材料焊接性第4章_不銹鋼及耐熱鋼更新版

1、第第4章章 不銹鋼及耐熱鋼的焊接不銹鋼及耐熱鋼的焊接不不銹銹鋼鋼不銹鋼是耐蝕和耐不銹鋼是耐蝕和耐 熱高合金鋼的統(tǒng)稱。熱高合金鋼的統(tǒng)稱。不銹鋼通常含有不銹鋼通常含有CrCr（w wCr12%Cr12%）、NiNi、MnMn、MoMo等元素，等元素， 具有良好的耐腐蝕性、具有良好的耐腐蝕性、耐熱性和較好的力學(xué)耐熱性和較好的力學(xué)性能，性能， 適于制造要求耐腐蝕、適于制造要求耐腐蝕、抗氧化、耐高溫和超抗氧化、耐高溫和超低溫的零部件和設(shè)備低溫的零部件和設(shè)備不銹鋼焊接接頭的宏觀照片不銹鋼焊接接頭的宏觀照片YAG-MAGYAG-MAG激光電弧復(fù)合焊激光電弧復(fù)合焊4.1 4.1 不銹鋼及耐熱鋼的分類及特性不銹

2、鋼及耐熱鋼的分類及特性4.1.1 4.1.1 不銹鋼的基本定義不銹鋼的基本定義 不不銹銹鋼鋼的的定定 義義 原義原義 型型 習(xí)慣習(xí)慣 型型 廣義廣義 型型 僅指在無污染的大氣僅指在無污染的大氣環(huán)境中能夠不生銹的鋼環(huán)境中能夠不生銹的鋼 指原義型含義不銹鋼與能耐指原義型含義不銹鋼與能耐 酸腐蝕的耐酸不銹鋼的統(tǒng)稱酸腐蝕的耐酸不銹鋼的統(tǒng)稱 泛指耐蝕鋼和耐熱鋼，統(tǒng)稱泛指耐蝕鋼和耐熱鋼，統(tǒng)稱為不銹鋼為不銹鋼Stainless SteelsStainless Steels4.1.2 4.1.2 不銹鋼及耐熱鋼的分類不銹鋼及耐熱鋼的分類按主要按主要化學(xué)成化學(xué)成 分分類分分類 鉻錳氮鉻錳氮 不銹鋼不銹鋼 鉻鎳鉻

3、鎳不銹鋼不銹鋼 鉻鉻不銹鋼不銹鋼 指指CrCr的質(zhì)量分數(shù)介于的質(zhì)量分數(shù)介于12%12%30%30%之間的不銹之間的不銹鋼，其基本類型為鋼，其基本類型為Cr13Cr13型型 CrCr的質(zhì)量分數(shù)介于的質(zhì)量分數(shù)介于12%12%30%30%，NiNi的質(zhì)量分數(shù)介于的質(zhì)量分數(shù)介于6%6%12%12%和和含其他少量元素的鋼種，基含其他少量元素的鋼種，基本類型為本類型為Cr18Ni9Cr18Ni9鋼鋼 屬于節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼，化學(xué)屬于節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼，化學(xué)成分中部分鎳被錳、氮替代，可成分中部分鎳被錳、氮替代，可減少鎳的含量減少鎳的含量如如1Cr18Mn8Ni5N1Cr18Mn8Ni5N、1Cr18Mn6N

4、i5N1Cr18Mn6Ni5N 按按用用途途分分類類 超低碳超低碳Cr-NiCr-Ni鋼鋼( (如如00Cr25Ni22Mo200Cr25Ni22Mo2、00Cr22Ni5Mo3N)00Cr22Ni5Mo3N)等等低碳低碳Cr-NiCr-Ni鋼（如鋼（如0Cr19Ni90Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti） 高高CrCr鋼（如鋼（如1Cr131Cr13、2Cr132Cr13） 不不銹鋼銹鋼 抗氧抗氧 化鋼化鋼 熱熱強鋼強鋼 高高CrCr鋼（如鋼（如1Cr171Cr17、1Cr25Si21Cr25Si2） 如如1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti、1Cr16Ni25Mo

