不銹鋼的焊接

1、第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接第四章不銹鋼及耐熱鋼的焊接4.1 不銹鋼及耐熱鋼的分類及特性不銹鋼及耐熱鋼的分類及特性 不銹鋼常指一些在空氣、水、酸性溶液及其他腐蝕介質(zhì)中具有較高化學(xué)穩(wěn)定性,在高溫下具有抗氧化性的鋼。其腐蝕性和抗氧化性與化學(xué)成分密切相關(guān)。相應(yīng)的組織可用鉻、鎳當(dāng)量的組織圖(見圖1)來預(yù)測。1.定義定義Creq = Cr% + Mo % + 0. 5 (Si + Ti ) %+ 0. 5Nb % + 3A1 % + 5v%這些元素均為縮小奧氏體區(qū)、形成鐵素的元素?？v坐標(biāo)為鎳當(dāng)量:Nieq =Ni% + 30 (C +N ) % + 0. 5Mn %+ 0. 33Cu %這些元素均為擴大奧

2、氏體區(qū)、穩(wěn)定奧氏體組織的元素。2.分類分類 不銹鋼按組織類別(加熱到高溫空冷后得到的組織)可分為,馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼及奧氏體2鐵素體雙相鋼。另外還有一類沉淀硬化鋼,較為常見的部分典型鋼種見表1。隨著當(dāng)今理論研究的發(fā)展及冶煉技術(shù)水平的提高,出現(xiàn)許多特定性能要求的如超級不銹鋼、抗菌不銹鋼等及價廉優(yōu)質(zhì)的Mn2N系不銹鋼;同時一些較為陳舊的老鋼種將遭淘汰。一些主要元素在不銹鋼中的作用簡述如下:碳碳是穩(wěn)定奧氏體顯著提高強度的元素(但奧氏體不銹鋼中,很少用碳來強化,C 多在0. 15%以下) ,除溶于奧氏體外還形成碳化物。屬于不利于腐蝕性能的元素。鉻鉻是決定不銹鋼耐腐蝕性的主要元素。一般來說,耐

3、腐蝕性和抗氧化性隨鉻量的增加而提高。鎳鎳是穩(wěn)定奧氏體元素,能顯著提高鉻鋼的耐蝕性和高溫抗氧化性,改善冷加工性能。但不利于抗應(yīng)力腐蝕,且資源匱乏。錳錳穩(wěn)定奧氏體元素,可以用來代鎳( 2%的錳代1%的鎳,但不能用錳代替全部鎳) 。錳的冷加工強化效應(yīng)顯著,能提高耐腐蝕性,但對晶間腐蝕敏感,并且不能通過加鈦和鈮來消除晶間腐蝕。氮氮其作用與碳相當(dāng),是穩(wěn)定奧氏體、提高強度的元素,穩(wěn)定奧氏體的作用比鎳大,可代鎳(比例約為0. 025 1) ,常與錳一起來取代鎳。如1Cr17Mn6Ni5N(201)鋼。鈦、鈮鈦、鈮強烈形成碳化物的元素( TiC、NbC) ,改善抗晶間腐蝕性能,如1Cr18Ni9Ti (321

4、)鋼。鉬鉬促使不銹鋼表面鈍化,增強抗點蝕和縫隙腐蝕能力(相當(dāng)于鉻的三倍) ,另外還可以提高強度,如0Cr18Ni13Mo3 (317)鋼。銅銅提高不銹鋼在硫酸中的耐蝕性能,還能提高冷加工性能,如0Cr18Ni9Cu2鋼。硅提高抗氧化和熱強性,但使冷加工性能下降,如0Cr18Ni9Si3 (302)鋼。硫硫?qū)姸扔绊懖淮?但使塑韌性大幅下降,常用作提高切削性能,如Y1Cr18Ni9 ( 303)鋼,硫一般為殘余元素。磷磷是不銹鋼中殘余元素,在奧氏體鋼中磷的危害不像一般鋼中那樣顯著,磷稍有強化作用。鋁鋁穩(wěn)定鐵素體元素,可以提高耐高溫氧化性能, 改善焊接性能等, 如用來改善彈性的0Cr17Ni7Al

