第二章(雙相不銹鋼的焊接)

1、第二章第二章 雙相不銹鋼的焊接雙相不銹鋼的焊接 材料科學(xué)與工程學(xué)院 朱 平 30年代：年代：法國最先研制出雙相不銹鋼，呈鐵素體和奧氏體雙相法國最先研制出雙相不銹鋼，呈鐵素體和奧氏體雙相 組織狀態(tài)，具有獨(dú)特的耐腐蝕性和較好的力學(xué)性能。但雙相不銹組織狀態(tài)，具有獨(dú)特的耐腐蝕性和較好的力學(xué)性能。但雙相不銹 鋼的相組成比例難以控制及焊接困難，工業(yè)應(yīng)用受到限制。鋼的相組成比例難以控制及焊接困難，工業(yè)應(yīng)用受到限制。 40年代：年代：美國開發(fā)出美國開發(fā)出第一代雙相不銹鋼第一代雙相不銹鋼329鋼，耐腐蝕性鋼，耐腐蝕性 能好，但含碳量較高（能好，但含碳量較高（0.1%），含鉬和鉻都較高，焊接性不好；），含鉬和鉻都

2、較高，焊接性不好； 50年代：年代：蘇聯(lián)開發(fā)含穩(wěn)定元素鈦的雙相不銹鋼，德、法、英、蘇聯(lián)開發(fā)含穩(wěn)定元素鈦的雙相不銹鋼，德、法、英、 日等國也相繼開發(fā)出雙相不銹鋼；日等國也相繼開發(fā)出雙相不銹鋼； 60年代：年代：瑞典開發(fā)出最具代表性的第一代雙相不銹鋼瑞典開發(fā)出最具代表性的第一代雙相不銹鋼超超 低碳（低碳（0.03%）雙相不銹鋼，雙相不銹鋼，3RE60鋼，使焊接接頭塑性、韌鋼，使焊接接頭塑性、韌 性和耐腐蝕性顯著改善。性和耐腐蝕性顯著改善。 2.1 2.1 雙相不銹鋼的發(fā)展概況雙相不銹鋼的發(fā)展概況 70 70年代：年代：開發(fā)出開發(fā)出第二代雙相不銹鋼第二代雙相不銹鋼，即在超低碳的基礎(chǔ)上含氮，即在超低碳

3、的基礎(chǔ)上含氮 雙相不銹鋼，并含有鉬、銅、硅等耐蝕性元素。包括雙相不銹鋼，并含有鉬、銅、硅等耐蝕性元素。包括18Cr18Cr型、型、22Cr22Cr 型及型及25Cr25Cr型，如瑞典開發(fā)的型，如瑞典開發(fā)的SAF2205SAF2205等。等。 80 80年代：年代：研發(fā)的研發(fā)的超級(jí)雙相不銹鋼（超級(jí)雙相不銹鋼（SuperDSSSuperDSS）為為第三代雙相第三代雙相 不銹鋼不銹鋼，含碳量低（，含碳量低（ c0.010.02%c0.010.02%）、）、高鉬（高鉬（ Mo4%Mo4%）、）、高氮高氮 （ N0.3%N0.3%），），鋼中鐵素體含量鋼中鐵素體含量4040 4545% %，耐點(diǎn)蝕系數(shù)大

4、于，耐點(diǎn)蝕系數(shù)大于4040。成功。成功 解決了解決了Cr-NiCr-Ni奧氏不銹鋼容易出現(xiàn)的孔蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞等奧氏不銹鋼容易出現(xiàn)的孔蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞等 問題。問題。 雙相不銹鋼的發(fā)展歷程可概括為雙相不銹鋼的發(fā)展歷程可概括為“產(chǎn)量低、增速快產(chǎn)量低、增速快”。2002年全球年全球 雙相不銹鋼年產(chǎn)量約占不銹鋼總產(chǎn)量的雙相不銹鋼年產(chǎn)量約占不銹鋼總產(chǎn)量的1%，但到了，但到了2009年這一年這一 比例上升到了比例上升到了15%，這種高增長的原因在于：一是質(zhì)量具備可，這種高增長的原因在于：一是質(zhì)量具備可 靠性；二是成本具備經(jīng)濟(jì)性?？啃?；二是成本具備經(jīng)濟(jì)性。 目前雙相不銹鋼被廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備制

