Quant afecta el contingut de carboni a la soldabilitat de l’acer Q345?
El carboni (C) és un element sensible clau que afecta la soldabilitat de l’acer Q345. El seu contingut determina directament el risc de fissura, la duresa articular i la complexitat del procés durant la soldadura, amb un impacte molt més gran que altres elements (com MN, P i S). Concretament, l’impacte del contingut de carboni en la soldabilitat de l’acer Q345 es manifesta principalment en els tres aspectes clau següents, mostrant un “efecte de dosi” significatiu (com més gran sigui el contingut de carboni, més pronunciat l’impacte negatiu):
1. El contingut de carboni està positivament correlacionat amb el risc de fissures en fred de soldadura
L’esquerda en fred (esquerdes que es produeixen durant el procés de refrigeració després de la soldadura, sovint es produeixen a la calor - zona afectada o arrel de soldadura) és el problema més important que cal evitar a la soldadura Q345 i el carboni és la causa principal de l’esquerdament en fred:
Tendència d’enduriment: com més gran sigui el contingut de carboni, més gran és la durabilitat de l’acer. Durant la soldadura, la zona de calor - afectada (HAZ) experimenta una temperatura alta - austenitització seguida de refrigeració ràpida, que pot formar fàcilment una estructura martensita dura i trencadissa (amb una duresa superior a 350 HV). Això comporta una forta disminució de la duresa en aquesta zona i pot causar esquerdes a causa de les tensions de soldadura residuals.
Per exemple, si el contingut de carboni de Q345 augmenta del 0,16% al 0,20% (a prop del límit superior estàndard), el contingut de martensita a la HAZ pot augmentar més del 30%, augmentant el risc d’esquerdament en fred en 2-3 vegades.
Hydrogen-induced cracking: Carbon combines with diffusible hydrogen in the weld to form gases such as CH₄, which accumulate at the grain boundaries between the weld metal and the HAZ. When the hydrogen concentration exceeds a critical value (typically >5 ml/100 g), reacciona amb tensions residuals per provocar esquerdes. Com més gran sigui el contingut de carboni, més fort és el "efecte d'atrapament" d'hidrogen i més gran és la susceptibilitat de fissures. Per tant, GB/T 1591 - 2018 estipula estrictament que el contingut de carboni de Q345 ha de ser inferior o igual al 0,20% (gruix inferior o igual a 60mm). Essencialment, això té com a objectiu mantenir el risc d’esquerdament en fred dins d’un rang acceptable controlant el carboni. Si el contingut de carboni supera el 0,20%, fins i tot amb el preescalfament (150-250 graus) i el post-escalfament (250 graus durant 2 hores), és difícil evitar el cracking.
II. L’augment del contingut de carboni redueix significativament la duresa de les articulacions soldades.
El requisit bàsic per a la soldadura Q345 és "coincidir les propietats de l'articulació amb el metall base" (sobretot baix - duresa de la temperatura) i el contingut de carboni és crucial per alterar aquest equilibri:
Weld metal toughness: During welding, carbon in the wire/electrode transfers to the molten pool. If the base metal carbon content is too high (e.g., >0,18%), l’equivalent al carboni metàl·lic de soldadura (CEQ) superarà la norma, donant lloc a la formació de carburs de xarxa a la microestructura de soldadura i reduint l’absorció d’energia d’impacte (AKV). Les dades mesurades mostren que quan el contingut de carboni del metall base Q345 augmenta del 0,14% al 0,20%, el valor AKV de soldadura a -20 grau pot baixar de 50J a menys de 30J (per sota del requisit estàndard de 34J), afectant directament la seguretat estructural.
Calor - Zona afectada (HAZ) Resistència: el contingut de carboni més elevat augmenta el gruix de gra Haz (el carboni afavoreix el creixement del gra austenita a temperatures altes) i augmenta la proporció d’estructures dures i trencadisses com la martensita i la bainita, donant lloc a una duresa en aquesta zona un 30%- 50% inferior a la base del metall base. Per exemple, després de la soldadura Q345 amb un contingut de carboni del 0,20%, el valor AKV de HAZ a -40 graus pot ser inferior a 20J, sense complir els requisits per a l’acer de grau electrònic.
3. El contingut de carboni determina la complexitat del procés de soldadura
Com més gran sigui el contingut de carboni, més estricte és el control del procés necessari per a la soldadura Q345, que augmenta directament la dificultat i el cost del procés:
Temperatura de preescalfament: Q345 amb un contingut de carboni del 0,14% - 0,16% (placa fina, inferior o igual a 16 mm) es pot soldar a temperatura ambient (no cal preescalfar). Si el contingut de carboni augmenta fins al 0,18%-0,20%, fins i tot les plaques de 12 mm de gruix s’han de preescalfar fins a 80-120 graus (preescalfar fins a 150 graus en entorns de baixa temperatura) per evitar que s’esquerdi.
Heat Input Control: When welding high-carbon Q345 (>0,18%), l’entrada de calor (corrent de soldadura × tensió / velocitat) s’ha de limitar estrictament a 15 - 30 kJ / cm. L’entrada de calor excessiva donarà lloc a grans de HAZ gruixuts, mentre que una entrada de calor massa baixa donarà lloc a un refredament ràpid, cosa que pot provocar fàcilment la formació de martensita. Per a Q345 baix en carboni (<0.16%), the heat input range can be expanded to 10-40 kJ/cm, offering greater process adaptability.
POST - Tractament de soldadura: High - carboni Q345 ha de patir un recorregut de relleu de tensió (mantenint a 600 - 650 graus) després de la soldadura. En cas contrari, l'estrès residual i l'estructura endurida es poden combinar per provocar un retard. No obstant això, per a Q345 de baix contingut en carboni (per exemple, 0,14%), aquest pas es pot ometre quan soldant plaques primes, estalviant temps. Resum: L’impacte del contingut de carboni en la soldabilitat del Q345
El contingut de carboni és el principal factor de control de la soldabilitat del Q345 i el seu impacte es pot quantificar mitjançant un "llindar crític":
Range segur (C inferior o igual al 0,16%): excel·lent soldabilitat, baix risc d’esquerdament en fred, processos convencionals (no es requereix un preescalfament estricte) i el compliment de la duresa conjunta> 90%;
Interval de risc (0,16% Danger Range (C > 0.20%): Extremely poor weldability, with significant cold cracking and insufficient toughness. Even with specialized processes, joint reliability is difficult to guarantee, and the weld does not meet Q345 standard requirements. Therefore, in actual welding, Q345 with a lower carbon content (such as C=0.14%-0.16% marked in the material list) should be given priority. Especially for low-temperature environments (below -20°C) or thick plate (>20mm) Les estructures, una petita diferència en el contingut de carboni (com el 0,02%) poden determinar directament l’èxit o el fracàs de la soldadura.