5、61Cr16Ni25Mo6、4Cr25Ni204Cr25Ni20、4Cr25Ni344Cr25Ni34等等 Cr-NiCr-Ni鋼鋼（如（如2Cr25Ni202Cr25Ni20、2Cr25Ni20Si22Cr25Ni20Si2） 以以Cr12Cr12為基的多元合金化為基的多元合金化 高高CrCr鋼（如鋼（如1Cr12MoWV1Cr12MoWV） 按組織按組織分類分類 奧氏體鋼奧氏體鋼 鐵素體鋼鐵素體鋼 馬氏體鋼馬氏體鋼 鐵素體奧鐵素體奧 氏體雙相鋼氏體雙相鋼 0Cr19Ni9 0Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti(18-8Ti) 1Cr18Ni9Ti(18-8Ti) 2Cr25Ni20Si2

6、2Cr25Ni20Si2、4Cr25Ni20 4Cr25Ni20 0Cr21Ni320Cr21Ni32、4Cr25Ni35 4Cr25Ni35 沉淀沉淀硬化鋼硬化鋼 1Cr171Cr17、1Cr25Si21Cr25Si2 000Cr30Mo2 000Cr30Mo2 Cr13Cr13、2Cr132Cr13、3Cr133Cr13、4Cr134Cr13及及1Cr17Ni12 1Cr17Ni12 、 1Cr12MoWV 1Cr12MoWV 00Cr18Ni5Mo3Si200Cr18Ni5Mo3Si2、0Cr25Ni5Mo3N0Cr25Ni5Mo3N、00Cr22Ni5Mo3N00Cr22Ni5Mo3N

7、 0Cr17Ni4Cu4Nb 0Cr17Ni4Cu4Nb，簡稱，簡稱17-4PH 17-4PH 0Cr17Ni7Al0Cr17Ni7Al，簡稱，簡稱17-7PH17-7PH 4.1.3 4.1.3 不銹鋼及耐熱鋼的特性不銹鋼及耐熱鋼的特性表表4-1 4-1 不銹鋼及耐熱鋼的物理性能不銹鋼及耐熱鋼的物理性能不銹鋼的不銹鋼的耐蝕性能耐蝕性能 應(yīng)力腐蝕（應(yīng)力腐蝕（SCC):不銹鋼在特定的腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力作用下出現(xiàn)的低于強度極限的脆性開裂現(xiàn)象。晶間腐蝕：在晶粒邊界附近發(fā)生的有選擇性晶間腐蝕：在晶粒邊界附近發(fā)生的有選擇性 的腐蝕現(xiàn)象。的腐蝕現(xiàn)象。 縫隙腐蝕：縫隙腐蝕：在電解液中，如在氯離子環(huán)境中，不銹鋼

8、間或與異物接觸的表面間存在間隙時，縫隙中不銹鋼鈍化膜吸附Cl而被局部破壞的現(xiàn)象。點腐蝕（孔蝕或坑蝕）：點腐蝕（孔蝕或坑蝕）：金屬材料表面大部分不腐蝕或腐蝕輕微，而分散發(fā)生的局部腐蝕 均勻腐蝕：均勻腐蝕：接觸腐蝕介質(zhì)的金屬表面全部產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象 相脆化：相脆化：是Cr的質(zhì)量分數(shù)約45%的典型FeCr金屬間化合物，無磁性，硬而脆。475脆性：脆性：主要出現(xiàn)在Cr15%的鐵素體鋼中。430480之間長期加熱并緩冷，導(dǎo)致在常溫時或負溫時出現(xiàn)強度升高而韌性下降的現(xiàn)象。熱強性：熱強性：在高溫下長時間工作時對斷裂的抗力（持久強度），或在高溫下長時間工作時抗塑性變形的能力（蠕變抗力）。 數(shù)據(jù)：劉會杰書186表

9、7-3耐熱性能：耐熱性能：耐熱性能是指高溫下，既有抗氧化或耐氣體介質(zhì)腐蝕的性能即熱穩(wěn)定性，同時又有足夠的強度即熱強性。不銹鋼及不銹鋼及耐熱鋼的耐熱鋼的高溫性能高溫性能 4.1.4 Fe-Cr4.1.4 Fe-Cr，F(xiàn)e-NiFe-Ni相圖及合金元素的影相圖及合金元素的影 響響圖圖4-1 4-1 Fe-CrFe-Cr二元合金狀態(tài)圖二元合金狀態(tài)圖 圖圖4-2 4-2 Fe-Fe-NiNi二元合金狀態(tài)圖二元合金狀態(tài)圖 合金合金元素元素對相對相圖的圖的影響影響 碳的碳的影響影響氮的氮的 影響影響 錳的錳的影響影響 鉬的鉬的影響影響 碳是強奧氏體化元素，會使碳是強奧氏體化元素，會使 相區(qū)增大，而相區(qū)增大