5、造和工程項(xiàng)目建設(shè)。如：目前雙相不銹鋼被廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備制造和工程項(xiàng)目建設(shè)。如： 煉油行業(yè)中的催化裂化裝置、加氫處理裝置、油氣輸送管線；化煉油行業(yè)中的催化裂化裝置、加氫處理裝置、油氣輸送管線；化 工行業(yè)中的氯乙烯生產(chǎn)裝置；運(yùn)輸行業(yè)中的海上化學(xué)品船；造紙工行業(yè)中的氯乙烯生產(chǎn)裝置；運(yùn)輸行業(yè)中的海上化學(xué)品船；造紙 行業(yè)中的漂白設(shè)備、建筑行業(yè)中的結(jié)構(gòu)件；核電行業(yè)等。行業(yè)中的漂白設(shè)備、建筑行業(yè)中的結(jié)構(gòu)件；核電行業(yè)等。 雙相不銹鋼的主要應(yīng)用領(lǐng)域雙相不銹鋼的主要應(yīng)用領(lǐng)域 (1)中性氯化物環(huán)境中性氯化物環(huán)境 雙相不銹鋼在中性氯化物環(huán)境中應(yīng)用廣泛，在加工制造過程中，通常使用雙相不銹鋼在中性氯化物環(huán)境中應(yīng)用廣泛，

6、在加工制造過程中，通常使用 少量的含有氯離子的溶液作為冷卻水，從而導(dǎo)致普通的奧氏體不銹鋼少量的含有氯離子的溶液作為冷卻水，從而導(dǎo)致普通的奧氏體不銹鋼(例如例如 AISI 304/316)有產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的傾向，而雙相不銹鋼可以很好的解決這一有產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的傾向，而雙相不銹鋼可以很好的解決這一 問題，尤其適用于由孔蝕引起的應(yīng)力腐蝕開裂的環(huán)境。衡量耐腐蝕性的好壞問題，尤其適用于由孔蝕引起的應(yīng)力腐蝕開裂的環(huán)境。衡量耐腐蝕性的好壞 通常用孔蝕當(dāng)量指數(shù)通常用孔蝕當(dāng)量指數(shù) PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%表示，其中雙相不銹鋼表示，其中雙相不銹鋼 PRE 值大于值大于 24，而奧氏體，而奧氏體 PRE

7、小于小于 20。 (2)石油和天然氣工業(yè)石油和天然氣工業(yè) 20 世紀(jì)世紀(jì) 80 年代以來，雙相不銹鋼在酸性氣和油的生產(chǎn)中用量逐漸增多年代以來，雙相不銹鋼在酸性氣和油的生產(chǎn)中用量逐漸增多 ，主要用作生產(chǎn)管襯里、熱交換器以及岸上和近海的管道系統(tǒng)等。尤其在石，主要用作生產(chǎn)管襯里、熱交換器以及岸上和近海的管道系統(tǒng)等。尤其在石 油和天然氣的生產(chǎn)中，雙相不銹鋼多數(shù)面臨的主要是酸性環(huán)境，即含有大量油和天然氣的生產(chǎn)中，雙相不銹鋼多數(shù)面臨的主要是酸性環(huán)境，即含有大量 Cl, CO2和一些和一些 H2S 的環(huán)境。在含的環(huán)境。在含 Cl的濕的濕 CO惡性環(huán)境中，雙相不銹鋼惡性環(huán)境中，雙相不銹鋼 是一種理想材料的首選

8、，可耐高流速的磨損腐蝕，比加緩蝕劑的碳素鋼及不是一種理想材料的首選，可耐高流速的磨損腐蝕，比加緩蝕劑的碳素鋼及不 銹鋼更能抵抗高流速的磨損腐蝕，并用于井上管道系統(tǒng)，可以減少大量的材銹鋼更能抵抗高流速的磨損腐蝕，并用于井上管道系統(tǒng)，可以減少大量的材 料重量。料重量。 (3)海水環(huán)境海水環(huán)境 海水是自然環(huán)境中腐蝕性最強(qiáng)的一種介質(zhì)，尤其在金屬表面粘附著微生海水是自然環(huán)境中腐蝕性最強(qiáng)的一種介質(zhì)，尤其在金屬表面粘附著微生 物薄膜時(shí)將產(chǎn)生腐蝕電位增加，同時(shí)也增加了孔蝕和縫隙腐蝕的傾向。就物薄膜時(shí)將產(chǎn)生腐蝕電位增加，同時(shí)也增加了孔蝕和縫隙腐蝕的傾向。就 熱海水而言，目前大多使用超級(jí)雙相不銹鋼，例如，用熱海水

