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第一章 低合金钢的成分与性能 1

第一节 低合金钢概述 2

一、低合金钢的分类及特征 2

1．高强度钢 2

2．铬-钼耐热钢 7

3．低温钢 11

4．耐蚀钢 12

二、钢铁冶金技术的现代化 14

1．炼钢技术 14

2．轧钢技术 15

3．热处理技术 15

4．微合金化技术 16

第二节 国产低合金钢的成分与性能要求 16

一、采用推荐标准的高强度钢和专业用钢的成分与性能要求 16

1．低合金高强度结构钢（GB/T 1591—2008） 16

2．高强度结构钢用调质钢板（BG/T 16270—2009） 20

3．高耐候结构钢（GB/T 4171—2008） 22

4．石油天然气输送管线用宽厚钢板（GB/T 21237—2007） 23

5．建筑结构用钢板（GB/T．19879—2005） 24

6．低焊接裂纹敏感性高强度钢板（YB/T 4137—2005） 26

二、采用强制标准的专业用钢的成分与性能要求 26

1．船舶及海洋工程用结构钢（GB 712—2011） 26

2．桥梁用结构钢（GB 714—2008） 29

3．锅炉和压力容器用钢板（GB 713—2008） 30

4．低温压力容器用低合金钢钢板（GB 3531—2008） 31

5．压力容器用调质高强度钢板（GB 19189—2011） 32

6．焊接气瓶用钢板和钢带（GB 6653—2008） 33

第三节 国外低合金钢的成分与性能 33

一、民用低合金高强度钢 33

1．日本开发的系列高强度结构钢 33

2．欧洲及美国开发的高强度管线用钢 35

二、潜艇用低合金高强度高韧性钢 36

1．美国的潜艇用低合金高强度高韧性钢 36

2．日本的潜艇用低合金高强度钢 36

第二章 低合金钢用焊接材料的成分与性能 37

第一节 对焊接材料的熔敷金属成分和性能要求 37

一、电弧焊焊条 39

1．非合金钢和细晶粒钢焊条（GB/T 5117—2012） 39

2．热强钢焊条（GB/T 5118—2012） 44

3．高强度钢焊条（ISO 18275-B—2005） 46

二、气体保护焊用实心焊丝和保护气体 48

1．非合金钢和细晶粒钢用气保焊焊丝（ISO 14341-B—2002） 48

2．非合金钢和细晶粒钢TIG焊接用填充丝和焊丝（ISO 636-B—2004） 49

3．高强度钢气保护焊用焊丝和填充丝（ISO 16834-B—2006） 50

4．保护气体的分类 51

三、气体保护焊和自保护焊用药芯焊丝 53

1．非合金钢和细晶粒钢气体保护焊和自保护焊用药芯焊丝（ISO 17632-B—2004） 53

2．热强钢用气体保护焊药芯焊丝（ISO 17634-B—2004） 54

3．高强钢气体保护焊和自保护焊用药芯焊丝（ISO 18276-B—2005） 56

四、埋弧焊接用焊丝和焊剂 57

1．非合金钢和细晶粒钢埋弧焊接用焊丝和焊丝-焊剂组合（ISO 14171-B—2002） 57

2．热强钢埋弧焊接用实心焊丝、药芯焊丝和焊丝-焊剂组合（ISO 24598-B—2007） 59

3．高强钢埋弧焊接用实心焊丝、药芯焊丝和焊丝-焊剂组合（ISO 26304-B—2008） 61

4．埋弧焊用焊剂（ISO 14174—2004） 64

第二节 影响焊缝金属力学性能的因素 65

一、化学成分对焊缝组织和性能的影响 66

1．低碳低合金焊缝组织类别及其形貌特征 66

2．合金成分对焊缝金属组织的影响 70

3．合金成分对焊缝金属性能的影响 73

二、微量元素硼和钛对焊缝韧性的影响 74

1．硼对焊缝组织和韧性的影响 74

2．钛对焊缝组织和韧性的影响 78

3．在贝氏体-马氏体焊缝中钛、硼对组织和相变的影响 80

三、含氧量对低合金钢焊缝组织和韧性的影响 82

1．含氧量对焊缝相变温度和组织的影响 82

2．含氧量对低、中强度焊缝韧性的影响 82

3．含氧量对高强度焊缝韧性的影响 84

4．含氧量对电渣焊焊缝韧性的影响 87

四、焊接规范参数的影响 88

1．冷却速度的计算及其对焊缝力学性能的影响 88

2．焊接规范参数对屈服强度590MPa级焊缝金属性能的影响 90

3．焊接规范参数对屈服强度785MPa级焊条的焊缝金属性能影响 91

五、焊后热处理对焊缝金属力学性能的影响 92

1．焊后热处理对屈服强度690MPa级焊缝金属性能的影响 92

2．焊后热处理对屈服强度785MPa级焊缝金属性能的影响 96

第三节 焊接材料产品性能简介 99

一、国内研发的焊条 99

1．高效率铁粉焊条 99

