馬氏體不銹鋼及雙相不銹鋼的焊接

1、馬氏體不銹鋼及雙相不銹鋼的焊接馬氏體不銹鋼及雙相不銹鋼的焊接 3. 馬氏體鋼的焊接工藝特點(diǎn)馬氏體鋼的焊接工藝特點(diǎn) （1）焊接方法）焊接方法nSMAW、TIG、MIG、PC-MIG （2）焊接材料的選擇焊接材料的選擇n同質(zhì)：焊縫成分與母材接近同質(zhì)：焊縫成分與母材接近 Cr13系系M鋼，應(yīng)限制鋼，應(yīng)限制S+P0.015%、Si3.5%）、氮含量高（）、氮含量高（N=0.22%0.30%）的雙相）的雙相鋼，主要有鋼，主要有00Cr25Ni7Mo4N、00Cr25Ni7Mo3.5WcuN和和00Cr25Ni6.5Mo3.5CuN等。等。 雙相不銹鋼的耐蝕性雙相不銹鋼的耐蝕性與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹

2、鋼具有強(qiáng)度高，對(duì)晶間腐蝕不敏與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼具有強(qiáng)度高，對(duì)晶間腐蝕不敏感和較好的耐點(diǎn)腐蝕和耐縫隙腐蝕的能力，其中優(yōu)良的耐應(yīng)力腐感和較好的耐點(diǎn)腐蝕和耐縫隙腐蝕的能力，其中優(yōu)良的耐應(yīng)力腐蝕是開發(fā)這種鋼的主要目的蝕是開發(fā)這種鋼的主要目的 （1）耐應(yīng)力腐蝕性能）耐應(yīng)力腐蝕性能n 雙相不銹鋼的屈服強(qiáng)度比雙相不銹鋼的屈服強(qiáng)度比18-8鋼高，即產(chǎn)生表面滑移所需的應(yīng)鋼高，即產(chǎn)生表面滑移所需的應(yīng)力水平較高，在相同的腐蝕環(huán)境中，由于雙相不銹鋼表面膜因表面力水平較高，在相同的腐蝕環(huán)境中，由于雙相不銹鋼表面膜因表面滑移而破壞的應(yīng)力較大，即應(yīng)力腐蝕裂紋難以形成?；贫茐牡膽?yīng)力較大，即應(yīng)力腐蝕裂紋難以形成

3、。n 雙相不銹鋼一般含有較高雙相不銹鋼一般含有較高Cr、Mo元素，加入這些元素可延長(zhǎng)孔元素，加入這些元素可延長(zhǎng)孔蝕的孕育期，使不銹鋼具有較好的耐點(diǎn)腐蝕性能，不會(huì)由于點(diǎn)腐蝕蝕的孕育期，使不銹鋼具有較好的耐點(diǎn)腐蝕性能，不會(huì)由于點(diǎn)腐蝕而發(fā)展成為應(yīng)力腐蝕；而而發(fā)展成為應(yīng)力腐蝕；而18-8鋼中不含鋼中不含Mo或或Mo很少，很少，Cr含量也含量也不高，所以耐點(diǎn)腐蝕能力較差，由點(diǎn)腐蝕擴(kuò)展成孔蝕，成為應(yīng)力腐不高，所以耐點(diǎn)腐蝕能力較差，由點(diǎn)腐蝕擴(kuò)展成孔蝕，成為應(yīng)力腐蝕的起始點(diǎn)而導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕裂紋的延伸。蝕的起始點(diǎn)而導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕裂紋的延伸。n 雙相不銹鋼的兩個(gè)相的腐蝕電極電位不同，裂紋在不同相中和雙相不銹鋼的兩個(gè)相