9、而言，目前大多使用超級(jí)雙相不銹鋼，例如，用 SAF2507 超級(jí)雙超級(jí)雙 相不銹鋼制造的海水交換器，使用相不銹鋼制造的海水交換器，使用 3 年未發(fā)現(xiàn)腐蝕，而鈦管由于不耐年未發(fā)現(xiàn)腐蝕，而鈦管由于不耐 F 腐蝕，只能用腐蝕，只能用 3 個(gè)月。個(gè)月。 (4)紙漿和造紙工業(yè)紙漿和造紙工業(yè) 雙相不銹鋼在紙漿和造紙工業(yè)中的發(fā)展應(yīng)用中已經(jīng)有雙相不銹鋼在紙漿和造紙工業(yè)中的發(fā)展應(yīng)用中已經(jīng)有 40 多年的歷史了多年的歷史了 ，3RE60雙向不銹鋼最早就是在這一領(lǐng)域起步應(yīng)用的。除雙向不銹鋼最早就是在這一領(lǐng)域起步應(yīng)用的。除 3RE60 鋼外，鋼外， 其它雙相不銹鋼如其它雙相不銹鋼如UR45N (SAF2205)、UR

10、47N (00Cr25Ni6.5Mo3N) 、UR52N+(00Cr25Ni6.5Mo3.5CuN )等都應(yīng)用在各工業(yè)領(lǐng)域。由于雙等都應(yīng)用在各工業(yè)領(lǐng)域。由于雙 相不銹鋼具有優(yōu)秀的力學(xué)性能，以及耐磨損腐蝕、耐應(yīng)力腐蝕以及耐疲勞相不銹鋼具有優(yōu)秀的力學(xué)性能，以及耐磨損腐蝕、耐應(yīng)力腐蝕以及耐疲勞 腐蝕性能好等特長，所以在制造紙漿和工業(yè)用的造紙木屑預(yù)蒸器、造紙壓腐蝕性能好等特長，所以在制造紙漿和工業(yè)用的造紙木屑預(yù)蒸器、造紙壓 力滾筒、連續(xù)式和間歇式紙漿蒸煮器和回收設(shè)備中都取得了良好的應(yīng)用效力滾筒、連續(xù)式和間歇式紙漿蒸煮器和回收設(shè)備中都取得了良好的應(yīng)用效 果。果。 (5)化肥工業(yè)化肥工業(yè) 尿素工業(yè)也是最早

11、使用雙相不銹鋼的部門之一，其裝置中含氯離子水的尿素工業(yè)也是最早使用雙相不銹鋼的部門之一，其裝置中含氯離子水的 熱交換設(shè)備使用得較多，例如尿素裝置中熱交換設(shè)備使用得較多，例如尿素裝置中 CO2壓縮機(jī)三段冷卻器原先使用壓縮機(jī)三段冷卻器原先使用 304L 奧氏體不銹鋼管束，奧氏體不銹鋼管束，l 個(gè)月后即因應(yīng)力腐蝕破裂而導(dǎo)致泄漏，而雙相個(gè)月后即因應(yīng)力腐蝕破裂而導(dǎo)致泄漏，而雙相 不銹鋼可用不銹鋼可用 5 年以上，隨后一、二段冷卻器也都換用了年以上，隨后一、二段冷卻器也都換用了 185Mo 或或 SAF2205 雙相不銹鋼。由于雙相不銹鋼在尿素介質(zhì)中有良好的抗腐蝕疲勞雙相不銹鋼。由于雙相不銹鋼在尿素介質(zhì)中

12、有良好的抗腐蝕疲勞 性能，很適合用于制造尿素生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備性能，很適合用于制造尿素生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備甲按泵泵體。國產(chǎn)的甲按泵泵體。國產(chǎn)的 00Cr25Ni6Mo2N 雙向不銹鋼能夠通過雙向不銹鋼能夠通過 Huey 法的晶間腐蝕傾向的檢驗(yàn)，法的晶間腐蝕傾向的檢驗(yàn)， 已用于洞庭氮肥廠（五柱塞式）、黑龍江化肥廠等大型化肥廠。國內(nèi)中一已用于洞庭氮肥廠（五柱塞式）、黑龍江化肥廠等大型化肥廠。國內(nèi)中一 些小化肥廠的甲按泵泵體基本上采用些小化肥廠的甲按泵泵體基本上采用 185Mo 鋼制造，也有數(shù)十家采用鋼制造，也有數(shù)十家采用 的是高鉻含鉛雙相不銹鋼。此外這種鋼的泵閥鍛件通過了日本的是高鉻含鉛雙相不銹鋼。此外這種

