（2）沸腾钢 这类钢脱氧不安全，浇注钢锭时有CO析出，产生严重的翻滚现象，犹如“沸腾”,故名为沸腾钢。钢锭内部有许多分散的小气泡，但是钢锭外层仍是坚实的，在轧制时可以被压合消除掉。它的优点是生产率高，成本较低，同时仍能保证钢材的强度和坚固性，缺点是成分和性能的不均匀性较严重，强度冲击韧性较低，不适宜在低温和冲击载荷条件下使用，当用来制造重要焊接结构时要采用适当的措施。
（3）半镇静钢 这类钢的脱氧程度和性能介于镇静钢和沸腾钢之间。 四、合金钢的分类
随着现代工业和科学技术的发展，对钢材各种性能的要求越来越高，碳素钢虽然便宜，但性能已满足不了各种特殊性能的要求。为了改善钢的性能，满足使用上的要求。常在冶炼时有目的加入一定量的合金元素（如锰、硅、钒、铬、镍、钨等），这类钢称为合金钢。
合金钢的种类繁多，按含金属元素含量分为高、中、低三类，按用途来划分，又可分为合金结构钢、合金工具和特殊合金钢三类。下面进行分别叙述。
1、
合金结构钢 合金结构钢是在碳素结构钢的基础上加入一种或数种
合金钢元素而构成的钢种，常用的合金元素有铬、锰、硅、镍、钼、钨、钒、钛等。加入这些元素，可以提高强度、增加淬透性，使零件能获得优良的机械性能。合金结构钢，根据用途不同又可分为普通低合金结构钢及机械制造结构钢两类。
2、 普通低合金结构钢 普通低合金钢是在低碳钢的基础上加入少量锰、硅、铜等元素（合金元素总量不超过3%）所组成的钢种。它与含碳量相同的普通碳素钢相比，具有较高的强度和耐磨性、良好的焊接性和加工工艺性能以及较高的耐大气、海水腐蚀的能力。普通低合金结构钢多热轧成型材、板材和棒材，主要应用于是车辆、桥梁、船舶、压力容器、起重设备以及代替碳素结构钢，制作其它焊接结构。例如采用16Mn钢代替A3钢制作成球形罐，可以减少钢材用量20%，降低自重系数，提高结构的强度，延长使用寿命等，故普通低合金结构钢在生产中的应用已日益广泛，也是我们焊接的主要对象。
3、 机械制造结构钢 可分为合金渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚珠轴承钢四类。
（1） 合金渗碳钢，是针对碳素钢的缺点，在碳素渗碳钢的基础上加入一
种或数种合金元素的渗碳钢。常用的合金渗碳钢有20Cr、20CrMn、202Mn2、20CrMnTi等。合金渗碳钢经一般表面渗碳、淬火及低温回火后使用，表面硬而内部韧。
（2） 合金调质钢 合金调质钢是在碳素调质钢的基础上加入一种或数种合金元素的钢材。常加入的合金元素有锰、硅、钼、钒、钛和硼等。加入这些元素的主要目的是提高淬透性和回火稳定性，使调质后的钢材具有很好的强度、硬度及韧性。常用的合金调质钢有40Cr、45Mn2、50Mn2、35CrMn、30CrMnTi等。如内燃、电力机车上的电动机转子，车轴上的牵引动齿轮等零件，都是用这类钢制造的。
（3）
合金弹簧钢 合金弹簧钢是针对碳素弹簧钢的缺点，在含碳量为
0.45-0.07%的优质和高级优质碳素钢中加入锰、硅、铬、钒等元素组成的钢种，其中以锰、硅用得最广、这些元素可以提高钢的弹性极限和淬透性。合金弹簧钢使用时，一般淬火及中温火处理。常用的合金弹簧钢有55Si2Mn,60Si2Mn,50CrVA等。
（4） 滚珠轴承钢 此钢的含碳量约为0.95-1.1%,，并具还含有一定的合金元素，如铬、锰、硅等。滚珠轴承钢经热处理后具有高的抗压强度、疲劳强度、硬度和耐磨性，足够的冲击韧性和淬透性，同时还有一定的耐蚀能力，常用的有GCr9、GCr15等。
机械制造结构钢的含碳量较高，并含有一定的合金元素量，所以焊接性较差，一般制造过程中很少采用焊接方法，但常用堆焊补焊等方法进行保养机械零件。
4、 合金工具钢 合金工具钢根据用途不同，可以分为刃具钢、量具钢和模具钢。
（1） 刃具钢 刃具钢用来制造切削金属的刀具。为了满足切削金属的要求，刃具钢应有高的硬度、耐磨性、红硬性以及足够的强度和韧性。根据合金元素含量多少的不同，刃具钢可分为低合金工具钢和高速钢。低合金工具钢所加入的合金元素有铬、钨、钒、等，总重量不超地3-5%，其淬透性及回火稳定性较高，可用来制造丝锥、板牙、铰刀等工具。常用的工具钢有9Mn2V、9SiCr、CrMn、CrWMn、CrW5等。
高速钢是一种高合金工具钢，热处理后具有高的红硬性和足够的强度，以及高的硬度和耐磨性，可在较高的切削速度下进行切削加工，温度高达600℃时，硬度仍不下降，用来制造钻头、车刀、刨刀等切削工具。常用的高速钢有W18Cr4V、W6M05Cr4V2等。
