【文章內(nèi)容簡介】 177。 177。 177。 177。 177。2 177。1 177。 177。 177。2 ≤%B 且最小 ≤%B 且最小m % 長 度 % 長 度 177。 177。 2 3 8 SM490B 0 20 或 40 27 47 9 SM490C 23(t50) 0 47 47 14 10 JIS G 3106 1999 SM490YA 365(t≤ 16) 355(t1640) 335(t4075) 490610 19(t≤ 5) 15(t516) 19(t1650) 21(t50) / / / 47 177。 177。 177。 177。2 177。 177。 177。 177。 177。 177。2 177。1 177。 177。 177。2 ≤%B 且最小 ≤%B 且最小 0..15 % 長 度 % 長 度 177。 177。 2 3 11 JIS G 3106 1999 SM490YB 0 20 或 40 27 47 12 JIS G 3106 1999 SM520B 365(t≤ 16) 355(t1640) 335(t4075) 520640 19(t≤ 5) 15(t516) 19(t1650) 21(t50) 0 20 或 40 27 47 177。 177。 177。 177。2 177。 177。 177。 177。 177。 177。2 177。1 177。 177。 177。2 ≤%B 且最小 ≤%B 且最小m % 長 度 % 長 度 177。 177。 2 3 13 JIS G 3106 1999 SM520C 0 20 或 40 47 47 15 3. 海洋工程結(jié)構物用鋼材焊接特點 海洋工程結(jié)構物由于服役條件比較惡劣，結(jié)構設計不同于普通鋼結(jié)構，對焊縫綜合機械性能要求比較高，因此，要求母材必需有良好的可焊性。海洋工程結(jié)構用鋼通常有用于次要結(jié)構的低碳鋼；主要結(jié)構的熱軋 和正火高強度鋼及重要構件的低碳調(diào)質(zhì)高強度鋼及油水處理系統(tǒng)的工藝管線用的低碳鋼、不銹鋼、雙相不銹鋼、銅 鎳合金管材等，這幾種鋼的焊接特點如下： （ 1） 低碳鋼的焊接 低碳鋼的含碳量 ≤ %，可焊性良好。其焊縫金屬中的含碳量一般均低于母材，焊縫金屬依靠提高硅、錳的含量和弧焊所具有的較高的冷卻速度而達到與母材等強。但冷卻速度過快會使接頭塑性及韌性下降。因此在寒冷的冬季施工，焊接厚板、大拘束度結(jié)構時需要焊前預熱及焊后保溫緩冷。 AWS 標準規(guī)定，環(huán)境溫度低于 20℃時禁止施焊。當母材的 含碳量 接近上限時，焊縫的抗 熱裂性能下降，如焊接不當，有產(chǎn)生熱裂紋的傾向，因此采用堿性低氫型焊材有利于避免產(chǎn)生熱裂紋。為避免焊縫接頭過熱，焊接時應避免熱輸入過大。 （ 2） 熱軋和正火高強度鋼的焊接 屈服強度在 294345Mpa的熱軋 鋼屬于 CMn 和 MnSi 系的鋼種，同時添加 V、 Nb 微量元素，起細化晶粒及沉淀強化的作用。這類鋼有較好的塑性和韌性，碳當量低，可焊性較好，熱影響區(qū)的淬硬傾向比低碳鋼大，一般不需采取特殊的焊接工藝措施。在厚板、接頭拘束度大及低溫環(huán)境下焊接時，為防止冷裂紋的產(chǎn)生，必須嚴格控制熱輸入、焊前預熱及焊后熱處理等工藝措施。這 類鋼材是海洋工程主結(jié)構主要用料。 屈服強度在 345490Mpa的 正火鋼，是在固溶強化的基礎上，通過細化晶粒及沉淀強化來進一步提高強度及保證韌性的一類低合金高強度鋼。