头强度明显低于母材，给焊接接头的疲劳性能带来损害。

另外，焊接热输入还影响控轧控冷钢热影响区的组织和韧性，当采用较小的热输入焊接时，由于焊接冷却速度较快，焊接热影响区获得下贝氏体组织，具有较优良的韧性，而随着焊接热输入的增加，焊接冷却速度降低，焊接热影响区获得上贝氏体或侧板条铁素体组织，韧性显著降低。

2）热应变脆化在自由氮含量较高的C－Mn系低合金钢中，焊接接头熔合区及最高加热温度低于Ac1的亚临界热影响区，常常有热应变脆化现象。

一般认为，这种脆化是由于氮、碳原子聚集在位错周围，对位错造成钉扎作用所造成的。

热应变脆化容易在最高加热温度范围200～400℃的亚临界热影响区产生。

如有缺口效应，则热应变脆化更为严重，熔合区常常存在缺口性质的缺陷，当缺陷周围受到连续的焊接热应变作用后，由于存在应变集中和不利组织，热应变脆化倾向就更大，所以热应变脆化也容易发生在熔合区。

在《国产低合金结构钢Q345和Q4 20焊接区热应变脆化研究》论文中分析了Q345和Q420钢的热应变脆化，发现Q 345钢具有较大的热应变脆化倾向。

分析认为，Q420钢中的V与N形成氮化物，从而降低热应变脆化倾向，而Q345钢中不含有氮化物形成元素。

试验还发现，有热应变脆化的Q345钢经600℃×1h退火处理后，韧性得到很大恢复。

3）冷裂纹敏感性焊接氢致裂纹（通常称焊接冷裂纹或延迟裂纹）是低合金高强度钢焊接时最容易产生，而且是危害最为严重的工艺缺陷，它常常是焊接结构失效破坏的主要原因。