4、的腐蝕電極電位不同，裂紋在不同相中和在相界的擴(kuò)展機(jī)制不同，其中有對(duì)裂紋擴(kuò)展起阻止作用的階段，此在相界的擴(kuò)展機(jī)制不同，其中有對(duì)裂紋擴(kuò)展起阻止作用的階段，此時(shí)應(yīng)力腐蝕裂紋發(fā)展極慢。時(shí)應(yīng)力腐蝕裂紋發(fā)展極慢。n 雙相不銹鋼中，第二相的存在對(duì)裂紋擴(kuò)展起機(jī)械屏障作用，延雙相不銹鋼中，第二相的存在對(duì)裂紋擴(kuò)展起機(jī)械屏障作用，延長(zhǎng)了裂紋的擴(kuò)展期。兩個(gè)相的晶格取向差異，使擴(kuò)展中的裂紋頻繁長(zhǎng)了裂紋的擴(kuò)展期。兩個(gè)相的晶格取向差異，使擴(kuò)展中的裂紋頻繁改變方向，從而大大延長(zhǎng)了應(yīng)力腐蝕裂紋的擴(kuò)展期。改變方向，從而大大延長(zhǎng)了應(yīng)力腐蝕裂紋的擴(kuò)展期。 （2）耐晶間腐蝕性能）耐晶間腐蝕性能n雙相不銹鋼與奧氏體鋼一樣也會(huì)發(fā)生晶間腐蝕

5、，與貧鉻有關(guān)，只是雙相不銹鋼與奧氏體鋼一樣也會(huì)發(fā)生晶間腐蝕，與貧鉻有關(guān)，只是發(fā)生晶間腐蝕的情況不同。如發(fā)生晶間腐蝕的情況不同。如00Cr18Ni5Mo3Si2雙相不銹鋼在雙相不銹鋼在650850敏化加熱處理不會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕。敏化加熱處理不會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕。n當(dāng)加熱到當(dāng)加熱到12001400時(shí)，空冷時(shí)有輕微的晶間腐蝕傾向，這是時(shí)，空冷時(shí)有輕微的晶間腐蝕傾向，這是由于加熱到由于加熱到1200以上時(shí)，鐵素體晶粒急劇長(zhǎng)大，奧氏體數(shù)量隨以上時(shí)，鐵素體晶粒急劇長(zhǎng)大，奧氏體數(shù)量隨加熱溫度的升高而迅速減少。到加熱溫度的升高而迅速減少。到1300以上溫度時(shí)，只有單一的以上溫度時(shí)，只有單一的鐵素體組織且為過熱的粗大

6、晶粒，水冷后，粗大的鐵素體晶粒被保鐵素體組織且為過熱的粗大晶粒，水冷后，粗大的鐵素體晶粒被保留下來，在留下來，在-相界易析出鉻的氮化物，如相界易析出鉻的氮化物，如Cr2N等，在其周圍形成等，在其周圍形成貧鉻層，導(dǎo)致晶間腐蝕。貧鉻層，導(dǎo)致晶間腐蝕。 （3）耐點(diǎn)蝕性能）耐點(diǎn)蝕性能n雙相不銹鋼含有雙相不銹鋼含有Cr、Mo、N等元素，明顯地降低點(diǎn)蝕率，尤其等元素，明顯地降低點(diǎn)蝕率，尤其N的的作用更為明顯。增大焊接熱輸入，可提高作用更為明顯。增大焊接熱輸入，可提高HAZ中的中的相數(shù)量，也有相數(shù)量，也有利于提高耐點(diǎn)蝕性能。利于提高耐點(diǎn)蝕性能。 4.5.2 奧氏體奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的焊接性分析鐵素體雙

7、相不銹鋼的焊接性分析n與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼焊后具有較低的熱裂與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼焊后具有較低的熱裂傾向；與鐵素體不銹鋼相比，焊后具有較低的脆化傾向，傾向；與鐵素體不銹鋼相比，焊后具有較低的脆化傾向，且且HAZ粗化程度也較低，因而具有良好的焊接性。粗化程度也較低，因而具有良好的焊接性。n雙相不銹鋼中因有較大比例鐵素體，而鐵素體鋼所固有雙相不銹鋼中因有較大比例鐵素體，而鐵素體鋼所固有的脆化傾向，如的脆化傾向，如475脆性，脆性，相析出脆化和粗晶脆化依相析出脆化和粗晶脆化依然存在，只是因奧氏體的平衡作用有一定緩解。然存在，只是因奧氏體的平衡作用有一定緩解。n選用合適的焊材不會(huì)發(fā)生

