【正文】 斷的必要條件之一，也是壓力容器各種部件、封頭、筒體、卷制、熱壓成形等制造工藝的需要。CV型橫向沖擊功/J ≥315490~610≥21211 16MnR的力學(xué)性能 合金元素在16MnR的作用16MnR化學(xué)成分為:C %～%,Si≤%,Mn %～%.碳是最能提高鋼材強(qiáng)度的元素,但也易于引起焊接淬硬及焊接裂紋,所以在保證強(qiáng)度的條件下,、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、V、Nb、B等,雜質(zhì)元素P、,全面了解其中的規(guī)律性是研究、分析和預(yù)測(cè)各種低合金鋼及其焊接接頭性能的依據(jù)。16MnR中，氮作為一種合金元素被廣泛應(yīng)用。氮能與鋼中的其他合金元素形成穩(wěn)定的氮化物，這些氮化物往往以彌散的微粒分布，從而細(xì)化晶粒，提高鋼的屈服點(diǎn)和抗脆能力。因此，為了充分發(fā)揮氮作為合金元素的作用，鋼中必須同時(shí)加入Al、V和Ti等氮化物形成元素。各種元素對(duì)16MnR的力學(xué)性能和工藝性能的影響，取決于它的含量和同時(shí)存在的其它合金元素。因此，為了保證良好的力學(xué)性能和焊接性，％。添加這些合金元素主要是為了提高鋼的淬透性和馬氏體的回火穩(wěn)定性。16MnR具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性、韌性和耐磨性，采用不同的合金成分和熱處理工藝，可以獲得不同性能的鋼。低合金鋼的強(qiáng)度越高，屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度比值就越小。強(qiáng)度越高，屈強(qiáng)比越大。同時(shí)，冶金技術(shù)的進(jìn)步，尤其是計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制在冶煉、控溫、軋制和熱處理等方面的應(yīng)用，為焊接結(jié)構(gòu)用合金鋼的發(fā)展提供了重要的技術(shù)保證。普通低合金CMn鋼的鐵素體晶粒尺寸1520微米，CMnAl鋼的正火約為10微米左右，CMnNbAl正火鋼約為5微米左右。在焊接熱循環(huán)的作用下，焊縫周圍處于固態(tài)的母材發(fā)生明顯的組織變化性能的區(qū)域稱為熱影響區(qū)（HAZ），熱影響區(qū)中的不同部位經(jīng)歷了不同的熱循環(huán)，據(jù)熔合區(qū)越近，加熱的峰值溫度越高，加熱速度和冷卻速度越快，焊后的組織性能變化越大。根據(jù)熱影響區(qū)的組織狀態(tài)不同，其組織可以分為粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)、不完全重結(jié)晶區(qū)和結(jié)晶區(qū)。熱影響區(qū)的顯微組織主要是低碳馬氏體，貝氏體，MA組織和珠光體組織。焊接的問(wèn)題主要來(lái)自兩個(gè)方面：焊接裂紋和熱影響區(qū)母材性能的下降。在焊接過(guò)程中，部分熱影響區(qū)被加熱到近于鋼的熔點(diǎn)，其它部分也分別被加熱到Ac3以上或Ac1～Ac3溫度之間。若鋼的淬透性過(guò)高，在熱影響區(qū)內(nèi)必然有馬氏體形成，而且近熔合線處的晶粒也將非常粗大，鋼的熱影響區(qū)就有發(fā)生脆裂的危險(xiǎn)；若碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高時(shí)，它一方面使鋼的淬透性提高，另一方面使形成的馬氏體更脆，更硬，在熱影響區(qū)中遠(yuǎn)離熔合線的部分，其綜合機(jī)械性能也會(huì)大大降低。合金元素對(duì)鋼材焊接性能的影響，可用焊接碳當(dāng)量來(lái)估算。一般情況下，材料的硬度越高，則焊接熱影響區(qū)的硬度也越高，特別是對(duì)于那些加入各種合金元素提高材料強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)鋼，表現(xiàn)更為明顯。這就使出現(xiàn)焊接裂紋的可能性也愈大。