（2） 量具钢 量具钢是用来制造量具用的钢。量具是用来度量和检验成品尺寸的工具，因此对它的要求是精度高，并在热处理和工作过程中尺寸稳定，同时要求工作部分有高的硬度和耐磨性。常用的量具钢有CrMn、SiMn等。
（3） 模具钢 用来制作冷热加工的各种模具用，要求具有高的硬度、耐磨性和一定的韧性，对热作模具，还要求具有高的高温强度和热疲劳性。常用的有9Mn2V、9SiCr、5CrMnMo、5CrNiTi等。
合金工具钢的含碳量及合金量较高，焊接性差，一般不采用焊接方法加工。 5、 特殊合金钢 特殊合金钢是具有特殊性能的合金钢材，如抗蚀性、耐热性、抗磨性等。特殊合金钢的特点是合金元素含量较高，同时焊接性较好，是制造焊接结构的重要材料。
（1） 不锈钢 不锈钢具有抵抗空气、水、酸、碱等腐蚀作用的能力。不锈钢成分的特点是有较高的Cr和Ni,含碳量低。常用的有铬不锈钢和铬镍不锈钢两类。
铬不锈钢主要有1Cr13、2Cr13、3Cr13等。它们可以用来制造医疗工具、量具、阀门等。铬镍不锈钢主要有0CR18Ni9、1CR18Ni9、2CR18Ni9。这类钢抗蚀能力强，耐酸性好，可制造盛酸容器和管材，也称为耐酸钢。 不锈钢是化工生产中的主要材料，应用极为广泛。
（2）耐热钢 耐热钢适应于高温条件下工作，即在高温条件下仍具有高的强度和不被氧化的性能。耐热钢也含有较高的铬、镍，另外还有钨、钼、钒等。常用的耐热钢有4Cr9Si2、15CrMo、4Cr10Si2Mo等。
（3）抗磨钢 抗磨钢可以在严重磨擦及强烈撞击条件下工作，目前使用的抗磨钢主要是Mn13。这种钢含锰量在13%左右，它具有高强度、高韧性、高抗磨能力。
第二章 金属学及热处理基本知识
一、金属晶体结构的一般知识
众所周知，世界上的物质都是由化学元素组成的，这些化学元素按性质可分
成两大类：
第一大类是金属，化学元素中有83种是金属元素。固态金属具有不透明、有光泽、有延展性、有良好的导电性和导热性等特性，并且随着温度的升高，金属的导电性降低，电阻率增大，这是金属独具的一个特点。常见的金属元素有铁、铝、铜、铬、镍、钨等。
第二大类是非金属，化学元素中有22种，非金属元素不具备金属元素的特征。而且与金属相反，随着温度的升高，非金属的电阻率减小，导电性提高。常见的非金属元素有碳、氧、氢、氮、硫、磷等。
我们所焊接的材料主要是金属，尤其是钢材，钢材的性能不仅取决于钢材的化学成分，而且取决于钢材的组织，为了了解钢材的组织及对性能的影响，我们必须先从晶体结构讲起。 (一)晶体的特点
对于晶体，大家并不生疏。食盐、水结成的冰，都是晶体。一般的固态金属及合金也都是晶体。并非所有固态物质都是晶体。如玻璃、松香之类就不是晶体，而属于非晶体。
晶体与非晶体的区别不在外形，而在内部的原子排列。在晶体中，原子按一定规律排列得很整齐。而在非晶体中，原子则是散乱分布着，至多有些局部的短程规则排列。
由于晶体与非晶体中原子排列不同，因此性能也不相同。 (二)典型的金属晶体结构
金属的原子按一定方式有规则地排列成一定空间几何形状的结晶格子，称为晶格。金属的晶格常见的有体心立方晶格和面心立方晶格，如图1—4所示。体心立方晶格的立方体的中心和八个顶点各有一个铁原子，而面心立方晶格的立方体的八个顶点和六个面的中心各有一个铁原子。
图1—4 典型的金属晶体结构 (a)体心立方晶格 (b)面心立方晶格
铁属于立方晶格，随着温度的变化，铁可以由一种晶格转变为另一种晶格。这种晶格的转变，称为同素异晶转变。纯铁在常温下是体心立方晶格(称为α-Fe)；当温度升高到910℃时，纯铁的晶格由体心立方晶格转变为面心立方晶格(称为γ-Fe)；再升温到1390℃时，面心立方晶格又重新转变为体心立方晶格(称为δ-Fe)，然后一直保持到纯铁的熔化温度。纯铁的这种特性非常重要，是钢材所以能通过各种热处理方法来改变其内部组织，从而改善性能的内在因素之一，也是焊接热影响区中各个区域与母材相比，具有不同组织和性能的原因之一。
二、合金的组织、结构及铁碳合金的基本知识 (一)合金的组织
两种或两种以上的元素(其中至少一种是金属元素)，组合成的金属，叫做合金。根据两种元素相互作用的关系，以及形成晶体结构和显微组织的特点可将合金的组织分为三类：
(1)固溶体 固溶体是一种物质的原子均匀地溶解在另一种物质的晶格内，形成单相晶体结构。根据原子在晶格上分布的形式，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体。某一元素晶格上的原子部分地被另一元素的原子所取代，称为置换固溶体；如果另一元素的原子挤入某元素晶格原子之间的空隙中，称为间隙固溶体，见图1—5所示。
图1—5 固溶体示意图 (a)置换固溶体；(b)间隙固溶体