5、鋼,但鋁會降低抗硝酸腐蝕能力。 值得注意1Cr18Ni9Ti ( 321)鋼。眾所周知,碳是造成不銹鋼晶界腐蝕損壞(俗稱敏化)的主要原因。早期限于冶金設(shè)備水平, 難以控制C 0. 03% ,而在鋼中加入Ti或Nb,使其優(yōu)先與碳結(jié)合形成TiC和NbC,固定碳從而減少或抑制Cr23C6在晶界上析出,以減輕晶界附近鉻的貧化所引起的晶界腐蝕(即提高鋼的抗敏化能力) ,使Cr18Ni9Ti鋼一直占有一定的主導(dǎo)地位。但是1Cr18Ni9Ti鋼鋼水粘稠,不論連鑄坯還是模鑄坯,表面質(zhì)量差,坯料剝皮修磨的工作量大,并且成品材的純凈度低,往往含有TiN、TiO2夾雜而導(dǎo)致大量廢品,成品拋光性能不好,難以得到高精度

6、表面。另外,焊接時還會在焊合后出現(xiàn)所謂的“刀狀腐蝕” 。隨著冶金精煉技術(shù)的發(fā)展, AOD (氬2氧脫碳精煉法) 、VOD (真空吹氧脫碳法) 的采用, 冶煉低碳和超低碳(C 0. 03% 為常規(guī)素體不銹鋼, 表示為0Cr;0. 03% 為超低碳鐵素體不銹鋼,表示為00Cr;0. 02% 為高純鐵素體不銹鋼,表示為000Cr;0. 01% 為超純鐵素體不銹鋼, 表示為0000Cr。超級奧氏體不銹鋼的發(fā)展超級奧氏體不銹鋼的發(fā)展 超級奧氏體不銹鋼指Cr、Mo、N含量顯著高于常規(guī)奧氏體不銹鋼,如含6Mo %的鋼(254SMoC 0. 02% , 20Cr% , 18Ni% , 6Mo % , 0. 6

7、Cu % ) 。這類鋼具有非常好的耐腐蝕性能,在海水、充氣、存在縫隙、低速沖刷條件下具有良好的抗點蝕性能(254SMo鋼PRE為45. 8)和較好的抗應(yīng)力腐蝕性能,是鎳基合金和鈦合金的代用材料。超級奧氏體不銹鋼熱加工難度較大,冷加工性能良好。要達到良好的軟化效果,超級奧氏體不銹鋼的固溶溫度比一般奧氏體不銹鋼高,應(yīng)提高到11501200 。超級馬氏體不銹鋼的發(fā)展超級馬氏體不銹鋼的發(fā)展 超級馬氏體不銹鋼是在克服傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼存在的缺乏足夠的延展性、冷加工成形困難、焊接性差等不足的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新系列鋼。這種鋼抗拉強度高,延展性好,焊接性能得到改善,因此又稱為軟馬氏體不銹鋼或可焊接馬氏體不銹鋼。

8、超級馬氏體不銹鋼的成分特點是在13Cr%或17Cr%的基礎(chǔ)上降C (C 0. 03%或 0. 025% )和硫(S 0. 01%或 0. 005% ) ,增加鎳( 4N i% 6. 5Ni% )和鉬(最高2. 5Mo % ) ,改善鋼的焊接性、韌性、耐蝕性,特別是在含CO2和H2 S的介質(zhì)中耐蝕性有很大的提高,常用于石油、天然氣開采的儲運設(shè)備。另外超級馬氏體不銹鋼可以代替雙相不銹鋼制作結(jié)構(gòu)件,因為強度高,可以減少零件的壁厚,減輕重量,節(jié)約成本。第二節(jié)第二節(jié)奧氏體不銹鋼的焊接奧氏體不銹鋼的焊接 奧氏體不銹鋼類型奧氏體不銹鋼類型l 18-8型型 1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、00Cr19Ni