13、鋼的泵閥鍛件通過了日本 JIS G0573 、G0591 硝酸法和硫酸法的檢驗(yàn)，批量出口日本，價(jià)格要比日本當(dāng)?shù)厣a(chǎn)硝酸法和硫酸法的檢驗(yàn)，批量出口日本，價(jià)格要比日本當(dāng)?shù)厣a(chǎn) 的優(yōu)惠。此外，采用國產(chǎn)的優(yōu)惠。此外，采用國產(chǎn) 0Cr25Ni6Mo3CuN 時(shí)效強(qiáng)化雙相不銹鋼，利用時(shí)效強(qiáng)化雙相不銹鋼，利用 其優(yōu)異的耐磨損腐蝕性能，用于加工多種規(guī)格的尿素裝置主工藝管路高壓其優(yōu)異的耐磨損腐蝕性能，用于加工多種規(guī)格的尿素裝置主工藝管路高壓 截止閥的內(nèi)件等，能起到不錯(cuò)的效果。截止閥的內(nèi)件等，能起到不錯(cuò)的效果。 (6)運(yùn)輸業(yè)運(yùn)輸業(yè) 最近幾年海上化學(xué)品運(yùn)輸船行業(yè)是國外最大的雙相不銹鋼用最近幾年海上化學(xué)品運(yùn)輸船行業(yè)是

14、國外最大的雙相不銹鋼用 戶，消費(fèi)量約占熱軋板的戶，消費(fèi)量約占熱軋板的 50?；瘜W(xué)品船裝載的液體貨物多種?；瘜W(xué)品船裝載的液體貨物多種 多樣，包括化學(xué)和石化產(chǎn)品，要求船艙材料既能耐腐蝕，又有較多樣，包括化學(xué)和石化產(chǎn)品，要求船艙材料既能耐腐蝕，又有較 高的強(qiáng)度和優(yōu)良的塑性。目前，高的強(qiáng)度和優(yōu)良的塑性。目前，SAF2205 雙相不銹鋼已取代雙相不銹鋼已取代 316L和和 317L 等奧氏體不銹鋼，成為海上化學(xué)品船的首選材料等奧氏體不銹鋼，成為海上化學(xué)品船的首選材料 。我國在這方面起步較晚，中國長江航運(yùn)集團(tuán)青山船廠采用歐洲。我國在這方面起步較晚，中國長江航運(yùn)集團(tuán)青山船廠采用歐洲 建造標(biāo)準(zhǔn)，使用進(jìn)口的建造

15、標(biāo)準(zhǔn)，使用進(jìn)口的 SAF2205 鋼板，自行制造成功第一艘鋼板，自行制造成功第一艘 18500t 化學(xué)品船，鋼板消耗量大約化學(xué)品船，鋼板消耗量大約 1200t，已出口比利時(shí)。實(shí)，已出口比利時(shí)。實(shí) 現(xiàn)了我國用雙相不銹鋼建造化學(xué)品船零的突破，該廠已形成規(guī)?，F(xiàn)了我國用雙相不銹鋼建造化學(xué)品船零的突破，該廠已形成規(guī)模 生產(chǎn)能力。生產(chǎn)能力。 2.2.1 2.2.1 主要成分：主要成分：CrCr、NiNi、MoMo、N N。 其中，其中， CrCr、MoMo鐵素體形成元素鐵素體形成元素 Ni Ni、N N 奧氏體形成元素奧氏體形成元素 N N主要固溶強(qiáng)化元素主要固溶強(qiáng)化元素 Cr Cr、MoMo、NN提高耐

