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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