低碳调质钢的焊接
一、低碳调质钢典型钢种成分及性能
热扎和正火条件下，钢中通过增加合金元素的含量来提高强度，其结果是塑性和韧性降低，而且随着强度提高越多，塑性和韧性降低越多。

当钢中合金元素含量超过一定范围后会出现韧性的大幅度下降。

因此，抗拉强度大于600MPa的高强钢一般都需要调质处理。

因此低碳调质钢提高强度不单纯通过合金强化，还要通过热处理——调质强化处理。

钢中一般加入Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Ti等元素，目的是保证足够的淬透性和马氏体回火稳定性，使珠光体和贝氏体转变推迟，使马氏体转变的临界冷却速度下降大。

常用的低碳调质钢为了获得良好的综合性能和焊接性，一般含碳量不大于0.18％，这样通过淬火和回火(即调质处理)得到回火索氏体和回火马氏体组织，使之具有较高的强度和良好的塑性。

另外，除了取决于化学成分外，还要执行正确的热处理制度。

一般为奥氏体化—淬火—回火，也有少数钢采用奥氏体化—正火—回火。

低碳调质钢的特性是具有较高的强度(屈服强度490～980MPa)，并有良好的塑性、韧性和耐磨性。

钢中强度级别不同加入的合金元素及其含量也不同。

成分：
抗拉强度σb:1.600Mpa Si-Mn 和Si-Mn基础上加少量Cr、Ni、Mo、V
2.700Mpa Si-Mn-Cr-Ni-Mo加少量V，合金元素加入量较600高
具有较好的冲击韧性，用于低温服役的焊接结构，露天煤矿大型挖掘机
3.800Mpa Si-Mn-Cr-Ni-Mo-Cu-V系并加入一定的B
工程机械、矿山机械。

推土机、工程起重机、重型汽车
4.1000Mpa同800Mpa合金加入较多，为保证韧性加入Ni较多
工程机械高耐磨件，核动力装置、航空航天装备上
二、低碳调质钢的可悍性分析
低碳调质钢含碳量低，合金成分的确定也都考虑了材料的可焊性，其工艺要求基本与正
火钢相似．差别是这类钢通过调质强化，故在焊接接头热影响区除了脆化外还有软化问题。

（一）热裂纹
低碳调质钢中S、P杂质控制严，含C量低、含Mn量较高．因此热裂纹倾向较小。

对一些高Ni低Mn型低合金高强调质钢（HY80），焊缝中的含Mn量可通过焊接材料加以调整，焊接热裂纹是不会产生的。

（一）热影响区的液化裂纹
液化裂纹主要发生在高Ni低Mn的低合金高强钢中.这是因为含Mn量低，对脱S不利，焊缝金属中的S和Ni、Fe形成低熔点共晶，低熔点共晶处于晶界上而产生液化裂纹。

液化裂纹产生倾向与含C量及Mn／s有关，含C量越高，要求Mn/S也较高。

如当W(C)＜0.2％，W(Mn)／W(s)＞30时，液化裂纹敏感性较小。

因此，避免液化裂纹的关键在于控制C和S 含量,保证高数值的W(Mn)／W(S)。

例如HY-80 含Ni量较高Mn／s =0.40/0.025=16 易裂
HY-130 含Ni量高于HY-80 Mn／s =0.90/0.01=90 对裂纹不敏感
此外，焊接线能量越大，金属晶粒长得越大．晶界熔化得越严重．液态晶间层存在的时间越长，液化裂纹产生的倾向越大。

（二）冷裂纹
低碳调质钢是通过加入提高淬透性的合金元素，保证获得强度高、塑性和韧性好的低碳马氏体和部分下贝氏体。

由于淬透性增加，使得CCT曲线大大右移，除非冷却速度很缓
慢，高温转变一般不会发生。

但是，这类钢马氏体含碳量很低，马氏体开始转变温度Ms较
高，在该温度下以较慢的速度冷却，形成的马氏体还能来得及进行一次“自回火”处理，所以实际上冷裂倾向并不一定很大。

若马氏体转变时冷却速度较快，得不到“自回火”效果，冷裂倾向就会增大。

例如HT-80：冷却速度小F+P、中速B+M、快冷M
马氏体开始转变温度Ms较高，大于400℃，在该温度下，以较慢的速度冷却，形成的马氏体还能来得及进行一次“自回火”处理。

（三）再热裂纹
从合金系统来说，为加强其淬透性和提高抗回火性能，加入的合金元素Cr、Mo、V、Ti、Nb、B等，大多数都能引起再热裂纹．其中V的影响最大，Mo的影响次之。