9、10l 18-12型型 0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Til 25-20型型 0Cr25Ni20 奧氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體不銹鋼焊接性分析1.奧氏體不銹鋼焊接接頭耐蝕性奧氏體不銹鋼焊接接頭耐蝕性（1）晶間腐蝕）晶間腐蝕 奧氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體不銹鋼焊接性分析l焊縫晶間腐蝕焊縫晶間腐蝕1.焊材超低碳焊材超低碳2.焊材含穩(wěn)定化元素焊材含穩(wěn)定化元素Nb、Ti等等3.焊縫為雙相組織焊縫為雙相組織防止措施：防止措施：腐蝕形貌 奧氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體不銹鋼焊接性分析l焊縫晶間腐蝕焊縫晶間腐蝕 奧氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體不銹鋼焊接性分析l敏化區(qū)晶間腐蝕敏化區(qū)晶間腐蝕 奧

10、氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體不銹鋼焊接性分析l敏化區(qū)晶間腐蝕敏化區(qū)晶間腐蝕敏化區(qū)間：敏化區(qū)間：600850 母材母材:不含穩(wěn)定化元素不含穩(wěn)定化元素 奧氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體不銹鋼焊接性分析l刀蝕刀蝕 奧氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體不銹鋼焊接性分析l刀蝕刀蝕 奧氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體不銹鋼焊接性分析（2）應(yīng)力腐蝕開裂（）應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）1.奧氏體不鋼焊接接頭耐蝕性奧氏體不鋼焊接接頭耐蝕性 奧氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體不銹鋼焊接性分析 奧氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體不銹鋼焊接性分析1.奧氏體不銹鋼焊接接頭耐蝕性奧氏體不銹鋼焊接接頭耐蝕性（3）點蝕）點蝕 奧氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體不銹鋼焊

11、接性分析2.熱裂紋熱裂紋產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：1.導(dǎo)熱率小，線膨脹系數(shù)大導(dǎo)熱率小，線膨脹系數(shù)大2.易于生成方向性強的柱狀晶易于生成方向性強的柱狀晶3.焊縫成分復(fù)雜，雜質(zhì)元素多焊縫成分復(fù)雜，雜質(zhì)元素多 奧氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體不銹鋼焊接性分析熱裂與凝固模式熱裂與凝固模式 奧氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體不銹鋼焊接性分析熱裂與凝固模式熱裂與凝固模式AFFA 奧氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體不銹鋼焊接性分析熱裂與凝固模式熱裂與凝固模式AFFA 奧氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體不銹鋼焊接性分析熱影響區(qū)熱裂紋熱影響區(qū)熱裂紋 奧氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體不銹鋼焊接性分析化學(xué)成分對熱裂紋影響化學(xué)成分對熱裂紋影響l M

12、n：有利：有利lS，P：易形成低熔點化合物：易形成低熔點化合物lSi：增加熱裂傾向：增加熱裂傾向lNb：能形成低熔點共晶物：能形成低熔點共晶物lTi：與：與Nb基本相圖基本相圖lC：增加熱裂傾向：增加熱裂傾向lB：形成低熔點共晶：形成低熔點共晶 奧氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體不銹鋼焊接性分析焊接工藝焊接工藝l 小線能量小線能量l快速焊快速焊l不預(yù)熱不預(yù)熱 奧氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體不銹鋼焊接性分析3.奧氏體不銹鋼焊接接頭脆化奧氏體不銹鋼焊接接頭脆化（1）低溫脆化）低溫脆化 相引起低溫脆化，蠕蟲狀不好相引起低溫脆化，蠕蟲狀不好（2）析出脆化）析出脆化 相引起，相引起， 相是相是FeCr金屬間化合物金屬間化合物 可由可由 ， 奧氏體不銹鋼焊接工藝奧氏