10、，而相區(qū)減小相區(qū)減小 氮是強奧氏體化元素氮是強奧氏體化元素 MoMo也是鐵素體形成元素也是鐵素體形成元素 MoMo對對相區(qū)有強烈的縮小作用相區(qū)有強烈的縮小作用 MnMn是奧氏體形成元素，是奧氏體形成元素，與與NiNi相似，會擴大相似，會擴大相區(qū)，相區(qū)，使使-的轉(zhuǎn)變向低溫移動的轉(zhuǎn)變向低溫移動 4.2 4.2 奧氏體不銹鋼的焊接奧氏體不銹鋼的焊接4.2.1 4.2.1 奧氏體不銹鋼的類型奧氏體不銹鋼的類型類類型型 18-818-8型奧型奧氏體不銹鋼氏體不銹鋼 18-12Mo18-12Mo型型奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼為克服晶間腐蝕傾開發(fā)了為克服晶間腐蝕傾開發(fā)了 1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9T

11、i和和0Cr18Ni11Nb0Cr18Ni11Nb等等 主要牌號有主要牌號有1Cr18Ni91Cr18Ni9和和0Cr18Ni9 0Cr18Ni9 25-2025-20型奧型奧氏體不銹鋼氏體不銹鋼 超低碳超低碳18-818-8型不銹鋼，型不銹鋼，如如00Cr19Ni1000Cr19Ni10等等 0Cr17Ni12Mo20Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti0Cr18Ni12Mo2Ti等等 牌號有牌號有0Cr25Ni200Cr25Ni20等等 4.2.2 4.2.2 奧氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體不銹鋼焊接性分析 奧氏體奧氏體不銹鋼不銹鋼焊接性焊接性分析分析奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼

12、焊接接頭的耐蝕性焊接接頭的耐蝕性熱裂紋熱裂紋 析出現(xiàn)象析出現(xiàn)象 低溫脆化低溫脆化 晶間晶間 腐蝕腐蝕 應(yīng)力腐應(yīng)力腐蝕開裂蝕開裂（SCCSCC） 熱影響區(qū)敏化區(qū)晶間腐蝕熱影響區(qū)敏化區(qū)晶間腐蝕 焊縫區(qū)晶間腐蝕焊縫區(qū)晶間腐蝕 點點蝕蝕刀狀腐蝕刀狀腐蝕 腐蝕介質(zhì)的影響腐蝕介質(zhì)的影響 焊接應(yīng)力的作用焊接應(yīng)力的作用 合金元素的作用合金元素的作用 奧氏體鋼焊接接頭有點蝕奧氏體鋼焊接接頭有點蝕傾向，雙相鋼有時也會有傾向，雙相鋼有時也會有點蝕產(chǎn)生。點蝕產(chǎn)生。 焊接接頭的耐蝕性焊接接頭的耐蝕性 焊縫區(qū)晶間腐蝕焊縫區(qū)晶間腐蝕 防止途徑防止途徑 選擇超低碳焊接材料選擇超低碳焊接材料 調(diào)整焊縫成分獲得一定調(diào)整焊縫成分獲

13、得一定相相 圖圖4-5 0Cr18Ni94-5 0Cr18Ni9不銹鋼不銹鋼HAZHAZ晶間腐蝕晶間腐蝕 圖圖4-3 18-84-3 18-8不銹鋼焊接接頭可能出現(xiàn)晶間腐蝕的部位不銹鋼焊接接頭可能出現(xiàn)晶間腐蝕的部位1 1HAZHAZ敏化區(qū)敏化區(qū) 2 2焊縫區(qū)焊縫區(qū) 3 3熔合區(qū)熔合區(qū) 圖4-4 舍夫勒焊縫組織圖鉻當(dāng)量 鎳當(dāng)量奧氏體不銹鋼焊接熱影響區(qū)可劃分為過熱區(qū)、相脆化區(qū)和敏化區(qū)三個區(qū)。鐵素體不銹鋼的熱影響區(qū)可分為過熱區(qū)、相脆化區(qū)、475脆性區(qū)。圖29為不銹鋼熱影響區(qū)的劃分示意圖。 (一)過熱區(qū) 加熱溫度在TksTm。 (二) 相脆化區(qū) 加熱溫度在650850。 (三)敏化區(qū) 加熱溫度在450

