高錳鋼的焊接性研究

廖宗喜

摘 要：在工業生產中，高錳鋼有著非常廣泛的應用。在具體應用過程中，高錳鋼所承受的沖擊載荷和接觸應力較大，存在破裂的危險，進而縮短了高錳鋼的使用壽命。為了延長使用壽命，需要利用焊接修復的方法保障高錳鋼可繼續使用。由于高錳鋼的焊接性比較差，因此，對其焊接性進行了研究，并提出了相應的解決辦法。

關鍵詞：高錳鋼；沖擊載荷；接觸應力；熱裂紋

中圖分類號：TG457.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.104

當高錳鋼出現破裂后，需要進行焊接修復工作，但因高錳鋼的焊接性較差，如果焊接不當，則會引發質量問題，進而影響高錳鋼的正常使用。因此，焊接工藝、焊接材料的選擇是非常重要的。為了提升焊接質量，需要對高錳鋼的焊接性進行研究，選擇正確的焊接工藝，以達到延長高錳鋼使用壽命的目的。

1 高錳鋼的焊接性

高錳鋼是一種鑄鋼，含有碳和錳，在其鑄態組織中包含四種組織形式，即奧氏體、碳化物、珠光體和低熔點共晶物。高錳鋼的焊接性較差，甚至在一段時間內高錳鋼被認為是不可焊接的，如果必須焊接，則需要進行水韌處理。然而，經過水韌處理后，高錳鋼的性能會受到影響。目前，人們在坦克履帶、礦山破碎機顎板等部件上都應用了高錳鋼，這些機件的共同特點是磨損力、沖擊力非常強，這也使高錳鋼易產生破裂的問題。由于高錳鋼的焊接性較差，因此，水韌處理完成后，必須嚴格選擇焊接工藝和焊接材料。

2 高錳鋼焊接中的主要問題

在焊接高錳鋼時，焊接部位的溫度會不斷升高，單相奧氏體組織具有的熱裂敏感性非常高，在溫度升高的影響下，液化裂紋非常容易產生，進而影響高錳鋼的性能。液化裂紋常發生在近縫區，此外還會產生焊縫裂紋，二者都屬于熱裂紋。熱裂紋產生的主要誘導因素是高錳鋼的某些構成要素，即在高錳鋼中包含的有害元素主要以磷和硫為主，同時，還包含磷共晶物。這些物質的存在增加了熱裂紋發生的概率，比如Mn-Mn3P共晶的熔點為960 ℃，與之相比，高錳鋼的熔點要高很多，進而導致高錳鋼易產生熱裂紋。此外，雖然高錳鋼中的硫元素含量較少，但與其他元素形成共晶物的可能性較高，比如形成Fe-FeS共晶物，其熔點同樣低于高錳鋼；受膨脹系數的影響較大，高錳鋼在焊接完成后的收縮量非常大，導致焊接應力較大，進而使形成熱裂紋的可能性提高。

碳化物的析出是高錳鋼焊接中最主要的問題。當析出量過大時會產生熱裂紋，進而破壞焊接接頭。在焊接前，要對高錳鋼進行水韌處理，當焊接溫度超過250 ℃時，碳化物會逐漸析出，尤其是當溫度提升到500～700 ℃之間時，碳化物的析出速度非?？?。一般而言，碳化物的析出形態主要有2種：①晶內彌散分布的細粒狀、粗粒狀；②晶界連續、不連續或網狀。隨著溫度逐漸升高，碳化物的析出速度、數量會隨之加快和增長，當到達一定程度時，高錳鋼的性能會變得非常差。

3 解決辦法

根據上述分析可知，在焊接高錳鋼時，當上升到一定的溫度后，會出現碳化物析出和熱裂紋，進而對高錳鋼的性能造成比較嚴重的影響。因此，在焊接時，除了應盡量降低熱輸入量外，還需要科學地選擇焊接方法和焊接材料。

一般而言，在焊接高錳鋼時，可采取在水中焊接和在焊接完成后迅速冷卻的方法。在水中焊接時，要保持高錳鋼處于水韌處理狀態中，并在水中設置支架，在支架上放置高錳鋼件，通常情況下，焊接表面與水面的距離應保持在5 mm之內；完成一道焊接后迅速澆冷水促進冷卻，同時，為了降低焊接應力，還需要錘擊；水中焊接完成后，需要再次進行水韌處理，以便于消除因碳化物析出造成的影響。

在焊接高錳鋼時，熱裂紋和碳化物析出問題出現的部位為熱影響區。因此，焊接接頭應采用多層多道堆焊的方法。在具體焊接中，主要采取的方式為斷續焊接——當焊縫完成100 mm時澆冷水并錘擊，之后繼續焊接，直至焊完。

為了驗證焊接方法和焊接材料選擇的正確性，分別進行了金相組織分析和掃描電子顯微分析。經過科學的分析后，驗證了上述選擇的正確性，碳化物析出和熱裂紋問題得到了有效控制，延長了高錳鋼的使用壽命。

4 結束語

綜上所述，由于高錳鋼的焊接性較差，如果焊接工藝、焊接材料選擇不正確，則會導致在焊接過程中出現碳化物析出和熱裂紋，進而對高錳鋼的性能造成嚴重的影響。因此，針對存在的焊接質量問題，本文選擇了恰當的焊接工藝和焊接材料，延長了高錳鋼的使用壽命。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