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同样都是钢, 凭啥0.25%以下的就特别好焊?
按照碳素钢的含碳量(质量分数)来划分,钢材可以分为三大类:低碳钢、中碳钢和高碳钢。其中,含碳量0.25%正是低碳钢与中碳钢的分界线。 表1是碳素结构钢主要元素的化学成分表,可以看出,碳素结构钢的含碳量都在0.25%以下。 表1 表2是低合金高强度结构钢的化学成分表。在钢结构和焊接结构件中,最常用的是Q355钢材,它的含碳量同样不会超过0.25%。因此,无论是碳素结构钢还是常见的低合金高强钢,它们的含碳量基本都在0.25%以下。 表2 这类含碳量较低的钢材,通常比较容易焊接。这是为什么呢? 主要有两个方面的原因。 第一个原因是含碳量低,碳当量就比较小。因为碳当量小,焊接后产生冷裂纹的概率也相对较小。关于碳当量的具体内容,我们在前面的专栏中也曾介绍过。 第二个原因是,如果含碳量较低,在相同冷却速度的条件下,焊缝中不太容易形成马氏体组织。 马氏体的严谨定义是:碳在α-Fe中的过饱和固溶体,简单来说就是一种淬硬组织。含碳量较低时形成的马氏体被称为低碳马氏体,也叫板条马氏体。
图1 图1是在显微镜下观察到的板条马氏体的微观形貌,呈现出细条状的组织特征。它的强度和硬度相比高碳马氏体更为适中,而塑性和韧性也表现良好。 图2展示的是含碳量与马氏体硬度的关系曲线 图2 随着含碳量的增加,马氏体的硬度会直线上升。一般来说,当含碳量超过0.4%时,低合金钢的焊缝中容易形成高碳马氏体,也称为片状马氏体。这种马氏体虽然强度和硬度很高,但塑性和韧性非常差,对焊缝质量不利,应尽量避免。 最后总结一下:含碳量在0.25%以下的钢材之所以容易焊接,是因为在合理的焊接工艺下,焊接接头中不容易形成马氏体这类淬硬组织。即使形成了马氏体,也多是强韧性匹配较好的低碳马氏体,而一般不会出现塑性、韧性都很差的高碳马氏体。这样一来,焊缝也就不容易开裂。
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