一般认为，M o-V钢、(Cr-Mo-V钢对再热裂纹较敏感；Cr-Mo 钢、Mo-B钢有一定的再热裂纹倾向，焊接时都应该注意再热裂纹问题。

多元化钢HT-80 Si-Mn-Cr-Ni-Mo-Cu-V-B含有多种促使再热裂纹的元素。

500～650℃加热2小时就出现再热裂纹。

14MnMoNbB对再热裂纹也敏感。

（五）层状撕裂
低碳调质钢的生产控制较严，其杂质含量低,纯净度高,层状撕裂的敏感性低，到目前尚
来见这方面报导。

（六）热影响区性能的变化
l、过热区的脆化
低碳调质钢的合金化是通过合金元素的作用提高其淬透性，保证获得高强度、高塑性和韧性的低碳马氏体和下贝氏体。

凡是不利形成低碳马氏体+下贝氏的原因都会引起组织塑
性和韧性下降——脆化，如由于过热造成奥氏体晶粒粗化引起的脆化；形成上贝氏体引起的脆化；由于合金化程度增加提高了奥氏体的稳定性，在贝氏体中的铁素体之间形成M-A
组元引起的脆化等。

这类钢焊接时各自都有一个韧性最佳的t8-5(800～500℃冷却时间)，在这时得到
低碳马氏体+(10～30％)贝氏体，韧性最好。

冷却时间小于该值时可得到100％低碳马氏体，韧性虽较好，但不如前者。

例如：对于HT100（B）HT100（A）HT80
t8/5有个最佳值
HT100（B）t8/5大约为90S时，组织为M+B下；大于90时B上+B下；继续增加B上HT100（A）t8/5大约为25S，组织为M+B下；大于25时B上+B下；继续增加B上；小于25为M
HT80 t8/5大约为12S，组织为M+B下；大于12时B上+B下；继续增加B上；小于12为M
随着t8/5增加，引起粗晶脆化外，主要原因还有B上和M-A组元。

2、焊接热影响区的软化
调质钢是经过淬火+高温回火热处理，获得回火索氏体组织，渗碳体为球状。

焊接时，焊接接头热影响区受到不同热循环的影响，组织发生了相应变化(变化程度和区域与焊接方法及工艺参数有关)，致使焊接接头热影响区综合机械性能低于母材(也就是说焊接调质钢，焊接接头热影响区为焊接结构强度的薄弱处)，这种影响对焊后不再进行调质处理的低碳调质钢优其显著，焊接时必须考虑到这一问题。

三、低碳调质钢的焊接工艺
低碳调质钢的组织为低碳马氏体+下贝氏体，强度和韧性都较高。

这在一般电弧焊条件下就可获得与母材相近的热影响区。

但是，为了保证焊接接头的性能制定低碳调质钢焊接工艺的主要依据一是要求在马氏体转变时冷速不能太快，以免产生冷裂；二是要求在800℃～5
00℃之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界温度。

至于热影响区的软化问题在采用小线能量的焊接后就可基本解决。

（一）焊接工艺方法和焊接材料的选择
1.焊接工艺方法
调质钢只要加热温度超过其回火温度，它的性能(综合机械性能)就会降低，问题随调质钢强度级别的提高而变得更加显著。

通常解决办法是焊后重新调质处理，尽量限制焊接过程中的热量输入。

焊接σS＞980MPa的调质钢(如HP-9-4-20，10Ni-Cr-Mo-Co等调质钢)时．
必须采用钨极氩弧焊或电子束焊之类的焊接方法。

对于σS＜980MPa的凋质钢，手工电弧焊、埋弧自动焊、熔化极气体保护焊和钨极氩弧焊都可以采用(但对σS＞686MPa的调质钢，熔化极气体保护焊是最适宜的自动焊法)。

对于输入热量多、冷却速度慢的多丝埋弧焊或电渣焊，如果必须采用就要进行焊后调质处理。

2.焊接材料
低碳调质钢焊后—般不再进行热处理，要求焊缝金属在焊接状态具有与母材近似相等
的机械性能。

特殊情况(结构刚度很大)，为避免裂纹可选择比母材强度稍低些的焊接材料。

几种调质钢的焊接材料见表
（二）焊接工艺参数的选择
主要考虑冷裂纹和脆化两方面。

防止冷裂纹要求冷却速度慢些，脆化则要求冷却速度要快些为好（M+B下）见图P41 HT-80钢冷速上限不产生冷裂纹，下限保证HAZ不产生脆化的混合组织，见阴影部分，E应该保证过热区的冷却速度刚好在该区内。

但对于大厚板，即使采用大线能量，冷速也很大，要预热来解决。

1．焊接线能量
在保证不出裂纹，满足热影响区塑性、韧性的条件下，线能量应该尽可能选择大些。

几种钢材的最大线能量见表
2．预热温度
当线能量的数值达到了最大允许值时还不能避免裂纹的发生，必须采取预热措施。

预
热主要是为了防止冷裂，但从800℃～500℃区间的冷却速度来看，由于预热减缓了该区域内的冷却速度，获得上贝氏体的可能性增加，热影响区的塑性和韧性会受到不利的影响，预热温度一般低于200℃。

几种低碳调质钢的最低预热温度和层间温度见表
3．焊后热处理
低碳马氏体+下贝氏体组织的低碳调质钢能保证其焊接热影响区在快速冷却时获得高强度及塑性和韧性，为了防止焊件脆断的消除应力退火就没有必要。

消除应力退火处理只用于要求耐应力腐蚀的焊件，为了保证材料的性能，消除应力退火的温度应比该钢材调质时的回火温度低30℃左右。