16、氯化物點(diǎn)蝕性能提高耐氯化物點(diǎn)蝕性能 耐點(diǎn)蝕當(dāng)量：耐點(diǎn)蝕當(dāng)量：PREPREN N= =(Cr)+3.3 (Cr)+3.3 (Mo)+ 16 (Mo)+ 16 (N)(N) 正常含正常含MoMo雙相不銹鋼：雙相不銹鋼： PREPREN N=30=303636 超級(jí)雙相不銹鋼：超級(jí)雙相不銹鋼： PREPREN N4040 2.2 2.2 雙相不銹鋼的成分、組織和性能雙相不銹鋼的成分、組織和性能 根據(jù)成分和根據(jù)成分和PREPREN N值值分類：分類： 低合金型，低合金型，23%Cr23%Cr無無MoMo雙相不銹鋼：雙相不銹鋼：Cr:23% Ni:4% Cr:23% Ni:4% N:0.1-0.2% N

17、:0.1-0.2% PREPREN N=24=242525 中合金型，中合金型，22%Cr22%Cr標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼：標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼：Cr:22% Ni:5-5.5% Cr:22% Ni:5-5.5% Mo:3% N:0.14-0.17% Mo:3% N:0.14-0.17% PREPREN N=30=303636 高合金型，高合金型，25%Cr+(0-2.5%)Cu25%Cr+(0-2.5%)Cu雙相不銹鋼：雙相不銹鋼：Cr:25-27% Cr:25-27% Ni:4-7% Mo:1.5-3.3% N:0.15-0.25%Ni:4-7% Mo:1.5-3.3% N:0.15-0.25% PRE

18、PREN N=32=324040 25%Cr25%Cr超級(jí)雙相不銹鋼：超級(jí)雙相不銹鋼：Cr:25-26% Ni:6-7%Cr:25-26% Ni:6-7% Mo:3.5-4% N:0.25-0.28% Mo:3.5-4% N:0.25-0.28% PRE PREN N4040 不銹鋼的PREN值的比較 2.2.2 2.2.2 組織組織 相（鐵素體）相（鐵素體）+相（奧氏體）雙相組織，其中相（奧氏體）雙相組織，其中相與相與相相 的體積分?jǐn)?shù)之比（的體積分?jǐn)?shù)之比（/）約各占）約各占50%50%。 其中：鐵素體其中：鐵素體提供高的屈服強(qiáng)度、耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能；提供高的屈服強(qiáng)度、耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能；

19、 奧氏體奧氏體提供好的韌性和耐全腐蝕性能。提供好的韌性和耐全腐蝕性能。 相含量過高相含量過高引起脆化；引起脆化； 相含量過高相含量過高降低耐應(yīng)力腐蝕性能。降低耐應(yīng)力腐蝕性能。 2.2.3 2.2.3 性能性能 1) 1)具有良好的耐氯化物應(yīng)力腐蝕的能力；具有良好的耐氯化物應(yīng)力腐蝕的能力； 2) 2)具有良好的抗點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能，優(yōu)于奧氏體不銹鋼；具有良好的抗點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能，優(yōu)于奧氏體不銹鋼； 3) 3)有良好的耐腐蝕疲勞和耐磨損腐蝕性能；有良好的耐腐蝕疲勞和耐磨損腐蝕性能； 4)4)綜合力學(xué)性能好。有較高的強(qiáng)度（包括疲勞強(qiáng)度），屈服綜合力學(xué)性能好。有較高的強(qiáng)度（包括疲勞強(qiáng)度），屈服 強(qiáng)度

20、是普通強(qiáng)度是普通Cr-NiCr-Ni奧氏體不銹鋼的奧氏體不銹鋼的2 2倍；倍； 5) 5)焊接性好，熱裂傾向小。一般不需要焊前預(yù)熱和焊后熱處焊接性好，熱裂傾向小。一般不需要焊前預(yù)熱和焊后熱處 理，可與理，可與18-818-8型奧氏體不銹鋼及碳鋼進(jìn)行異種鋼焊接；型奧氏體不銹鋼及碳鋼進(jìn)行異種鋼焊接； 6) 6)低鉻（低鉻（ Cr18%Cr18%）的雙相不銹鋼熱加工溫度范圍比的雙相不銹鋼熱加工溫度范圍比18-818-8型奧型奧 氏體不銹鋼寬，抗力小，高鉻（氏體不銹鋼寬，抗力小，高鉻（ Cr25%Cr25%）的雙相不銹鋼熱加工的雙相不銹鋼熱加工 比比18-818-8型奧氏體不銹鋼困難；型奧氏體不銹鋼困