8、焊接熱裂紋和冷裂紋；選用合適的焊材不會(huì)發(fā)生焊接熱裂紋和冷裂紋；n雙相不銹鋼焊接的特點(diǎn)是：無論焊縫或雙相不銹鋼焊接的特點(diǎn)是：無論焊縫或HAZ都有相變發(fā)都有相變發(fā)生。因此，關(guān)鍵是要使焊縫金屬和生。因此，關(guān)鍵是要使焊縫金屬和HAZ保持有適量的鐵保持有適量的鐵素體和奧氏體的組織。素體和奧氏體的組織。 1雙相不銹鋼焊接的冶金特性雙相不銹鋼焊接的冶金特性 (1) 焊縫金屬的組織轉(zhuǎn)變焊縫金屬的組織轉(zhuǎn)變 n所有雙相不銹鋼液相凝固后是鐵素體組織，在更低的溫所有雙相不銹鋼液相凝固后是鐵素體組織，在更低的溫度下部分鐵素體轉(zhuǎn)變成奧氏體，形成奧氏體鐵素體雙度下部分鐵素體轉(zhuǎn)變成奧氏體，形成奧氏體鐵素體雙相組織。相組織。n

9、同樣成分的焊縫和母材，焊縫中同樣成分的焊縫和母材，焊縫中相的要比母材少得多。相的要比母材少得多。例如，采用同質(zhì)焊絲焊接例如，采用同質(zhì)焊絲焊接Cr22Ni5Mo3N，焊縫中，焊縫中相只相只有有30%左右，而母材原始左右，而母材原始相為相為50%。n焊縫中焊縫中Ni含量提高到含量提高到7.0%8.5%，可保證焊縫中，可保證焊縫中相達(dá)相達(dá)到到40%60%。所以對(duì)于雙相鋼焊縫應(yīng)當(dāng)用奧氏體元素。所以對(duì)于雙相鋼焊縫應(yīng)當(dāng)用奧氏體元素（Ni、N）進(jìn)行）進(jìn)行“超合金化超合金化”，以保證焊縫中，以保證焊縫中/有適當(dāng)有適當(dāng)?shù)南啾壤?。的相比例。n焊后短時(shí)固溶處理可增多一些焊后短時(shí)固溶處理可增多一些相，這是由于未能充分

10、相，這是由于未能充分轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變的可再進(jìn)行可再進(jìn)行轉(zhuǎn)變。多層焊接熱循環(huán)、焊后緩轉(zhuǎn)變。多層焊接熱循環(huán)、焊后緩冷也會(huì)起到一些改善效果。冷也會(huì)起到一些改善效果。 (2) 焊接焊接HAZ的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)的組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)n焊接加熱過程，使得整個(gè)焊接加熱過程，使得整個(gè)HAZ受到不同峰值溫度的作用。受到不同峰值溫度的作用。最高溫度接近鋼的固相線（約最高溫度接近鋼的固相線（約1410）。但只有在加熱）。但只有在加熱溫度超過原固溶處理溫度，才會(huì)發(fā)生組織變化。溫度超過原固溶處理溫度，才會(huì)發(fā)生組織變化。n峰值低于固溶處理溫度的加熱區(qū)，無顯著的組織變化，峰值低于固溶處理溫度的加熱區(qū)，無顯著的組織變化，相雖有增多，但相雖有增