14、850。 (四)475脆性區(qū) 加熱溫度在400600HAZ晶間腐蝕晶間腐蝕 晶間腐蝕的機理是什么呢？晶間腐蝕的機理是什么呢？貧鉻區(qū)：貧鉻區(qū)：不銹鋼不銹鋼表面表面或內(nèi)部局部或內(nèi)部局部鉻鉻含量低于含量低于平均平均含量含量的區(qū)域。的區(qū)域。貧鉻區(qū)貧鉻區(qū)的出現(xiàn)，通常是的出現(xiàn)，通常是碳化鉻碳化鉻析出析出的結(jié)果。由于鉻是保證不銹鋼的結(jié)果。由于鉻是保證不銹鋼耐腐蝕性耐腐蝕性的的元素元素，貧鉻區(qū)往往優(yōu)先發(fā)生，貧鉻區(qū)往往優(yōu)先發(fā)生腐蝕腐蝕。例如不銹鋼中沿例如不銹鋼中沿晶界晶界析出碳化鉻后導(dǎo)致晶界析出碳化鉻后導(dǎo)致晶界附近貧鉻，從而容易發(fā)生附近貧鉻，從而容易發(fā)生晶間腐蝕晶間腐蝕。 什么是敏化區(qū)？什么是敏化區(qū)？18-81

15、8-8鋼型奧氏體不銹鋼在鋼型奧氏體不銹鋼在450-850450-850溫度溫度范圍內(nèi)加熱后對晶間腐蝕最為敏感，通常范圍內(nèi)加熱后對晶間腐蝕最為敏感，通常把這一溫度區(qū)間成為敏化溫度區(qū)間，在此把這一溫度區(qū)間成為敏化溫度區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)加熱的過程稱為敏化過程。超低碳區(qū)間內(nèi)加熱的過程稱為敏化過程。超低碳以及含以及含TiTi或或NbNb的奧氏體不銹鋼不易有的奧氏體不銹鋼不易有敏化區(qū)出現(xiàn)。敏化區(qū)出現(xiàn)。圖4-6 Cr23C6、TiC的析出溫度Cr23C6的析出溫度：600-850； TiC的析出溫度：1100 刀狀腐蝕刀狀腐蝕 定義：定義：在熔合區(qū)產(chǎn)生的晶間腐蝕，如刀削切口形式，故稱為刀狀腐蝕。發(fā)生部位：發(fā)生

16、部位：只發(fā)生在含或的18-8和18-8鋼的熔合區(qū)。實質(zhì)：實質(zhì)：與M23C6沉淀形成貧鉻層有關(guān)。必要條件：必要條件：高溫過熱和中溫敏化的相繼作用。圖圖4-8 18-8Ti4-8 18-8Ti鋼熱影響區(qū)中碳化物的分布特征鋼熱影響區(qū)中碳化物的分布特征WMWM焊縫焊縫 WIWI焊縫邊界焊縫邊界圖圖4 4-7 -7 不銹鋼刀狀腐蝕形貌不銹鋼刀狀腐蝕形貌 500500 圖圖4 4-10 0Cr17Ni12Mo2-10 0Cr17Ni12Mo2不銹鋼不銹鋼 焊趾處的應(yīng)力腐蝕裂紋焊趾處的應(yīng)力腐蝕裂紋 1010應(yīng)力腐蝕開裂應(yīng)力腐蝕開裂 1）腐蝕介質(zhì)的影響 腐蝕介質(zhì)與材料組合上的選擇性，在此特定組合之外不會產(chǎn)生應(yīng)

17、力腐蝕。 2）焊接應(yīng)力的作用 應(yīng)力腐蝕開裂是應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用的結(jié)果。由于低熱導(dǎo)率及高熱膨脹系數(shù)，不銹鋼焊后常常產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。 合金元素的作用 在晶界上的合金元素偏析引起合金晶間開裂是應(yīng)力腐蝕的主要因素之一。三個條件：三個條件： 環(huán)境環(huán)境 選擇性的腐蝕介質(zhì)選擇性的腐蝕介質(zhì) 拉應(yīng)力拉應(yīng)力點蝕點蝕 奧氏體鋼焊接接頭有點蝕傾向，點蝕指數(shù)PI越小的鋼，點蝕傾向越大。 易產(chǎn)生部位：焊縫中的不完全混合區(qū) 焊接材料選擇不當(dāng)時，焊縫中心部位也會有點蝕產(chǎn)生，主要原因：耐點蝕成分Cr與Mo的偏析。 TIG自熔焊易形成點蝕，甚至填送同質(zhì)焊絲時也是如此，仍不如母材。為提高耐點蝕性能：一方面須減少Cr、Mo的