21、難； 7) 7)雙相不銹鋼比雙相不銹鋼比18-818-8型奧氏體不銹鋼加工硬化效應(yīng)大；型奧氏體不銹鋼加工硬化效應(yīng)大； 8) 8)與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的熱導(dǎo)率大，線脹系數(shù)與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的熱導(dǎo)率大，線脹系數(shù) ??；??； 9) 9)仍有高鉻鐵素體不銹鋼的各種脆化傾向，不宜在高于仍有高鉻鐵素體不銹鋼的各種脆化傾向，不宜在高于 300300C C的溫度下使用。若含鉻量較低，脆性相析出危害性較小。的溫度下使用。若含鉻量較低，脆性相析出危害性較小。 奧氏體奧氏體- -鐵素體雙相不銹鋼的性能主要受鐵素體和奧氏體比例鐵素體雙相不銹鋼的性能主要受鐵素體和奧氏體比例 的影響，奧氏體和鐵素體各

22、占的影響，奧氏體和鐵素體各占50%50%時(shí)，具有良好的耐腐蝕性時(shí)，具有良好的耐腐蝕性 和焊接性。在平衡狀態(tài)下，兩相的比例主要由鋼中的合金元和焊接性。在平衡狀態(tài)下，兩相的比例主要由鋼中的合金元 素，即鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量來決定。素，即鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量來決定。 CrCreq eq= = CrCr+ + MoMo+ +1.5 1.5 Si Si NiNieq eq= = NiNi+ +30 30 C+N C+N+ +0.5 0.5 Mn Mn 2.3.1 2.3.1 焊縫凝固與奧氏體形成焊縫凝固與奧氏體形成 母材組織：母材組織：(50%)(50%)V V相相+(50%)+(50%)V V相，其中相，其中相呈

23、長條相呈長條 狀分布在狀分布在相基體中。相基體中。 焊縫組織：焊接熔化后形成鑄態(tài)組織。焊縫組織：焊接熔化后形成鑄態(tài)組織。 2.3 2.3 雙相不銹鋼的焊接冶金雙相不銹鋼的焊接冶金 Fe-Cr-NiFe-Cr-Ni偽二元相圖：偽二元相圖： 液態(tài)下凝固：液態(tài)下凝固：LL 冷卻到冷卻到13001300： 在固態(tài)下在固態(tài)下在在晶粒邊界形核和生長。晶粒邊界形核和生長。 冷卻到室溫：冷卻到室溫：+ + 其中，其中，相的形態(tài)和數(shù)量：相的形態(tài)和數(shù)量：化學(xué)成分化學(xué)成分 冷卻速度冷卻速度 基于基于TTTTTT圖圖：冷卻速度增加：冷卻速度增加相含量減少。相含量減少。 在焊縫快速冷卻條件下形成的在焊縫快速冷卻條件下形

24、成的相，一般呈魏氏組相，一般呈魏氏組 織形態(tài)。織形態(tài)。 合金元素的作用合金元素的作用： 合金元素直接影響焊縫金屬的組成，合金元素直接影響焊縫金屬的組成，Creq越大，越大，Nieq越小，焊縫越小，焊縫 中奧氏體含量越少。中奧氏體含量越少。 合金元素在鐵素體和奧氏體所占的比例也不一樣。合金元素在鐵素體和奧氏體所占的比例也不一樣。 焊接參數(shù)的作用：焊接參數(shù)的作用： 由于焊接參數(shù)影響到冷卻速度，即影響到合金元素的擴(kuò)散，所以由于焊接參數(shù)影響到冷卻速度，即影響到合金元素的擴(kuò)散，所以 ，也影響到合金元素在兩相中的分配，焊接線能量越大，冷卻速度，也影響到合金元素在兩相中的分配，焊接線能量越大，冷卻速度 越慢

25、，由于擴(kuò)散比較充分，鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變進(jìn)行的就比較充分越慢，由于擴(kuò)散比較充分，鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變進(jìn)行的就比較充分 ，奧氏體含量增加，合金元素在兩相中的含量差別也會(huì)拉大。，奧氏體含量增加，合金元素在兩相中的含量差別也會(huì)拉大。 析出相的問題：析出相的問題： 析出相會(huì)影響到焊縫金屬中的力學(xué)性能及耐腐蝕性。析出相會(huì)影響到焊縫金屬中的力學(xué)性能及耐腐蝕性。 A. A.當(dāng)焊縫成分與母材相同時(shí)：降低焊縫的冷卻速度。當(dāng)焊縫成分與母材相同時(shí)：降低焊縫的冷卻速度。 冷卻速度過快時(shí)，焊縫中冷卻速度過快時(shí)，焊縫中相含量不足，而相含量不足，而相含量可相含量可 超過超過80%80%，導(dǎo)致焊縫韌性下降，氫脆敏感性增加。，導(dǎo)致