11、多，但與與兩相比例變化不大。通常下也不兩相比例變化不大。通常下也不會(huì)有析出相，如會(huì)有析出相，如相。相。n超過固溶處理溫度，發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，超過固溶處理溫度，發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，相明顯減少，但仍相明顯減少，但仍保持扎制條狀組織。保持扎制條狀組織。n緊鄰熔合區(qū)的加熱區(qū)，緊鄰熔合區(qū)的加熱區(qū)，全部溶入全部溶入中，成為粗大的單相中，成為粗大的單相等軸等軸組織。這種組織。這種相在冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變成相在冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變成相，但無扎制方相，但無扎制方向而呈羽毛狀。焊接冷卻造成不平衡相變，室溫所得到向而呈羽毛狀。焊接冷卻造成不平衡相變，室溫所得到的的相數(shù)量在近縫區(qū)具有低值。相數(shù)量在近縫區(qū)具有低值。 2雙相不銹鋼焊接接頭的析出特點(diǎn)雙

12、相不銹鋼焊接接頭的析出特點(diǎn)n雙相不銹鋼焊接時(shí)，有可能發(fā)生三種類型的析出，即鉻雙相不銹鋼焊接時(shí)，有可能發(fā)生三種類型的析出，即鉻的氮化物（如的氮化物（如Cr2N、CrN）、二次奧氏體（）、二次奧氏體（2）及金屬）及金屬間相（如間相（如相等）。相等）。n當(dāng)焊縫當(dāng)焊縫過多或?yàn)榧冭F素體組織時(shí)，容易有氮化物的析出，過多或?yàn)榧冭F素體組織時(shí)，容易有氮化物的析出，這與在高溫時(shí)，這與在高溫時(shí)，N在鐵素體中的溶解度高、快速冷時(shí)溶在鐵素體中的溶解度高、快速冷時(shí)溶解度下降有關(guān)。解度下降有關(guān)。n焊縫若是兩相組織，氮化物析出量很少。因此，為了增焊縫若是兩相組織，氮化物析出量很少。因此，為了增加焊縫的加焊縫的，可在填充金屬中

13、提高，可在填充金屬中提高Ni、N含量。含量。n采用大的熱輸入，可防止鐵素體晶粒生長(zhǎng)而引起的氮化采用大的熱輸入，可防止鐵素體晶粒生長(zhǎng)而引起的氮化物析出。當(dāng)物析出。當(dāng)HAZ /比例失調(diào)，致使比例失調(diào)，致使增多而增多而減少，出減少，出現(xiàn)現(xiàn)-相界時(shí)，在相界上有析出相，如相界時(shí)，在相界上有析出相，如Cr2N、CrN以及以及Cr23C6等，也可能出現(xiàn)等，也可能出現(xiàn)相。相。 nN含量高的超級(jí)雙相不銹鋼多層焊時(shí)會(huì)出現(xiàn)二次奧氏體含量高的超級(jí)雙相不銹鋼多層焊時(shí)會(huì)出現(xiàn)二次奧氏體析出。特別是前道焊縫采用低熱輸入而后續(xù)焊縫采用大析出。特別是前道焊縫采用低熱輸入而后續(xù)焊縫采用大熱輸入時(shí)，部分鐵素體會(huì)轉(zhuǎn)變成細(xì)小分散的二次奧

14、氏體熱輸入時(shí)，部分鐵素體會(huì)轉(zhuǎn)變成細(xì)小分散的二次奧氏體2，這種，這種2也和氮化物一樣會(huì)降低焊縫的耐腐蝕性。也和氮化物一樣會(huì)降低焊縫的耐腐蝕性。n采用較高的熱輸入和較低的冷卻速度有利于采用較高的熱輸入和較低的冷卻速度有利于轉(zhuǎn)變，減轉(zhuǎn)變，減少焊縫金屬的少焊縫金屬的量，但熱輸入過高或冷速過慢又會(huì)帶來量，但熱輸入過高或冷速過慢又會(huì)帶來金屬間相的析出。通常雙相不銹鋼焊縫金屬不會(huì)有金屬間相的析出。通常雙相不銹鋼焊縫金屬不會(huì)有相相析出，但焊材或熱輸入不合理時(shí)，有可能出現(xiàn)析出，但焊材或熱輸入不合理時(shí)，有可能出現(xiàn)相。相。 4.5.4 A-F雙相不銹鋼的焊接工藝特點(diǎn)雙相不銹鋼的焊接工藝特點(diǎn) （1）焊接方法）焊接方法