因此，單純以焊接熱影響區(qū)的硬度或高強(qiáng)度合金綱的碳當(dāng)量來(lái)評(píng)價(jià)焊接裂紋出現(xiàn)的可能性，就往往不能作出正確的判斷。由此可知，焊接碳當(dāng)量（Cd）只能用來(lái)粗略的估計(jì)合金鋼的焊接性能。 焊接裂紋傾向由于焊接冷裂紋對(duì)高強(qiáng)度鋼的焊接結(jié)構(gòu)有嚴(yán)重的危害，近年來(lái)世界各國(guó)對(duì)高強(qiáng)度鋼的焊接冷裂紋進(jìn)行了大量的研究。焊接熔合區(qū)具有明顯的化學(xué)和物理性能不均勻性，組織性能突變，是焊接接頭中最薄弱的部位，脆性斷裂和焊接裂紋易發(fā)生在該區(qū)域，特別是高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)尤為明顯。高效的氣體保護(hù)對(duì)焊接冷裂具有比較好的作用。測(cè)定靠近焊縫邊緣部位的焊接熱循環(huán)比較困難，受實(shí)際測(cè)試手段的限制，認(rèn)識(shí)仍不統(tǒng)一，尤其是熔合區(qū)中C、H、O的分布。1) 過(guò)熱區(qū)脆化過(guò)熱區(qū)加熱溫度在1200℃—固相線溫度范圍內(nèi)，比較高的加熱溫度造成奧氏體晶粒的嚴(yán)重粗化及難溶質(zhì)點(diǎn)溶入固溶體，這些都將明顯影響過(guò)熱區(qū)的性能。所以正火鋼的韌性隨線能量的增加而下降。綜上所述，正火鋼過(guò)熱區(qū)脆化，實(shí)質(zhì)上是由于焊接熱源的高溫作用，使母材焊前正火作用消失的結(jié)果。2) 熱影響區(qū)脆化熱影響區(qū)脆化是焊接過(guò)程中在熱和應(yīng)變的同時(shí)作用下產(chǎn)生的一種應(yīng)變時(shí)效，它是由固溶的氮引起的。若鋼中加入足夠的氮化物形成元素，可以顯著降低熱應(yīng)變脆化傾向，消除熱應(yīng)力脆化的有效措施是焊后熱處理，經(jīng)600℃消應(yīng)力退火后，材料的韌性可恢復(fù)到原來(lái)的水平。兩者之比稱為屈強(qiáng)比，是一個(gè)選擇材料的重要參數(shù)，對(duì)不同的用途有不同的要求，低的屈強(qiáng)比有利于加工成形，有較高的結(jié)構(gòu)可靠性；高的屈強(qiáng)比是鋼的強(qiáng)度潛力得到較大的發(fā)揮，具有較大的抗塑性失穩(wěn)能力。16MnR焊縫金屬組織研究的重點(diǎn)是如何提高焊縫的韌性，近年來(lái)對(duì)其研究的突破性成果是發(fā)現(xiàn)了針狀鐵素體（AF），可以改善原始焊縫的低溫韌性。為了改善組織，提高韌性，對(duì)焊縫中的針狀體素體形核機(jī)制的研究具有重要的意義。但由于針狀鐵素體的形核機(jī)理目前看法仍不統(tǒng)一，有人提出TiN促進(jìn)針狀鐵素體形核，也有人認(rèn)為TiO比TiN更有效，還有的研究提出針狀鐵素體的形核與復(fù)合氧化物有關(guān)。鐵素體為塊狀時(shí)與附近組織形變不協(xié)調(diào)，易在相界處形成裂紋，并以解理斷裂方式穿過(guò)鐵素體，對(duì)應(yīng)端口形成解理臺(tái)階，斷口單元與相應(yīng)顯微組織中的塊狀鐵素體尺寸相當(dāng)，其沖擊韌性比針狀鐵素體組織時(shí)低。鋼板越厚、尺寸越大時(shí)，冷卻速度越大。②可改變因素：如焊接工藝方法、焊接規(guī)范大小和預(yù)熱溫度等，通過(guò)調(diào)節(jié)這些因素，可減少熱影響區(qū)的淬硬傾向。冷裂紋一般是在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生，有時(shí)甚至放置相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間后才產(chǎn)生（稱延遲裂紋），冷裂紋產(chǎn)生的原因是：焊接接頭處產(chǎn)生淬硬組織、焊接接頭內(nèi)含氫量較多且殘余應(yīng)力較大。在生產(chǎn)實(shí)踐中，常可調(diào)節(jié)其中一個(gè)或兩個(gè)因素以避免產(chǎn)生冷裂紋。這是因?yàn)槠浯阌矁A向大、板厚的剛性大、焊接接頭的殘余應(yīng)力也大，焊接接頭易得到淬硬組織。