18、偏析；一方面采用較母材更高Cr、Mo含量的所謂“超合金化”焊接材料（Overalloyed Filler Metal）。提高Ni含量，晶軸中Cr、Mo的負偏析顯著減少。凝固模式對熱裂紋的影響凝固模式對熱裂紋的影響凝固裂紋最易產(chǎn)生于單相奧氏體（）組織的焊縫中，如果為雙相組織，則不易于產(chǎn)生凝固裂紋。所謂凝固模式，首先是指以何種初生相（或）開始結(jié)晶進行凝固過程，其次是指以何種相完成凝固過程?？捎兴姆N凝固模式：F AF FA A奧氏體鋼焊接熱裂紋的原因：奧氏體鋼焊接熱裂紋的原因：1.奧氏體鋼的熱導(dǎo)率小和線膨脹系數(shù)大，較大拉應(yīng)力2.奧氏體鋼易于聯(lián)生結(jié)晶形成方向性強的柱狀晶的焊縫組織，有利于有害雜質(zhì)偏析3

19、.奧氏體鋼合金組成較復(fù)雜，易溶共晶多熱裂紋熱裂紋化學(xué)成分對熱裂紋的影響化學(xué)成分對熱裂紋的影響任何鋼種都是一個復(fù)雜的合金系統(tǒng)，某一元素單獨作用和其他元素共存時發(fā)生的作用，往往不盡相同，甚至可能相反。 Mn S P Si Nb Ti C B焊接工藝對熱裂紋的影響焊接工藝對熱裂紋的影響有一定影響圖4-13 凝固模式對熱裂紋的影響圖4-14 Fe-Cr-Ni三元合金一個70%Fe的偽二元相圖圖4-17 熱裂傾向關(guān)鍵是Creq/Nieq比值，而并非室溫相數(shù)量。18-8系列奧氏體鋼，因Creq/Nieq處于1.52.0之間，一般不會輕易發(fā)生熱裂。而25-20系列奧氏體鋼，因Creq/Nieq1.5，Ni含

20、量越高，其比值越小，所以具有明顯的熱裂敏感性。析出現(xiàn)象析出現(xiàn)象低溫脆化低溫脆化 相通常只有在鉻的質(zhì)量分數(shù)大于16%時才會析出，由于鉻有很高的擴散性，相在鐵素體中的析出比奧氏體中的快。 相的析出使材料的韌性降低，硬度增加。有時還增加了材料的腐蝕敏感性。相的產(chǎn)生，是或是。 為了滿足低溫韌性要求，有時采用18-8鋼，焊縫組織希望是單一相，成為完全面心立方結(jié)構(gòu)，盡量避免出現(xiàn)相。 相的存在，總是惡化低溫韌性4.2.3 4.2.3 奧氏體不銹鋼的焊接工藝特點奧氏體不銹鋼的焊接工藝特點焊接材焊接材料選擇料選擇應(yīng)注意應(yīng)注意 的問題的問題 應(yīng)堅持應(yīng)堅持“適用性原則適用性原則” ” 根據(jù)所選各焊接材料的根據(jù)所選各

21、焊接材料的具體成分來確定是否適用具體成分來確定是否適用 考慮具體應(yīng)用的焊接方法和工考慮具體應(yīng)用的焊接方法和工 藝參數(shù)可能造成的熔合比大小藝參數(shù)可能造成的熔合比大小 根據(jù)技術(shù)條件規(guī)定的全面根據(jù)技術(shù)條件規(guī)定的全面焊接性要求來確定合金化程度焊接性要求來確定合金化程度 不僅要重視焊縫金屬合金系統(tǒng)，不僅要重視焊縫金屬合金系統(tǒng)，而且要注意具體合金成分在該而且要注意具體合金成分在該合金系統(tǒng)中的作用；不僅考慮合金系統(tǒng)中的作用；不僅考慮使用性能要求，也要考慮防止使用性能要求，也要考慮防止焊接缺陷的工藝焊接性的要求焊接缺陷的工藝焊接性的要求 焊接焊接工藝工藝 要點要點 合理選擇焊接方法合理選擇焊接方法 控制焊接參

