热轧正火钢的焊接性存在哪些主要问题

    答：热轧钢是屈服点为295~392MPa的低合金高强度钢，主要通过合金元素的固溶强化获得高强度。为保证这类钢有较好的焊接性和缺口韧性，在热轧状态下使用时一般都控制σs在340MPa的水平。热轧正火钢是一种非热处理强化钢，一般在热轧、控轧、正火、正火加回火状态下供货，使用时不进行热处理。

    热轧正火钢焊接性存在以下主要问题：

   (1)热影响区脆化。

    ①过热区脆化。过热区是指热影响区熔合线附近母材被加热至1100℃以上的区域，又叫粗晶区。热轧钢过热区脆化与含碳量及线能量的大小有密切关系。导致热轧钢过热区脆化的主要原因是焊接热输入偏高，使该区的奥氏体晶粒严重长大，形成魏氏体组织及其他塑性低的混合组织，从而使过热区脆化。因此，Q345 (16Mn)等固溶强化的热轧钢焊接时，宜采用适当低的热输入等工艺措施来抑制过热区奥氏体晶粒长大及魏氏体组织的出现，这是防止过热区脆化的关键。

    正火钢过热区脆化与热轧钢不同，其热过敏性比热轧钢大，这是因为两者合金化方式不同。正火钢焊接时，如果在1100℃以上的热影响区内停留时间较长，就会使原来在正火状态下弥散分布的沉淀强化相的细晶组织溶解到奥氏体中，在冷却过程中削弱了抑制奥氏体晶粒长大及细化晶粒的作用，又因降低了Ti的扩散能力，使Ti来不及析出而保留在铁素体中，导致铁素体硬度升高、韧性降低，这是造成正火钢过热区的主要原因。因此采用小的热输入焊接正火钢是避免过热区脆化的有效措施。如果为了提高正火钢焊接生产率而采用大热量输入焊接，在这种情况下，焊后需要采用800~1100℃的正火热处理来改善接头韧性。

    ②热应变脆化。指钢在200℃～Ac1温度范围内，受到较大的塑性变形后出现断裂韧性明显下降脆性转化温度明显上升的现象。

    热应变脆化是由焊接时的热循环及热应变循环引起的，特别是在焊接接头中预先存在裂纹或类裂纹平面缺陷时，受后续焊道热及应变循环同时作用后，裂纹尖端的断裂韧性显著降低，脆性转变温度显著提高，导致整体结构发生脆性断裂。

    消除热应变脆化的显著措施是进行焊后退火处理，经600℃左右的消除应力退火后，材料的韧性基本上能恢复到原来水平。

   (2)气孔

    焊接正火钢时可能产生两种气孔，即外来气体氢或氮造成的气孔，以及由冶金反应产生的气体CO造成的气孔。

   (3)裂纹

    ①焊缝热裂纹。热轧正火钢一般正常情况下不会出现热裂纹，但若材料碳含量偏高，Mn/S比值偏低时会产生热裂纹。因此，通过改变焊接材料或减少熔合比的方法，以降低焊缝中的含碳量和提高含锰量，可有效地防止热裂纹。

    ②冷裂纹。导致该类钢材产生冷裂纹的三个主要因素是钢材的淬硬倾向、焊缝的扩散氢含量和接头的拘束应力，其中淬硬倾向是决定性的。从SHCCT曲线上可知，热轧钢的淬硬倾向比低碳钢大，而正火钢的淬硬倾向又比热轧钢大。说明随着合金元素含量的增加、强度级别的增大，淬硬及冷裂倾向也随之增大。

    ③再热裂纹。含有沉淀强化元素、强度级别较高、焊后需进行消除应力热处理的正火钢（如14MnMoV和18MnMoNb）才容易出现再热裂纹。适当提高预热温度或焊后立即后热，可有效地防止再热裂纹的产生。

    ④层状撕裂。由于冶炼条件的限制，在热轧与正火钢的厚板结构中，都具有不同程度的层状撕裂倾向，只有经过精炼的Z向钢（断面收缩率很高，ψ≥35%）才具有优异的抗层状撕裂性能。为此，在设计上应避免或减轻Z向应力，在满足产品使用要求的前提下选用强度级别较低的焊接材料或使用堆焊的低强度焊缝作过渡层。