2．低合金高强度钢焊条 103

3．-90C低温钢用焊条 105

4．低合金耐蚀钢用焊条 108

二、国内研发的埋弧焊用焊剂和实心焊丝 111

1．785MPa级高强度钢用熔炼焊剂 111

2．590MPa级高强度钢用烧结焊剂 115

3．黏结焊剂的降氢途径探索 117

4．低合金钢埋弧焊接用实心焊丝 119

三、国内研发的气体保护焊用实心焊丝和药芯焊丝 121

1．气体保护焊用实心焊丝 121

2．气体保护焊用药芯焊丝 123

四、国外使用的焊接材料产品 126

1．美国的潜艇钢用高强度高韧性焊接材料 126

2．日本的潜艇钢用高强度高韧性焊接材料 128

3．曼彻特公司生产的铬-钼耐热钢用焊接材料 129

4．国外知名公司生产的结构钢用气保护药芯焊丝 129

5．日本神钢生产的低温钢用药芯焊丝 136

第三章 有关低合金钢及其焊接方面的基础性研究 141

第一节 低合金钢中硼化物析出行为 141

一、硼化物的析出特性 141

1．快速冷却过程中硼化物的析出 142

2．恒温过程中硼化物的析出 143

3．硼化物的析出特性模式 144

二、钢中MnS对BN析出行为的影响 144

1．奥氏体化温度对BN分布状态的影响 145

2．850℃保温时BN的再析出和分布状态 146

第二节 低合金钢焊缝中扩散氢的逸出及残余氢量 148

一、扩散氢的逸出行为 148

1．常温下扩散氢的逸出 148

2．高温下扩散氢的逸出 150

二、残余氢的释放及影响因素 151

1．组织和硬度对残余氢量的影响 151

2．焊缝含氧量对残余氢量的影响 151

3．扩散氢含量对残余氢量的影响 152

第三节 气体保护焊的保护效果研究 152

一、施工条件及控气参数对保护效果的影响 153

1．风速对气体保护焊接时保护效果的影响 153

2．保护气体流量对含氮量的影响 155

3．厚板焊接时控气参数对熔敷金属含氮量的影响 156

二、含氮量对气孔及焊缝性能的影响 160

1．保护气体中加入的氮量与熔敷金属中含氮量的关系 161

2．熔敷金属含氮量与力学性能的关系 161

第四节 焊条电弧焊的气孔成因分析 163

一、焊缝中气孔的分布及形貌 163

二、焊缝中气孔的形成与水分及扩散氢的关系 165

三、焊缝中气孔的成因分析 165

第五节 电弧焊的熔滴过渡及其对焊接施工的影响 167

一、电弧焊接的熔滴过渡形态分类 167

1．颗粒过渡 169

2．喷射过渡 170

3．短路过渡 172

4. 渣保护过渡及其他 172

二、药芯焊丝焊接的熔滴过渡形态 173

1．熔渣型药芯焊丝的熔滴过渡形态 173

2．金属粉型药芯焊丝的熔滴过渡形态 173

三、熔滴过渡形态对飞溅和发尘量的影响 174

1．熔滴过渡形态对飞溅的影响 174

2．熔滴过渡形态对发尘量的影响 175

第四章 低合金钢的焊接特性 177

第一节 焊接热影响区的韧性与静载断裂特性 177

一、模拟焊接热影响区的组织与韧性 177

1．10Ni5CrMoV钢模拟热影响区的组织与韧性 177

2．Cr4-Al系耐蚀钢模拟热影响区的组织与韧性 182

3．HQ100钢模拟热影响区与实际热影响区的韧性比较 184

二、焊接热影响区的静载断裂特性 185

1．10Ni5CrMoV钢的静载断裂特性 186

2．HQ100钢的临界断裂应力 190

3．Cr4-Al钢的临界断裂应力 190

第二节 焊接接头的抗动载性能及试验方法 191

一、低合金钢焊接接头的抗动载性能 191

1．脆性和延性断裂的裂纹产生与扩展 192

2．脆性和延性断裂的断口特征及形貌 192

二、焊接接头的抗动载性能试验方法 194

1．示波冲击试验 195

2．宽板拉伸试验 197

3．动态撕裂试验（又称DT试验） 198

4．落锤试验（简称NDT试验） 199

5．落锤撕裂试验（简称DWTT试验） 200

6．爆炸试验 200

7．模拟结构破坏试验 202

三、焊接接头的强度匹配和韧性评定 203

1．焊接接头的强度匹配 203

2．关于焊缝的韧性评定 205

第三节 低合金钢的焊接裂纹及试验方法 207

一、低合金钢焊接裂纹简述 207

1．纵向裂纹的位置和扩展途径 207

2．横向裂纹的分布及断口形貌 209

3．扩散氢在焊缝厚度上的分布及临界含氢量 212

二、焊接裂纹试验方法及其应用 214

1．焊接裂纹试验方法 214

2．几种高强度钢的焊接裂纹试验结果 217

三、低合金钢焊接裂纹的预防措施 222

1．焊接材料的再烘干与保管 222

2．高强度钢的焊接施工参数 225

3．铬-钼耐热钢的焊接施工参数 226

参考文献 229