22、數(shù)，避免控制焊接參數(shù)，避免接頭產(chǎn)生過熱現(xiàn)象接頭產(chǎn)生過熱現(xiàn)象 接頭設(shè)計的合理性接頭設(shè)計的合理性應(yīng)給以足夠的重視應(yīng)給以足夠的重視 盡可能控制焊接工藝穩(wěn)盡可能控制焊接工藝穩(wěn)定以保證焊縫金屬成分穩(wěn)定定以保證焊縫金屬成分穩(wěn)定 控制焊縫成形控制焊縫成形 防止焊件工作表面的污染防止焊件工作表面的污染 4.3 4.3 鐵素體及馬氏體不銹鋼的焊接鐵素體及馬氏體不銹鋼的焊接4.3.1 4.3.1 鐵素體不銹鋼焊接性分析鐵素體不銹鋼焊接性分析鐵素鐵素體不體不銹鋼銹鋼的類的類型型普通鐵普通鐵 素體鋼素體鋼 高純度高純度 鐵素體鋼鐵素體鋼 低低CrCr（w wCr=12Cr=121414）鋼）鋼 如如00Cr1200C

23、r12、0Cr130Cr13、0Cr13Al0Cr13Al等等 中中CrCr（w wCr=16Cr=161818）鋼）鋼如如0Cr17Ti0Cr17Ti、1Cr17Mo1Cr17Mo等等 高高CrCr（w wCr=25Cr=253030）鋼鋼，如如1Cr25Ti1Cr25Ti、1Cr281Cr28等等 w wC Cw wN N0.0350.0350.0450.045如如00Cr18Mo200Cr18Mo2等等 w wC Cw wN N0.03%0.03%，如如00Cr18Mo2Ti00Cr18Mo2Ti等等 w wC Cw wN N0.010.01% %0.0150.015如如000Cr18M

24、o2Ti000Cr18Mo2Ti、000Cr26Mo1000Cr26Mo1等等 焊接性焊接性分析分析 焊接接頭焊接接頭的晶間腐蝕的晶間腐蝕 焊接接頭焊接接頭的脆化的脆化 高溫高溫 脆性脆性 相相 脆化脆化 475475脆化脆化 從鐵素體組織的塑性、韌性以及線膨脹系數(shù)分析，其焊接熱裂紋和冷裂紋的問題并不突出。但是焊接接頭耐蝕性和高溫下長期服役可能出現(xiàn)的脆化脆化問題需要引起重視。高純鐵素體鋼比普通鐵素體鋼的焊接性要好得多。焊接接頭的晶間腐蝕焊接接頭的晶間腐蝕發(fā)生腐蝕的條件稍有不同。從900 C以上快速冷卻，鐵素體鉻不銹鋼對腐蝕很敏感，但經(jīng)過650800C的回火后，又可恢復(fù)其耐蝕性。所以，焊接接頭產(chǎn)

25、生晶間腐蝕的位置是緊挨焊縫的高溫區(qū)。高溫高溫 脆性脆性 相相 脆化脆化 475475脆化脆化 焊接接頭的脆化焊接接頭的脆化鐵素體不銹鋼焊接接頭加熱至9501000以上后急冷至室溫，焊接熱影響區(qū)的塑性和韌性顯著降低，稱為“高溫脆性”。其脆化程度與合金元素碳和氮的含量有關(guān)。普通純度鐵素體不銹鋼中wCr21%時，若在520820之間長時間加熱，可析出相。相的形成與焊縫金屬中的化學(xué)成分、組織、加熱溫度、保溫時間以及預(yù)先冷變形等因素有關(guān)。wCr15%的普通純度鐵素體不銹鋼在400500長期加熱后，即可出現(xiàn)475脆性。 475脆化可通過焊后熱處理消除。4.3.2 4.3.2 鐵素體不銹鋼的焊接工藝特點鐵素

26、體不銹鋼的焊接工藝特點焊接焊接方法方法 焊接焊接材料材料的選擇的選擇 低溫預(yù)熱低溫預(yù)熱及焊后及焊后熱處理熱處理可采用焊條電弧焊、藥芯焊絲可采用焊條電弧焊、藥芯焊絲電弧焊、熔化極氣體保護焊、電弧焊、熔化極氣體保護焊、鎢極氬弧焊和埋弧焊鎢極氬弧焊和埋弧焊 同質(zhì)鐵素體型、同質(zhì)鐵素體型、奧氏體型和鎳基合金奧氏體型和鎳基合金 預(yù)熱預(yù)熱在在100100200200600-700600-700焊后熱處理焊后熱處理4.3.3 4.3.3 馬氏體不銹鋼焊接性分析馬氏體不銹鋼焊接性分析馬氏體馬氏體不銹鋼不銹鋼的類型的類型 Cr13Cr13系鋼系鋼1Cr131Cr13、2Cr132Cr13、3Cr133Cr13、4