此類鋼隨碳當量的增加，淬硬傾向加大，因此，碳當量控制在 %以下，以防止焊縫熱影響區(qū)出現(xiàn)硬脆馬氏體組織而導致熱影響區(qū)塑、韌性的降低；抗應力、腐蝕性能惡化；增大冷裂紋傾向。 因此，在制定這類鋼的焊接工藝時要特別注意“軟組織或臨界硬度”的控制。要根據(jù)結(jié)構形式和母材厚度，確定熱輸入和預熱溫度，以控制 熱影響區(qū)的冷卻速度。焊接預熱有利于改善母材的焊接 性，防止焊縫與 熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋，減小焊接變形，提高 焊縫金屬與 熱影響區(qū)的塑性及沖擊韌性。 AWS 標準根據(jù)所采用的焊接方法和所焊鋼材的強度、厚度，推薦了這類鋼的最低預熱溫度與層間溫度。 目前，我國的鋼鐵冶煉技術達到了較高的水平，同時，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對鋼材的綜合性能要求越來越高，促進了鋼鐵行業(yè)的發(fā)展。海洋鋼結(jié)構用鋼由于要求比較高，其綜合機械性能必須滿足相關國際規(guī)范規(guī)定的技術要求，如碳當量、低溫韌性、斷面收縮率等。對海洋鋼結(jié)構的管節(jié)點處等特殊部位鋼材還要求為具有“ Z”向性能， 衡量鋼材抗層狀撕裂性能（ “ Z”向性能） 的指標一是鋼材的 Z向塑性，二是鋼材的夾雜物含量。通常要求 Z35鋼。 對于這種抗層狀撕裂鋼，要求 鋼材的厚度方向的斷面收縮率最低 35%（ Z35）。這種鋼材在冶煉時需特殊的工藝，特別是控制“ S”的含量，要求硫的含量小于 %，同時采取控制軋制及正火處理。 焊接具有 抗層狀撕裂鋼時必需 采用合適的焊接工藝， 減少焊道數(shù)，采用對稱的焊接順序。合適的線能量、預熱溫度，以及采用低氫型焊接材料一方面減少了冷裂傾向，同時也減少了由于冷裂紋誘發(fā)的熱影響區(qū)層狀撕裂及熱影響區(qū)脆化傾向，也增加了金屬本身的抗層狀撕裂傾 向。 在上個世紀九十年代之前，海洋鋼結(jié)構的主結(jié)構用管材、板材及型材，包括工藝管線用管材及管件均需要進口，如美國、日本、德國及韓國等。從上個世紀九十年代初期開始，隨著國內(nèi)鋼鐵冶煉技術的不斷發(fā)展，已經(jīng)有多家鋼鐵公司具備了生產(chǎn)海洋鋼結(jié)構用鋼的條件，進口鋼材逐漸被國產(chǎn)鋼材所替代。現(xiàn)在的海洋工程鋼結(jié)構用鋼已全部國產(chǎn)化，無論從質(zhì)量、性能，特別是可焊性方面都達到了海洋鋼結(jié)構用鋼的要求，并且制定了相關的國家標準。目前海洋鋼結(jié) 16 構用鋼普遍采用 GB 7122020《船體用結(jié)構鋼》標準，主要是中、厚板材，最厚板材厚度達到100mm，低溫沖擊溫度達到 60℃ ，在焊接性方面已達到國外同等水平，是目前我國海洋鋼結(jié)構主要的使用鋼材。 （ 3） 低碳調(diào)質(zhì)高強度鋼的焊接 低碳調(diào)質(zhì)高強度鋼 的 強度一般在 441980Mpa，在控制含碳量 %以下時，能保證良好的綜合性能和焊接性，不僅具有高強度和高塑、韌性。而且有良好的可焊性。這類鋼熔化焊的基本原則有：① 從奧氏體化的熱影響區(qū)冷卻下來的速度達到一定程度，以便獲得低碳馬氏體或下貝氏體組織。②為避免產(chǎn)生冷裂紋，必須嚴格保持低氫條件。 這類鋼的熱影響區(qū)的高強度和高塑、韌性是靠低碳馬氏體或下貝氏體提供的。