阐述14MnMoNbB钢的焊接技术工艺

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　　摘要：论文主要论述了14MnMoNbB 钢的焊接性及焊接工艺，主要对14MnMoNbB 钢的可焊性进行了分析。论述了14MnMoNbB 钢在焊接时产生的问题及防止措施。
　　关键词：14MnMoNbB钢；焊接性；焊接工艺
　　
　　1. 低合金高强结构钢概念
　　低合金钢综合性能优异，经济效益显著，是焊接结构中用量最大的一类工程材料。这类钢的应用范围广泛，涉及国民经济和国防建设的各个领域。
　　1.1低合金高强度结构钢分类及特点
　　1.1.1低合金高强度结构钢的分类
　　低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢是含碳量Wc0.20％的碳素结构钢基础上，加入少量的合金元素发展起来的，强度高于碳素结构钢 此类钢中除含有一定量硅或锰基本元素外，还含有其他适合我国资源情况的元素。
　　低合金高强度结构钢按钢的屈服强度级别及热处理状态又分为热轧及正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢。国内外常见的低合金高强钢见表1.1。
　　表1.1国内外常见的低合金高强钢
　　类型 屈服强度/MPa 国内外常见钢牌号
　　热轧及正火钢 294-490 09Mn2（Cu），09Mn2Si，16Mn（Cu），14MnNb，15MnV,15MnVN,18MnMoNb，14MnMoV
　　低碳
　　调质钢 490-980 14MnMoVN, 14MnMoNbB,T-1,HT-80,Welten-80C，NS-63,HY-130,HP9-4-20,HQ70,HQ80,HQ100,HQ13O
　　中碳
　　调质钢 880-1176 35CrMoA,35CrMoVA, 30CrMnSiA, 30CrMnSiNi2A,
　　40CrMnSiMoA, 40CrNiMoA,4340,H-11
　　
　　⑴热轧及正火钢
　　屈服强度为294-490MPa (30-50kgf/mm2)在热轧或正火的状态下使用属于非热处理强化钢，应用十分广泛。
　　⑵低碳调质钢
　　屈服强度为490-980MPa (50-100kgf/mm2)在调制状态下供货使用，属于热处理强化钢，他即有高的强度，又有较好的塑形和韧性，可以直接在调制的状态下焊接，焊后不需要调质处理。这类刚主要用于大型机械、压力容器及潜艇制造。
　　⑶中碳调质钢
　　屈服强度一般在880-1176MPa（90-120kfg/mm2）以上，钢中含碳量较高（0.25%~0.5%），常用于强度要很较高的产品或部件，如火箭发动机壳体、飞机起落架等。
　　1.1.2低合金高强度结构钢的特点
　　低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入少量合金元素（一般不超过3%）冶炼的低合金钢。这类钢碳含量低（不超过0.2%），合金元素主要有钒、铌、钛、锰、硼等，这类钢与碳素结构钢相比，强度较高、韧性好，有较好的加工性能、焊接性能和耐蚀性。
　　1.214MnMoNbB钢的化学成分及力学性能
　　14MnMoNbB钢具有强度高、综合性能好、使用寿命长、应用范围广、比较经济等优点。该钢多轧制成板材、型材、无缝钢管等，被广泛用于桥梁、船舶、锅炉、车辆及重要建筑结构中。
　　14MnMoNbB钢和部分低碳调质钢的化学成分和力学性能见表1.2，1.3。
　　表1.214MnMoNbB钢和部分低碳调质钢的化学成分
　　钢号 14MnMoNbB 14MnMoVN 15MnMoVNRE
　　C 0.12-0.18 0.14 <0.18
　　Mn 1.30-1.80 1.41 <1.70
　　Si 0.15-0.35 0.30 <0.60
　　Mo 0.45-0.70 0.47 0.35-0.60
　　V 0.13 0.03-0.08
　　S <0.03 0.025 <0.03
　　P <0.03 0.012 <0.035
　　其他 Nb-0.04B-0.001 N0.015 RE0.10-0.20
　　
　　
　　表1.3 14MnMoNbB钢和部分低碳调质钢的力学性能
　　序号 牌号 拉伸试验 冲击试验
　　 RmN/mm2 ReLN/mm2 A％ 试验温度℃ AKVJ
　　1 14MnMoVN ≥690 ≥590 ≥15 －40 ≥27
　　2 14MnMoNbB ≥755 ≥686 ≥14 －40 ≥31
　　3 15MnMoVNRE ― ≥666 ― －40 ≥27
　　
　　
　　2. 14MnMoNbB刚的焊接性分析
　　2.114MnMoNbB刚的焊接性
　　我国已开发出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。14MnMoNbB钢不含Ni、Cr但含有Nb元素。
　　14MnMoNbB刚以热轧状态或高温回火交货，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℃，600～650℃回火，空冷。具体调质处理工艺应根据刚才化学成分上、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。
　　板厚小于20mm的钢板焊接后易发生挠曲变形，对于箱型焊接结构来说，解决这种变形通常都是采用火焰方法矫正。但是，14MnMoNbB钢属于调质钢，是否可以进行火焰矫正是人们所担心的问题。实验结果表明，14MnMoNbB刚焊后进行单次货多次火焰矫正是可行的， 问题的关键在于控制加热温度和冷却速度。加热温度控制在900-1000℃范围为宜；800-500℃冷却速度以12-33℃/s为宜，即控制t8/5=9-25s范围内最好。火焰矫正后须进行650℃的局部回火处理。这样火焰矫正处理过的故为，其性能与钢板调质后的性能基本相当。4MnMoNbB刚焊接热影响区连续冷却曲线（SH-CCT）见图2.1，连续冷却转变曲线数据见表2.1；焊接连续冷却时间（t8/5）与热影响区组字组成的关系见图2.2，焊接时间（t8/5）与HAZ硬度的关系见图2.3。
　　
　　表2.114MnMoNbB钢焊接连续冷却转变曲线数据
　　编号 t8/5/s HV 组织组成/% 临界冷却时间/s
　　1 5.8 475 M100 t′b55
　　2 10 455 M100
　　3 17 455 M100
　　4 33 440 M100
　　5 79 385 M20,B80
　　6 110 350 M10,B90
　　7 187 330 M2,B98 t′m200
　　8 234 290 B100
　　9 330 290 B100
　　10 486 305 B100
　　11 840 290 B100
　　12 2024 275 B100
　　13 4020 265 B100
　　注：t′b――形成贝氏体的临界时间，t′m――形成马氏体的临界时间
　　
　　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，但随预热温度增高其硬度随之降低。根据’铁延实验“和十字接头裂纹实验结果，14MnMoNbB钢避免焊接冷裂纹产生的余热温度约为150℃，采用较低的预热温度但增加后热处理可获得同样效果。板厚 小于6mm的薄板焊接时，如果环境温度大于14℃时，采用较大规范的手弧焊可以在不预热条件下施焊。
　　
　　参考文献：
　　[1]张玉凤,霍立兴,荆洪阳;焊接构件的热处理探讨[J];宇航材料工艺;1987年05期
　　[2]吴恒春;14MnMoNbB钢的消除应力裂缝[J];石油化工设备[M];1981年04期

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