27、Cr134Cr13 熱強馬氏體鋼熱強馬氏體鋼 2Cr12WMoV2Cr12WMoV、2Cr12MoV2Cr12MoV、超低碳復(fù)相馬氏體鋼超低碳復(fù)相馬氏體鋼 0.01C-13Cr-7Ni-3Si0.01C-13Cr-7Ni-3Si、0.03C-12.5Cr-4Ni-0.3Ti 0.03C-12.5Cr-4Ni-0.3Ti 焊接性焊接性分析分析 焊接接頭焊接接頭的冷裂紋的冷裂紋 焊接接頭焊接接頭的硬化現(xiàn)象的硬化現(xiàn)象 超低碳復(fù)相馬氏體鋼無淬硬傾向，并具有較高的塑性和韌性。常見馬氏體鋼均有脆硬傾向，含碳量越高，脆硬傾向越大。因此，首先遇到的問題是含碳量較高的馬氏體鋼淬硬性導(dǎo)致的冷裂紋的問題和脆化問題。

28、焊接接頭的冷裂紋焊接接頭的冷裂紋 馬氏體型不銹鋼Cr12%，增加鋼的奧氏體穩(wěn)定性,適量的碳和鎳，淬硬性和淬透性高，經(jīng)固溶再空冷也會發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。馬氏體型不銹鋼焊縫和熱影響區(qū)焊后狀態(tài)的組織為硬脆的馬氏體組織。馬氏體型不銹鋼導(dǎo)熱性較碳鋼差，焊后殘余應(yīng)力較大，如果焊接接頭剛度又大或焊接過程中含氫量又較高，當(dāng)從高溫直接冷至120100以下時，很容易產(chǎn)生冷裂紋。焊接接頭的硬化現(xiàn)象焊接接頭的硬化現(xiàn)象Cr13類馬氏體不銹鋼以及Cr12系列的熱強鋼，可以在退火狀態(tài)或淬火狀態(tài)下進行焊接。無論焊前原始狀態(tài)如何，冷卻速度較快時，近縫區(qū)必會出現(xiàn)硬化現(xiàn)象，形成粗大馬氏體的硬化區(qū)。在冷卻速度較小時，近縫區(qū)會出現(xiàn)粗大的鐵

29、素體，塑性和韌性也明顯下降。所以，焊接時冷卻速度的控制是一個難題。所以，焊接時冷卻速度的控制是一個難題。圖圖4 4-21 -21 高強度馬氏體鋼高強度馬氏體鋼TIGTIG焊后的硬度焊后的硬度1 11Cr13 21Cr13 22Cr13 32Cr13 300Cr13Ni7Si3 00Cr13Ni7Si3 4.3.4 4.3.4 馬氏體不銹鋼的焊接工藝特點馬氏體不銹鋼的焊接工藝特點 同質(zhì)焊縫焊接時，宜預(yù)熱。預(yù)熱溫度與材料厚度、填充金屬種類、焊接方法和構(gòu)件的拘束度有關(guān)，與碳含量關(guān)系最大。焊接構(gòu)件不能進行預(yù)熱或不便進行熱處理時，可采用奧氏體不銹鋼焊接材料。對于熱強型馬氏體鋼，最希望焊縫成分接近母材。焊

30、接材料的選擇+預(yù)熱及焊后熱處理最好采用同質(zhì)填充金屬來焊接馬氏體鋼，同時應(yīng)考慮合理的合金化，加少量Ti、Al、N、Nb等以細化晶粒，降低淬硬性。馬氏體型不銹鋼的預(yù)熱溫度不宜過高，否則將使奧氏體晶粒粗大，并且隨冷卻速度降低，還會形成粗大鐵素體加晶界碳化物組織，使焊接接頭塑性和強度均有所下降。圖圖4 4-22 -22 正確的焊后熱處理工藝正確的焊后熱處理工藝 圖圖4 4-23 -23 不正確的焊后熱處理工藝不正確的焊后熱處理工藝 4.4 4.4 奧氏體奧氏體- -鐵素體雙相不銹鋼的焊接鐵素體雙相不銹鋼的焊接 4.4.1 4.4.1 奧氏體奧氏體- -鐵素體雙相不銹鋼的類型鐵素體雙相不銹鋼的類型中合金

