45 试述奥氏体高锰钢的特点及其焊接性。

qijuanzhu

45  试述奥氏体高锰钢的特点及其焊接性。
! E" R0 u. B6 h; b奥氏体高锰钢是指碳的质量分数为0.9%～1.3%、、锰的为11%～14%的铸钢。这种钢在1000～1100℃范围内加热时，可以得到单一的奥氏体组织，然后迅速在水中冷却淬火（水韧处理）能保持单相奥氏体状态。奥氏体高锰钢具有很高的韧性，是一种非常强韧的非磁性合金，在冲击载荷作用下，表面层将发生加工硬化而具有高耐磨性，但切削加工困难，仅限于作铸件使用，广泛用于制造要求高耐磨性并承受冲击载荷的零件，牌号为ZGMn13，其化学成分，见表30。
& g* B% i6 |- j表30  ZGMn13钢的化学成分（质量分数）  （%）
牌    号        C        Mn        Si        S        P
5 p  t; P, n5 A  cZGMn13-1        1.10～1.50        11.00～14.00        0.30～1.00        ≤0.050        ≤0.090
3 `8 M8 q9 @- H+ vZGMn13-2        1.10～1.40                               
ZGMn13-3        0.90～1.30                0.30～0.80                ≤0.080
ZGMn13-4        0.90～1.20                                ≤0.070
ZGMn13高锰钢的焊接较差，焊接时的主要问题是：
⑴热影响区碳化物的析出  高锰钢经1050℃水韧处理后，碳全部固溶于奥氏体中，室温下呈单相奥氏体组织，具有良好的韧性，但当重新加热超过250℃时，碳就会沿晶界析出碳化物，使材料的韧性大大下降，因此焊补后，在热影响区的一个区段内会不同程度地析出碳化物，不仅失去韧性变脆，而且还会降低耐磨性和冲击韧度。解决的措施是加快施焊时焊件的冷却速度，缩短在高温下停留的时间，以减少碳化物的析出。
. }+ E- m5 j4 W⑵热裂纹倾向严重  ZGMn13高锰钢的线膨胀系数是低碳钢的1.6倍，但热导率仅是低碳钢的1/6，所以焊接时会产生很大的应力，在S、P有害杂质的作用下，产生焊缝热裂纹和热影响区的液化裂纹。解决的措施是严格控制母材中的S、P含量，特别是焊接材料中的S、P含量；其次是采用锤击焊缝等工艺措施，减少焊接应力。
5 h7 x5 }, \( g) I1 ^46  如何正确地选用ZGMn13奥氏体高锰钢焊接时的焊接材料？
⑴焊条  用于ZGMn13奥氏体高锰钢焊接的焊条为低碳钢焊芯，并在药皮中加入适量合金元素，使熔敷金属得到高锰钢的化学成分和力学性能。
用于焊接ZGMn13奥氏体高锰钢的焊条有两种类型：一种是高锰钢型焊条D256（EDMn-A-16）和（EDMn-B-16），主要用于堆焊受严重冲击磨料磨损零件，如碎石机颚板等；另一种是Cr-Mn型焊条D276（EDCrMo-B-16）和D277（EDCrMo-B-15），其堆焊金属处于介稳定状态的高锰奥氏体，当受到强烈冲击后转变为马氏体，主要用于耐气蚀的堆焊或高锰钢堆焊，如水轮机叶片、挖掘机斗齿等。
⑵焊丝  焊接ZGMn13奥氏体高锰钢用焊丝有Mn-Ni、Mn-Cr、Mn-Mo、Mo-Ni-Cr系高锰钢焊丝和Cr-Ni、Cr-Ni-Mn系合金钢焊丝，其化学成分，见表31。Cr-Ni系焊丝不仅具有较高的耐腐蚀性能，能冲击载荷下能声速被加工硬化，而且还在焊接高锰钢与碳钢或低合金钢的异种钢时容许有较高的稀释，可用来作为高锰钢与碳钢焊接时的填充材料。
表31  ZGMn13高锰钢用焊丝的化学成分（质量分数）  （%）
