第4章不銹鋼及耐熱鋼的焊接

第4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_4.2奧氏體不銹鋼的焊接_4.3鐵素體及馬氏體不銹鋼的焊接_4.4奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的焊接_4.1不銹鋼及耐熱鋼的分類及特性_

4.1.1不銹鋼的基本定義_

4.1.2不銹鋼及耐熱鋼的分類_4.1.3不銹鋼及耐熱鋼的特性_

1、不銹鋼的物理性能2、不銹鋼的耐蝕性能3、不銹鋼及耐熱鋼的高溫性能4.1.4Fe-Cr、Fe-Ni相圖及合金元素的影響_

1、Fe-Cr相圖2、Fe-Ni相圖3、合金元素對相圖的影響不銹鋼：耐蝕和耐熱高合金鋼的統(tǒng)稱發(fā)明：1912年合金元素：Cr（wCr≥12%）、Ni、Mn、Mo等按照合金元素對不銹鋼組織的影響和作用的程度，將其分為兩大類：1）形成或穩(wěn)定奧氏體元素：C、Ni、Mn、N和Cu2）縮小或封閉奧氏體區(qū)即形成鐵素體的元素：Cr、Si、Mo、Ti、Nb、V、W和Al等。性能：具有良好耐腐蝕性、耐熱性和較好力學(xué)性能應(yīng)用：制造要求耐腐蝕、抗氧化、耐高溫和超低溫的零部件和設(shè)備，應(yīng)用十分廣泛不銹鋼具有耐腐蝕性的原因：1、不銹鋼中一定量Cr元素，能在鋼材表面形成一層不溶于腐蝕介質(zhì)堅固氧化鈍化膜，使金屬與外界介質(zhì)隔離而不發(fā)生化學(xué)作用；2、大部分金屬腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，鉻加入可提高鋼基體的電極電位；3、Cr、Ni、Mn、N等元素加入還會促使形成單相組織，阻止形成微電池，從而提高耐蝕性。4.1不銹鋼及耐熱鋼的分類及特性4.1.1不銹鋼的基本定義不銹鋼是指能耐空氣、水、酸、堿、鹽及其溶液和其他腐蝕介質(zhì)腐蝕的，具有高度化學(xué)穩(wěn)定性的合金鋼的總稱，對其含義有以下三種理解：(1)原義型僅指在無污染大氣環(huán)境中能夠不生銹鋼(2)習(xí)慣型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。(3)廣義型泛指耐蝕鋼和耐熱鋼，統(tǒng)稱為不銹鋼我國目前所謂不銹鋼是指習(xí)慣型含義。不銹鋼及耐熱鋼的主要成分為Cr和Ni。4.1.2不銹鋼及耐熱鋼的分類1．按主要化學(xué)成分分類(1)鉻不銹鋼指wCr=12%～30%，其基本類型Cr13型(2)鉻鎳不銹鋼指wCr=12%～30%，wNi=6%～12%和含其他少量元素的鋼種，基本類型Cr18Ni9鋼(3)鉻錳氮不銹鋼節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼部分Ni被Mn、N替代，可減少Ni含量N：固溶強化元素，提高強度而并不顯著損害韌塑性同時提高耐腐蝕性能，特別是耐局部腐蝕這類鋼種如1Cr18Mn8Ni5N、1Cr18Mn6Ni5N等。2．按用途分類1）不銹鋼（指習(xí)慣型含義）包括大氣環(huán)境下及有浸蝕性化學(xué)介質(zhì)中使用的鋼，工作溫度一般不超過500℃，要求耐腐蝕，對強度要求不高。高Cr鋼：1Cr13、2Cr13低碳Cr-Ni鋼：0Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti超低碳Cr-Ni鋼：00Cr25Ni22Mo200Cr22Ni5Mo33）熱強鋼在高溫下既有抗氧化能力，又具有一定高溫強度，工作溫度可高達600～800℃。廣泛應(yīng)用：Cr-Ni鋼：1Cr18Ni9Ti、1Cr16Ni25Mo6以Cr12為基多元合金化高Cr鋼（如1Cr12MoWV）也是重要熱強鋼2）抗氧化鋼在高溫下具有抗氧化性能的鋼，它對高溫強度要求不高。工作溫度可高達900～1100℃。常用的鋼有高Cr鋼（如1Cr17、1Cr25Si2）和Cr-Ni鋼（如2Cr25Ni20、2Cr25Ni20Si2）。3．按組織分類（空冷后室溫組織）1）奧氏體鋼