31、型中合金型雙相不銹鋼雙相不銹鋼 低合金型低合金型 雙相不銹鋼雙相不銹鋼 高合金高合金雙相不銹鋼雙相不銹鋼 超級超級雙相不銹鋼雙相不銹鋼00Cr25Ni6Mo2N00Cr25Ni6Mo2N 00Cr25Ni7Mo3WcuN 00Cr25Ni7Mo3WcuN 0Cr21Ni5Ti 0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti1Cr21Ni5Ti00Cr18Ni5Mo3Si200Cr18Ni5Mo3Si200Cr23Ni4N00Cr23Ni4N鋼鋼 00Cr22NI5Mo3N00Cr22NI5Mo3N 00Cr25Ni7Mo4N00Cr25Ni7Mo4N 00Cr25Ni6.5Mo3.5CuN 00C

32、r25Ni6.5Mo3.5CuN 4.4.2 4.4.2 雙相不銹鋼的耐蝕性雙相不銹鋼的耐蝕性雙相不雙相不銹鋼的銹鋼的耐蝕性耐蝕性耐應(yīng)力腐蝕性能耐應(yīng)力腐蝕性能 耐晶間腐蝕性能耐晶間腐蝕性能 耐點蝕性能耐點蝕性能 4.4.3 4.4.3 奧氏體奧氏體- -鐵素體雙相不銹鋼的焊接鐵素體雙相不銹鋼的焊接性分析性分析 雙相不銹鋼雙相不銹鋼焊接的冶金焊接的冶金特性特性 雙相不銹鋼雙相不銹鋼焊接接頭的焊接接頭的析出現(xiàn)象析出現(xiàn)象 焊縫金屬焊縫金屬的組織轉(zhuǎn)變的組織轉(zhuǎn)變 焊接熱影響區(qū)焊接熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變的組織轉(zhuǎn)變 鉻的氮化物鉻的氮化物（如（如Cr2N、CrN）、）、二次奧氏體（二次奧氏體（2） 及金屬間相（如

33、及金屬間相（如相等）相等） 圖4-25 相區(qū)域?qū)挾葓D4-26 峰值溫度對熱影響區(qū)的影響雙相不銹鋼焊接的析出現(xiàn)象雙相不銹鋼焊接的析出現(xiàn)象有可能發(fā)生三種類型的析出，即鉻的氮化物（如Cr2N、CrN）、二次奧氏體（2）及金屬間相（如相等）。當(dāng)焊縫金屬鐵素體數(shù)量過多或為純鐵素體組織時，很容易有氮化物的析出，這與在高溫時，氮在鐵素體中的溶解度高，而快速冷時溶解度又下降有關(guān)。尤其是在焊縫近表面，由于氮的損失，使鐵素體量增加，氮化物更易析出。焊縫若是健全的兩相組織，氮化物的析出量很少。因此，為了增加焊縫金屬的奧氏體數(shù)量，可在填充金屬中提高鎳、氮元素的含量。另外，若采用大的熱輸入焊接，也可防止純鐵素體晶粒的生

34、成而引起的氮化物的析出。 在含氮量高的超級雙相不銹鋼多層焊時會出現(xiàn)二次奧氏體的析出。特別是前道焊縫采用低熱輸入而后續(xù)焊縫采用大熱輸入焊接時，部分會轉(zhuǎn)變成細小分散的二次奧氏體2，這種2也和氮化物一樣會降低焊縫的耐腐蝕性能，尤其以表面析出影響更大。 一般來說，采用較高的熱輸入和較低的冷卻速度有利于奧氏體的轉(zhuǎn)變，減少焊縫金屬的鐵素體量，但是熱輸入過高或冷卻速度過慢又會帶來金屬間相的析出問題。通常雙相不銹鋼焊縫金屬不會發(fā)現(xiàn)有相析出，但在焊接材料或熱輸入選用不合理時，也有可能出現(xiàn)相圖4-27 兩種奧氏體-鐵素體雙相鋼的TTT圖4.4.4 4.4.4 奧氏體奧氏體- -鐵素體雙相不銹鋼的焊接鐵素體雙相不銹鋼的焊接