15、n氬弧焊、氬弧焊、SMAW、藥芯焊絲、藥芯焊絲MAG、SAW用于厚板用于厚板 （2）焊接材料）焊接材料n采用奧氏體化元素多的焊材采用奧氏體化元素多的焊材n采用奧氏體相占比例大的焊接材料，來提高焊接金屬中奧氏體相的采用奧氏體相占比例大的焊接材料，來提高焊接金屬中奧氏體相的比例，對(duì)提高焊縫金屬的塑性、韌性和耐蝕性均是有益的。比例，對(duì)提高焊縫金屬的塑性、韌性和耐蝕性均是有益的。n對(duì)于含氮的雙相不銹鋼和超級(jí)雙相不銹鋼的焊接材料，采用比母材對(duì)于含氮的雙相不銹鋼和超級(jí)雙相不銹鋼的焊接材料，采用比母材Ni含量高的焊材，以保證焊縫金屬有足夠的奧氏體量。通過調(diào)整焊含量高的焊材，以保證焊縫金屬有足夠的奧氏體量。通

16、過調(diào)整焊縫化學(xué)成分，雙相鋼均能獲得令人滿意的焊接性。縫化學(xué)成分，雙相鋼均能獲得令人滿意的焊接性。 （3） 焊接工藝措施焊接工藝措施n 控制焊接熱輸入控制焊接熱輸入n 采用多層多道焊采用多層多道焊n 注意焊接順序和工藝焊縫注意焊接順序和工藝焊縫 本章小結(jié)本章小結(jié)n熟悉不銹鋼和耐熱鋼的分類，如奧氏體鋼、鐵素體鋼、熟悉不銹鋼和耐熱鋼的分類，如奧氏體鋼、鐵素體鋼、馬氏體鋼、馬氏體鋼、A-F雙相鋼。雙相鋼。n了解奧氏體不銹鋼焊接特點(diǎn)，焊接中易出現(xiàn)什么問題了解奧氏體不銹鋼焊接特點(diǎn)，焊接中易出現(xiàn)什么問題（如晶間腐蝕、熱裂紋）、影響因素和防止措施。（如晶間腐蝕、熱裂紋）、影響因素和防止措施。n熟悉奧氏體不銹鋼

17、的焊接工藝要點(diǎn)。熟悉奧氏體不銹鋼的焊接工藝要點(diǎn)。n了解鐵素體不銹鋼焊接問題（了解鐵素體不銹鋼焊接問題（HAZ脆化等）、防止措脆化等）、防止措施及焊接工藝要點(diǎn)。施及焊接工藝要點(diǎn)。n了解馬氏體不銹鋼焊接問題（冷裂紋、了解馬氏體不銹鋼焊接問題（冷裂紋、HAZ硬化）、硬化）、防止措施及焊接工藝要點(diǎn)。防止措施及焊接工藝要點(diǎn)。 思考題思考題1. 18-8不銹鋼焊接接頭區(qū)在哪些部位可能產(chǎn)生晶間腐蝕，是由不銹鋼焊接接頭區(qū)在哪些部位可能產(chǎn)生晶間腐蝕，是由于什么原因造成的？如何防止？于什么原因造成的？如何防止？2. 簡(jiǎn)述奧氏體不銹鋼產(chǎn)生熱裂紋的原因及防治措施？為什么奧簡(jiǎn)述奧氏體不銹鋼產(chǎn)生熱裂紋的原因及防治措施？為什么奧氏體不銹鋼焊縫中要求含有一定數(shù)量的鐵素體組織？通