二減少焊接接頭的含氫量 必須嚴(yán)格控制氫的侵入，如對(duì)焊件、焊絲要嚴(yán)格清除油和銹、低氫焊條在焊前應(yīng)嚴(yán)格烘干，以降低焊縫的焊氫量。熱裂紋的特征是沿晶界開裂，裂縫表面有明顯的氧化膜顏色，多數(shù)裂紋分布在焊縫中心，沿焊縫縱向呈不規(guī)則的鋸齒形，也可能近縫區(qū)出現(xiàn)橫向裂紋。錳在鋼中可與硫形成MnS而減少硫的不良影響，因而具有抗裂作用。故其抗熱裂性比普通低碳鋼要好些。由于基本金屬是碳、硫含量一般高于焊縫金屬，在焊接時(shí)減少金屬的熔合比，可降低普通的碳、硫含量而減少熱裂傾向。寬而淺的焊縫使偏析物浮于焊縫表面，熱裂傾向小。被加熱到1200℃以上的熱影響區(qū)可能產(chǎn)生粗晶區(qū)脆化，韌性明顯降低。對(duì)于含碳量較少的熱軋鋼，應(yīng)選用較小的焊接線能量；對(duì)含碳量偏高的熱軋鋼，焊接線能量要適中；對(duì)于含碳、氮化物形成元素的正火鋼，應(yīng)選用較小的焊接線能量。對(duì)于CMn系熱軋鋼及含氮量較高的鋼，一般認(rèn)為熱應(yīng)變脆化是由于氮、碳原子聚集在位錯(cuò)周圍，對(duì)位錯(cuò)造成釘軋作用造成的。熔合區(qū)易于產(chǎn)生熱應(yīng)變脆化與此區(qū)域常存在缺口性質(zhì)的缺陷和不利組織有關(guān)。層狀撕裂發(fā)生在具有角接接頭或丁字接頭的厚板焊接結(jié)構(gòu)。合理選擇層狀撕裂敏感性小的鋼材、改善接頭形式以減輕鋼板Z向所承受的應(yīng)力應(yīng)變、在滿足產(chǎn)品使用要求的前提下選用強(qiáng)度級(jí)別低的焊接材料或采用預(yù)熱及降氫等措施，有利于防止層狀撕裂的發(fā)生。低合金高強(qiáng)度鋼具有高的屈服強(qiáng)度與良好的塑性和韌性，有良好的焊接性能，具有一定的耐蝕性，熱加工性能和低碳鋼相近。各種合金元素對(duì)低合金鋼組織和性能的影響是很復(fù)雜的。碳量高還會(huì)降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場(chǎng)的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。%,硅就算合金元素。－%的硅，強(qiáng)度可提高15－20%。含硅1－4%的低碳鋼，具有極高的導(dǎo)磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。 Mn的影響在煉鋼過(guò)程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，－%。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機(jī)鏟斗，球磨機(jī)襯板等。 Mo的影響鉬能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力(長(zhǎng)期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱蠕變)。還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。 Nb的影響鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過(guò)熱敏感性及回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性和韌性有所下降。鈮可改善焊接性能。 20MnMoNb的焊接性分析鋼的焊接性主要取決于化學(xué)成分，鋼種元素對(duì)焊接性影響最大的是C，20MnMoNb屬于低合金高強(qiáng)化鋼，C及合金元素的含量比較高，故20MnMoNb的冷裂大，焊接性差。 熱軋及正火鋼的含碳量比較低，并且含有一定的錳，Mn/S比值一般可以達(dá)到防止結(jié)晶裂紋的要求，20MnMoNb鋼的焊接時(shí)若碳和硫同時(shí)居上限或存在嚴(yán)重的偏析，則有產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的可能。、硫和錳對(duì)結(jié)晶裂紋的影響曲線可知，為了防止結(jié)晶裂紋，應(yīng)在提高焊接錳量的同時(shí)降低碳、硫的含量。 