如熱影 響區(qū)的冷卻速度過低，則奧氏體將轉(zhuǎn)變成粗大的貝氏體，其強度及韌性下降。所以在擬定此類鋼的焊接工藝時必須協(xié)調(diào)好焊件厚度、預熱溫度和線能量等參數(shù)之間的關系，以便在避免產(chǎn)生冷裂紋的同時，保證熱影響區(qū)有合適的冷卻速度，從而獲得所要求的機械性能。 焊接 低碳調(diào)質(zhì)鋼時，盡管 熱影響區(qū)最高硬度不太高并有高的韌性，但氫仍是促成冷裂紋的重要因素，在整個工藝過程中要嚴格保持低氫條件。焊接材料中的氫和水分，坡口表面的潮濕、油跡等都嚴重影響焊接質(zhì)量。此外，焊接工藝及參數(shù)的選擇，應力求有利于使焊縫金屬中的擴散氫含量最低。在保持冷卻速度不低 于臨界值的條件下，除適當選用預熱溫度和焊接線能量外，還需適當控制層間溫度。必要時采用后熱以加速氫的擴散逸出。 （ 4） 不銹鋼的焊接 1) 不銹鋼的種類 不銹鋼是通俗稱呼，按用途來講能抗大氣腐蝕就叫不銹鋼；能抵抗化學介質(zhì)酸腐蝕的稱為不銹耐酸鋼；能耐高溫的稱為抗氧化熱強鋼。按組織狀態(tài)分為馬氏體、鐵素體、奧氏體、奧氏體 — 鐵素體及沉淀硬化型不銹鋼。 不銹鋼中最重要的元素是鉻，按性能需要還添加一些其它合金元素如 Ni、 Mo、 Ti、 Nb等。氧化鉻的致密薄膜對鋼起保護作用，防止內(nèi)部繼續(xù)腐蝕。按照電位腐蝕理論，鉻的抗腐性能隨含量為 13%、 17%、 25%而跳躍上升，所以不銹鋼的含鉻量都圍繞這種含量。碳能與鉻化合使鉻失去抗腐能力，特別是在晶間易產(chǎn)生晶間腐蝕，所以不銹鋼幾乎都是低碳、超低碳的。加入 Ti或 Nb就是使之優(yōu)先與碳化合，保證鉻的有效含量，加入的 Ti量約為 5倍碳含量， Nb為 8倍碳含量，這樣，在敏化溫度（ 450℃ 850℃ ）加熱，不會有碳化鉻析出。其它元素的作用分別化成鉻當量和鎳當量， 不銹鋼通常要在熱處理后使用；馬氏體不銹鋼在淬火加回火狀態(tài)下使用；鐵素體不銹鋼在退火狀態(tài)使用；超低碳不銹鋼可不經(jīng)固溶處理使用。固溶處理是把奧氏體不銹鋼加熱 到 1050℃1080℃ ，鐵素體不銹鋼加熱到 1050℃ ，按工件截面大小保溫 24h，使鉻的碳化物重新擴散溶入固溶體中，然后把鋼放入水或油中迅速冷卻，使碳化鉻來不及析出而獲得抗晶間腐蝕能力。含Ti或 Nb的奧氏體不銹鋼在 800℃ 以下使用時，一般要經(jīng)過穩(wěn)定化處理，即在固溶化處理后，再加熱到 850℃ 900℃ 保溫 24h，使 Ti或 Nb與碳化合，從而保護鉻，起抗腐蝕作用。 2) 不銹鋼的焊接特點 不同類型的不銹鋼，焊接性能是不一樣的。鉻鎳奧氏體型不銹鋼的焊接性，一般說是比較好的，它雖然是高合金鋼，但不要求預熱，然而焊 接材料選擇不當，焊接工藝不合理或沒嚴格遵守焊接工藝，都是會出現(xiàn)問題。主要問題是降低焊接接頭的抗晶間腐蝕能力和焊縫出現(xiàn)熱裂紋。另外還可能有下面所說的 475℃ 脆性和 !相脆性問題。 焊接鐵素體型不銹鋼時有產(chǎn)生脆化和冷裂紋的傾向。過熱區(qū)晶粒粗大難以熱處理細化，常溫沖擊韌性低。鉻含量越高，高溫停留時間越長，脆性傾向越嚴重。當焊縫或熱影響區(qū)在 400℃ 17 600℃ 或 650℃ 850℃ 溫度范圍停留時間過長，還可能出現(xiàn)所謂 475℃ 脆性或 σ相脆性。前者有人認為與鉻的氧化有關，近來研究發(fā)現(xiàn)是由于鉻鐵素體的有序化造成的，后者則是鐵素 體轉(zhuǎn)變成脆性的 σ相引起的。