1 g( N. ^+ i* A8 S* j7 Y类  型        C        Mn        Ni        Cr        Mo        Si        P        S
Mn-Ni
6 o. r8 l, ]* i: UMn-Cr
Mn-Mo
Cr-Ni        0.7～0.9
0.7～0.9
. k1 U7 `; f2 K3 w0.7～0.9
0.06        13～16
16～23
13～16
0.74        3.5～5.0
) K" p( Q( L0 o+ d! M5 O2.12
～
9.87        —
; w6 E7 q/ s+ r4 f12.26
—
20.89        —
—
! A/ ~8 ~2 @3 b4 @- Y) J: m4 S0.6～1.4
  N5 E$ w3 b) V8 O5 {# s( n—        0.4～1.0
0.24
( S; n4 W8 J" _5 l% @" P& o; D0.4～1.0
' [7 w3 e% ^3 |* P# }7 Q+ ^0.017        0.07
" f, c- d  Z5 f' F$ T8 h# B  B—
5 {: Z: D. G! Y9 |+ ]9 s0.07
3 B$ u' N" r" y+ C—        —
0.013
" t0 ]$ ~1 x7 ]: U+ L1 X4 O- W—
' w9 a, s5 H% F& \0.01
47  试述ZGMn13奥氏体高锰钢的焊接工艺。
" U( m9 _4 n5 ~7 s: I! h! X焊补或焊接ZGMn13奥氏体高锰钢时，应该采用热源集中、线能量小的焊接方法，如手弧焊、熔化极气体保护焊等，不推荐使用气焊和钨极氩弧焊。
焊补或焊接工艺：
4 G2 N( i# O" a! A3 O$ S' k8 w9 b4 L1）焊前必须清理焊补处的泥垢、油垢和铁锈，仔细检查有无起层、裂纹、夹砂、气孔和缩孔等缺陷。若有这些缺陷，必须用砂轮或电弧气刨铲出。磨损的部位必须用砂轮磨去硬化层，因为硬化层的金属对裂纹十分敏感。
) V# e) f: L7 l0 g4 U8 F' u- Z2）焊前不应预热，多层焊时层间温度不应超过300℃，以防止过热使热影响区脆化。
. E- I' b' N/ t; J) c! P: N3）焊接时要尽可能地采用小线能量，尽量减少基本金属受热，采取措施为尽可能地加快接头的冷却。为此，用短弧、直流反极性、跳焊、短段焊、间隙焊、脉冲焊等工艺措施，采用这些措施能在一定程度上减少碳化物的析出。
3 T3 b+ o$ f, \6 x4）为防止产生热裂纹，可采用Cr-Mn或Cr-Ni奥氏体钢焊条打底。如果在低碳钢或低合金钢上堆焊ZGMn13奥氏体高锰钢时，可以先焊一层Cr-Ni或CR-Mn奥氏体钢作隔离焊道，以防产生裂纹。
5）焊后为消除焊接应力，可用尖锤锤击焊接区。为使熔敷金属得到奥氏体组织，锤击后要迅速将焊接区进行喷水冷却。
' D' n2 |9 g8 l1 \4 Y! p+ \48  试述1Cr18Ni25Si2热处理炉用耐热钢的焊接工艺。
3 V3 P, D! N" X1Cr18Ni25Si2钢属奥氏体钢，适合在900～1000℃高温下工作，是热处理炉用钢，其化学成分，见表32。
* {/ \; z: z( s# \7 s表32  1Cr18Ni25Si2钢的化学成分（质量分数）  （%）
, f1 P# Q) h6 ]1 f0 sC        Si        Mn        Cr        Ni        S        P
0.3～0.4        2～3        ≤1.5        17～18        23～26        ≤0.03        ≤0.03