C、S、Mn對(duì)焊接接頭結(jié)晶裂紋的影響防止結(jié)晶裂紋的措施主要從冶金和工藝兩個(gè)方面著手，其中冶金方面更重要一些。生成冷裂紋的三個(gè)基本因素如下：（1） 氫的影響 導(dǎo)致接頭產(chǎn)生冷裂紋的氫主要是擴(kuò)散氫。例如，用含有較多有機(jī)物的焊條（如氧化鈦纖維素型）進(jìn)行焊接，出現(xiàn)了大量的焊道下裂紋；而用低氫型焊條焊接時(shí)，則出現(xiàn)或很少出現(xiàn)焊道裂紋。 電弧氣氛中含氫量對(duì)焊道下裂紋率的影響 a）試件尺寸 b）裂紋率與氣氛中的含碳量（2） 鋼的淬透性 一般來(lái)說(shuō)鋼的淬硬傾向越大，則接頭中出現(xiàn)馬氏體的可能性越大越易產(chǎn)生冷裂紋。這個(gè)規(guī)律對(duì)各種鋼都是適用的，只是鋼種的化學(xué)成分不同時(shí)，因馬氏體的形態(tài)不同而產(chǎn)生冷裂紋的臨界馬氏體含量不同。（3）焊接接頭的拘束應(yīng)力 焊接接頭的拘束應(yīng)力包括接頭在焊接過(guò)程中因加熱不均勻所承受的熱應(yīng)力、相變力、結(jié)構(gòu)自身幾何因素所決定的內(nèi)應(yīng)力。上述三個(gè)要素的作用是相互聯(lián)系，相互制約的，不同條件下起主要作用的因素不同。 馬氏體含量與冷卻速度的關(guān)系及其對(duì)熱影響區(qū)冷率的影響RF—拘束度 消除應(yīng)力裂紋消除應(yīng)力裂紋又稱為再熱裂紋。即焊后再熱時(shí)，在殘余應(yīng)力松弛過(guò)程中，粗晶區(qū)應(yīng)力集中部位的晶界滑動(dòng)變形量超過(guò)了該部位的塑性變形量超過(guò)了該部位的塑性變形能力，就會(huì)產(chǎn)生消除應(yīng)力裂紋。防止消除應(yīng)力裂紋的措施：（1） 選用對(duì)消除應(yīng)力裂紋敏感性低的母材；（2） 選用低強(qiáng)高塑性的焊接材料；（3） 控制結(jié)構(gòu)剛性與焊接殘余應(yīng)力；（4） 工藝方面的措施； 1）預(yù)熱 預(yù)熱可減少馬氏體的冷卻速度，減少馬氏體裂紋的產(chǎn)生。3)控制線能量 選用小的線能量可降低裂的概率。一般認(rèn)為MoV鋼，特別是CrMoV鋼對(duì)消除應(yīng)力裂紋的敏感性最高，MoB鋼、CrV鋼也有一定的敏感性。 層狀撕裂層狀撕裂產(chǎn)生的根本原因是鋼中存在夾雜物。這種片狀?yuàn)A雜物的存在，大大削弱鋼板在厚度方向的力學(xué)性能，特別是斷面收縮率（Ak）大大降低。（2）防止母材脆化 焊接中發(fā)生過(guò)熱區(qū)粗晶脆化、應(yīng)變時(shí)效脆化及氫脆等，母材層狀撕裂的敏感性明顯增加，在焊接中應(yīng)采取預(yù)熱、保溫緩冷、控制層間溫度等降低冷卻速度?？梢跃徍秃缚p根部的應(yīng)力分布并減小應(yīng)力集中。3）對(duì)于T形接頭可在橫板上預(yù)堆焊一層強(qiáng)度低的金屬，以防止出現(xiàn)焊根裂紋，可緩解作用在橫板上Z向應(yīng)力。 過(guò)熱區(qū)的加熱溫度在1200℃～固相溫度范圍內(nèi)，高的加熱溫度造成奧氏體晶粒嚴(yán)重粗化及難熔質(zhì)點(diǎn)（氮化物、碳化物）溶入固溶體，在這些都將明顯影響過(guò)熱區(qū)的性能。 正火鋼的過(guò)熱區(qū)催化的原因與魏氏組織無(wú)關(guān)，除晶粒粗化外，主要是由于在1200℃的高溫下，起沉淀強(qiáng)化作用的碳化物、氮化物質(zhì)點(diǎn)分解并溶解于奧氏體中，而在隨后的冷卻過(guò)程中來(lái)不及在析出而固溶在基體中，結(jié)果使鐵素體的硬度上升，韌性下降。其實(shí)質(zhì)是由于焊接熱源的高溫作用，使母材焊前的正火效果消失的結(jié)果。 熱應(yīng)變脆化是焊接過(guò)程中在熱和應(yīng)變同時(shí)作用下產(chǎn)生的一種應(yīng)變時(shí)效，它是由于固溶的氮所引起的。一般認(rèn)為在200～400℃是最為明顯，消除應(yīng)變脆化的有效措施是進(jìn)行焊后熱處理，經(jīng)600℃左右的消除應(yīng)力退火后，材料的韌性可恢復(fù)到原來(lái)的水平。也就