馬氏體型不銹鋼具有強烈的淬硬和冷裂傾向，含碳越高越敏感，因此要控制預熱溫度和層間溫度在馬氏體始變溫度（ 450℃ ）和終變溫度（約 200℃ ）之間，并控制冷卻速度。焊后還要回火（約 730℃ 790℃ ）。為防止晶粒粗化，回火不能從預熱或?qū)娱g溫度直接加熱處理，而應冷卻到 150120℃ ，保溫 2h，奧氏體變成馬氏體，然后再及時加熱回火處理，以獲得具有足夠韌性的細晶粒組織。沉淀硬化型不銹鋼由于經(jīng)歷了 3個步驟的熱處理，即固溶處理、以固溶處理溫度淬火和時效處理，焊接熱循環(huán)使近縫區(qū)再受到熱處理，出現(xiàn)了 熔化區(qū)、固溶區(qū)和過時效區(qū)。固溶區(qū)一方面軟化，另一方面晶粒粗大，要作焊后時效處理后才能使之硬化。但時效區(qū)則不能因此而硬化，必須再次固溶處理、淬火和時效處理才行。此外，焊接沉淀硬化合金還有熱影響區(qū)裂紋問題。這種裂紋通常是位于近熔合線的微裂紋，與焊縫的熱裂紋相似，可以通過控制母材成分來防止，如控制產(chǎn)生低熔共晶的成分。 ① 奧 氏體不銹鋼焊接 奧氏體不銹鋼具有良好的焊接性能，但必須正確選用焊接材料和焊接工藝，才能防止焊接接頭出現(xiàn)熱裂紋和晶間腐蝕。 ? 熱裂紋 焊接奧氏體不銹鋼時，主要是其枝晶方向性強，線膨脹系數(shù)大，焊縫冷 卻時收縮應力大，容易出現(xiàn)熱裂紋，并且變形傾向大。生產(chǎn)上采用焊縫金屬為奧氏體 鐵素體雙相組織的焊條焊接奧氏體不銹鋼；采用低氫焊條促使焊縫金屬晶粒細化，減少焊縫中的有害雜質(zhì)，提高焊縫的抗裂性；采取盡量快的焊速，等待焊層冷卻后再焊下一道，以減小焊縫過熱；焊接結(jié)束或中斷，收弧要慢，填滿弧坑，防止弧坑裂紋；選用較小的焊接電流。 ? 晶間腐蝕 奧氏體不銹鋼在 450850℃ 停留時，奧氏體晶粒內(nèi)的碳會以 ，使晶界的晶粒表層貧 Cr。當在腐蝕性介質(zhì)中，晶間貧 Cr 層就會遭到腐蝕破壞。在焊接過程中，母材和焊縫金屬的局部區(qū)域在此危險溫度區(qū)間內(nèi)停留時，會給焊接接頭造成晶間腐蝕。有時焊后進行熱處理也會造成晶間腐蝕。生產(chǎn)中為避免晶間腐蝕，采用盡可能快的焊接速度；焊條不橫向擺動；多焊道時，等前一道焊縫冷卻到 60℃ 左右時再焊下一道；與腐蝕介質(zhì)接觸的焊縫最后焊接；盡量減少焊接接頭在危險溫度范圍內(nèi)的停留時間。 ② 鐵素體型不銹鋼的焊接 ? 熱影響區(qū)晶粒急劇長大， 475℃ 和 σ相析出而會引起接頭脆化。 ? 在溫度高于 1000℃ 的熔合線附近快速冷卻時，會產(chǎn)生晶間腐蝕。但經(jīng) 650850℃ 加熱，隨后緩冷，則可消除。 ? 焊前可預熱防止裂 紋產(chǎn)生。焊接時，采用小電流、快速、焊條不擺動焊法。 ? 多層焊時，要控制層間溫度，待前條焊道冷卻到預熱溫度后，再焊下一焊道。 ③ 雙相和超雙相不銹鋼的焊接 雙相和超雙相不銹鋼以其優(yōu)良的性能，具有良好的耐應力腐蝕性、抗點蝕、抗縫隙腐蝕及晶間腐蝕能力，而越來越受到重視。雙相和超雙相不銹鋼管、板、通用聯(lián)接件和鍛件等在顯微組織上的奧氏體 鐵素體比例近似為 50： 50，這種組織與總合金量一起賦予該合金以下特點； ? 比標準不銹鋼的強度高； ? 在廣泛的環(huán)境內(nèi)一般耐腐蝕性很好； ? 有很強的抗氯化物引起的應力腐蝕裂紋 (CSCC)的能力； ? 在氯化物環(huán)境（例如海水）中強耐點蝕能力； 18 這種合金在海洋石油和天然氣、化工和石化工業(yè)中得到了廣泛的應用，例如管道系統(tǒng)、溢水口、集流管等。因其鐵素體及奧