26、焊縫韌性下降，氫脆敏感性增加。 B. B.當(dāng)焊縫的冷卻速度難以降低時(shí)，提高焊縫中當(dāng)焊縫的冷卻速度難以降低時(shí)，提高焊縫中NiNi、MnMn、N N 等奧氏體形成元素含量，其中等奧氏體形成元素含量，其中N N的作用最為顯著。的作用最為顯著。 通過焊縫通過焊縫過合金化過合金化，促使，促使相增加，使焊縫獲得與母材同相增加，使焊縫獲得與母材同 樣的組織。樣的組織。 N N對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)變的作用：（由轉(zhuǎn)變的作用：（由TTTTTT圖）圖） 例如：焊縫和母材為獲得例如：焊縫和母材為獲得60%+40%60%+40%的雙相組織：要求的雙相組織：要求 焊縫焊縫0.219%N0.219%N，而母材只需，而母材只需0.141%

27、N0.141%N。 注：焊縫中注：焊縫中相體積分?jǐn)?shù)一般推薦為相體積分?jǐn)?shù)一般推薦為22-70%22-70%。為獲得足夠。為獲得足夠 的耐腐蝕性并避免氫致裂紋，的耐腐蝕性并避免氫致裂紋，相最大含量應(yīng)限制在相最大含量應(yīng)限制在60%60%。 焊縫室溫組織預(yù)測：焊縫室溫組織預(yù)測： SchaefflerSchaeffler圖：圖： 鐵素體含量的精度鐵素體含量的精度4%4% DeLongDeLong圖：圖： 鐵素體含量的精度鐵素體含量的精度2%2% WRC1992 WRC1992組織圖組織圖 美國焊接研究委員會(huì)美國焊接研究委員會(huì) 推薦推薦 Creq=Cr%+Mo%+1.5Si%+0.5Nb% Nieq=Ni

28、%+30C%+30N%+0. 5Mn% 舍夫勒組織圖舍夫勒組織圖 Creq=Cr%+Mo%+1.5Si%+0.5Nb% Nieq=Ni%+30C%+30N%+0. 5Mn% 德龍圖 2.3.2 2.3.2 熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變 早期雙相不銹鋼早期雙相不銹鋼：焊后：焊后HAZHAZ中中相含量過高，甚至接近單相相含量過高，甚至接近單相 組織（組織（5%60%Fe60%時(shí)，時(shí)，+雙相的雙相的 點(diǎn)蝕電位處于純點(diǎn)蝕電位處于純相與純相與純 相之間；相之間； Fe60%Fe60%時(shí)，時(shí)， +雙相雙相 的點(diǎn)蝕電位與純的點(diǎn)蝕電位與純相和純相和純 相基本相同。相基本相同。 注：注：FeFe增加時(shí)，

29、對(duì)應(yīng)的增加時(shí)，對(duì)應(yīng)的CrCr、NiNi 相應(yīng)減少。相應(yīng)減少。 組織組織對(duì)點(diǎn)蝕的影響對(duì)點(diǎn)蝕的影響 隨著隨著相含量的增加，相含量的增加， 點(diǎn)蝕電位開始時(shí)增加較點(diǎn)蝕電位開始時(shí)增加較 快，當(dāng)快，當(dāng)相達(dá)到相達(dá)到40%40%后則后則 基本不變?；静蛔?。 注：注：FeFe含量降低時(shí)，即合金含量降低時(shí)，即合金 含量提高時(shí)，點(diǎn)蝕電位降低。含量提高時(shí)，點(diǎn)蝕電位降低。 A A：低鐵系列合金（：低鐵系列合金（Fe50%Fe50%） B B：高鐵系列合金（：高鐵系列合金（Fe=68-70%Fe=68-70%） 冷卻速度冷卻速度對(duì)點(diǎn)蝕的影響對(duì)點(diǎn)蝕的影響 隨著含隨著含N N量增加，點(diǎn)蝕電位量增加，點(diǎn)蝕電位 提高，但與冷速