1Cr18Ni25Si2钢的焊接性尚可，常采用手弧焊焊接，但由于导电性、导热性较差，线膨胀系数比碳钢大1.5倍，所以当焊接熔池较大及引起焊缝金属在高温停留时间过长时，易产生热裂纹。
焊接工艺：
1）焊条选用E2-26-21-16（A402）、E2-26-21-15（A407）。
2）焊前一般不预热，有时为防止产生裂纹，可将焊接区预热至250～300℃。
3）焊接电源有机用直流反接。
4）采用较小的线能量，以得到浅而短小的焊接熔池，防止产生裂纹。施焊过程中焊条不作横向摆动或纵向摆动，熄弧前应将弧坑填满，防止产生弧坑裂纹。
" [; p: m& f2 J5）焊件较厚时可采用多层焊，但层间必须仔细清除渣壳，并等温度降到近室温或预热温度后，再继续焊接。
6 y" ?7 u; m. w: x' s! j8 F/ a6）为改善焊缝组织，消除焊接应力，焊后应将焊件进行热处理。热处理时将焊件加热至1050～1100℃，焊件厚度每25mm保温1h，然后水冷或空气中自然冷却。
3 R: c5 V$ j5 z* V: p! q49  试述1Cr5Mo耐热钢的焊接性及手弧焊工艺。
1Cr5Mo属于中合金马氏体耐热钢，其化学成分，见表33。
3 H) |. ]  \! i" s9 @& k表33  1Cr5Mo钢的化学成分（质量分数）  （%）
, R1 o6 f! y2 R: f) G9 z" mC        Si        Mn        Cr        Mo        S        P
≤        ≤        ≤0.6        4.0～6.0        0.45～0.60        ≤0.03        ≤0.035
+ {0 ?! z9 @! u. e$ G! |  s" Q# q1Cr5Mo钢焊接性较差，在空气中冷却时具有淬硬倾向，易产生裂纹，为此，焊前需采取预热措施，焊后还需进行适当的热处理。
- I6 \4 u% @) {# N1Cr5Mo钢常用的焊接方法是手弧焊和气焊，手弧焊时可分别采用不锈钢焊条或耐热钢焊条进行施焊。
! z, n1 ]- u. V$ o. Y7 y+ o⑴采用不锈钢焊条的焊接工艺
1）焊条选用E1-23-13-15（A302）、E1-23-13-16（A307）。
0 N! C$ x& E( ?" q" `5 s8 K2）焊前将坡口面及其两侧各10mM范围内的污物清理干净，并将焊口预热至200℃。
3）定位焊用焊条应与正式焊接相同，管子焊接时定位焊缝应均布4点，管子的两端头应用尖铲削或缓坡形，不允许有裂纹、夹渣存在。
4）焊条按规定要求进行烘焙。
5）施焊过程中，应不使焊件受风、雨的侵袭。焊接管子时应将其两端堵死，避免受管内过堂风影响。
2 e4 k9 a# }+ K6）每个接头尽量要连续焊完，不得已中断时，焊口要用石棉包好，使其缓冷，再焊时需重新预热。
7）施焊时采用短弧焊，层间焊道接头应互相错开30～50mm。
+ _% t9 u9 S% {  v8）弧坑应填满，换焊条动作要快，不得随意在焊件表面引弧，防止损伤表面材质。
9）层间应彻底清渣，施焊过程中，焊口两侧各100mm区域内，温度不应低于预热温度。
10）焊后焊缝应缓慢冷却。
⑵采用耐热钢焊条的焊接工艺
1）焊条选用E1-5MoV-15（R507）。
2 l6 ~$ V' x) n; W! a- H2）定位焊前应进行预热，预热温度按焊件壁厚选取；壁厚＜16mm，预热200～250℃；壁厚16～24mm，预热250～300℃；壁厚＞24mm，预热300～350℃。
# `: g  O7 c" w3）施焊过程中焊件温度不低于200～250℃。
4）焊后立即进行无中断高温回火处理，消除焊接应力。处理工艺参数为：升温速度不大于200℃/h，加温至750±10℃；保温时间为2～4h；降温速度不大于200℃/