30、有關(guān)。提高，但與冷速有關(guān)。 N=0.13%N=0.13%時(shí)，時(shí)，冷速對(duì)冷速對(duì)SCESCE影響影響 顯著。冷卻快：析出大量顯著。冷卻快：析出大量CrCr2 2N N， SCESCE低；冷卻慢：基本沒有析出低；冷卻慢：基本沒有析出 CrCr2 2N N，SCESCE高。高。 N=0.25%N=0.25%時(shí)，時(shí)，冷速快慢冷速快慢CrCr2 2N N基基 本沒有析出，故對(duì)本沒有析出，故對(duì)SCESCE沒有影響。沒有影響。 結(jié)論：結(jié)論：含含N N量較低的雙相鋼，其點(diǎn)蝕電位（量較低的雙相鋼，其點(diǎn)蝕電位（SCESCE）對(duì)冷卻速度很敏感，）對(duì)冷卻速度很敏感， 因此焊接含因此焊接含N N量較低的雙相不銹鋼時(shí)，要嚴(yán)

31、格控制冷卻速度。量較低的雙相不銹鋼時(shí)，要嚴(yán)格控制冷卻速度。 思考題思考題：分析在不同的冷卻速度條件下，雙相不銹鋼的：分析在不同的冷卻速度條件下，雙相不銹鋼的 含含N N量對(duì)量對(duì)相和相和CrCr2 2N N析出相體積分?jǐn)?shù)的影響規(guī)律。析出相體積分?jǐn)?shù)的影響規(guī)律。 為了獲得滿意的為了獲得滿意的/比，以及最佳的力學(xué)性能與耐腐蝕性能的比，以及最佳的力學(xué)性能與耐腐蝕性能的 組合，通常需要控制兩個(gè)因素：組合，通常需要控制兩個(gè)因素： 因素因素1 1：焊縫化學(xué)成分：焊縫化學(xué)成分填充金屬，保護(hù)氣體，母材稀釋率等填充金屬，保護(hù)氣體，母材稀釋率等 因素因素2 2：接頭冷卻速度：接頭冷卻速度熱輸入量，層間溫度，材料厚度等

32、熱輸入量，層間溫度，材料厚度等 2.5.1 2.5.1 焊接方法的選擇焊接方法的選擇 無填充金屬的無填充金屬的TIGTIG焊焊 A.A.純純ArAr氣體保護(hù)時(shí)：氣體保護(hù)時(shí)： 含含N N量較低量較低(0.130%N)(0.130%N)： 相相90%90% 含含N N量較高量較高(0.396%N)(0.396%N)： 相相43%43% 注：合適的注：合適的體積分?jǐn)?shù)為體積分?jǐn)?shù)為20-60%20-60%。 2.5 2.5 雙相不銹鋼焊接工藝特點(diǎn)雙相不銹鋼焊接工藝特點(diǎn) B.B.Ar+NAr+N2 2混合氣體保護(hù)時(shí)：混合氣體保護(hù)時(shí)： 可通過保護(hù)氣體使焊縫增可通過保護(hù)氣體使焊縫增N N，以獲得合適的，以獲得

33、合適的含量。含量。 焊接含焊接含N N量量0.16%0.16%的一般雙相鋼：應(yīng)在的一般雙相鋼：應(yīng)在ArAr中加中加1.0-1.2%N1.0-1.2%N； 焊接含焊接含N N量量0.25%0.25%的超級(jí)雙相鋼：應(yīng)在的超級(jí)雙相鋼：應(yīng)在ArAr中加中加2.0-2.5%N2.0-2.5%N。 注：焊接單面焊的根部焊道時(shí)，建議采用注：焊接單面焊的根部焊道時(shí)，建議采用Ar+NAr+N2 2混合氣體混合氣體TIGTIG焊。焊。 無填充金屬的電子束焊無填充金屬的電子束焊 不能通過氣體向焊縫增不能通過氣體向焊縫增N N，只能焊接含，只能焊接含N N量高量高(0.4%N)(0.4%N)的雙相鋼。的雙相鋼。 2.5.2 2.5.2 填充材料的選擇填充材料的選擇 在不加填充材料的在不加填充材料的TIGTIG、電子束焊接過程中，、電子束焊接過程中，N N元素的損失無法通過元素的損失無法通過 填充金屬進(jìn)行補(bǔ)充，引起焊縫中填充金屬進(jìn)行補(bǔ)充