是在高鉻不銹鋼中添加適當(dāng)鎳（鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%～25%）而形成的具有奧氏體組織的不銹鋼。應(yīng)用最廣的一類，以高Cr-Ni鋼最為典型

18-8系、25-20系、25-35系供貨狀態(tài)：固溶處理2）鐵素體鋼

顯微組織為鐵素體，wCr=11.5%～32.0%主要用作：耐熱鋼（抗氧化鋼）、耐蝕鋼如1Cr17、1Cr25Si2鐵素體鋼以退火狀態(tài)供貨3）馬氏體鋼

顯微組織為馬氏體，wCr=11.5%～18.0%。Cr13系列最為典型：1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr17Ni12供貨狀態(tài)：退火、淬火回火態(tài)4）鐵素體－奧氏體雙相鋼

鋼中鐵素體δ占60﹪～40﹪奧氏體γ占40﹪～60﹪，故常稱為雙相不銹鋼特點：極其優(yōu)異的抗腐蝕性能典型：18-5系、22-5系、25-5系00Cr18Ni5Mo3Si2、00Cr22Ni5Mo3N供貨狀態(tài)：固溶處理狀態(tài)5）沉淀硬化鋼

經(jīng)時效強化處理以形成析出硬化相的高強鋼主要用作：高強度不銹鋼典型的有馬氏體沉淀硬化鋼，如0Cr17Ni4Cu4Nb，簡稱17-4PH；半奧氏體（奧氏體＋馬氏體）沉淀硬化鋼，如0Cr17Ni7Al，簡稱17-7PH常稱這類鋼為PH不銹鋼（PrecipitationHardeningStainlessSteels）4.1.3不銹鋼及耐熱鋼的特性1．不銹鋼的物理性能物理性能與低碳鋼有很大差異，如表4-1所示組織狀態(tài)同類的鋼，其物理性能也基本相同發(fā)展：超級奧氏體不銹鋼、超級馬氏體不銹鋼、超級鐵素體不銹鋼、超級雙相不銹鋼以及馬氏體時效不銹鋼合金元素含量越多，熱導(dǎo)率λ越小，而線膨脹系數(shù)α和電阻率μ越大馬氏體鋼和鐵素體鋼：λ約為低碳鋼的1/2，其α與低碳鋼大體相當(dāng)奧氏體鋼：λ約為低碳鋼的1/3，其α則比低碳鋼大50%，并隨著溫度的升高，線膨脹系數(shù)的數(shù)值也相應(yīng)地提高

焊接：過程中會引起較大的焊接變形，特別是在異種金屬焊接時，由于這兩種材料λ和α有很大差異，會產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力，成為焊接接頭產(chǎn)生裂紋的主要原因之一。磁性：非奧氏體鋼均顯現(xiàn)磁性；奧氏體鋼中只有25-20型及16-36型奧氏體鋼不呈現(xiàn)磁性；18-8型奧氏體鋼在退火狀態(tài)下雖無磁性，在冷作條件能顯示出強磁性。2．不銹鋼的耐蝕性能腐蝕形式：均勻腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕等

1）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)象危害：均勻腐蝕使金屬截面不斷減少，對于被腐蝕的受力零件而言，會使其承受的真實應(yīng)力逐漸增加，最終達到材料斷裂強度而發(fā)生斷裂2）點腐蝕：在金屬材料表面大部分不腐蝕或腐蝕輕微，而分散發(fā)生高度的局部腐蝕，又稱坑蝕或孔蝕（PittingCorrosion）常見蝕點的尺寸小于1mm，深度往往大于表面孔徑，輕者有較淺的蝕坑，嚴(yán)重的甚至形成穿孔原因：不銹鋼常因Cl－的存在而使鈍化層局部破壞以至形成腐蝕坑。防止點腐蝕途徑：1）較少Cl－含量和O含量；加入緩蝕劑（如CN－、NO3－、SO42－等）；降低介質(zhì)溫度等2）在不銹鋼中加入Cr、Ni、Mo、Si、Cu等合金元素3）盡量不進行冷加工，以減少位錯露頭處發(fā)生點腐蝕的可能4）降低鋼中的含碳量此外，添加N也可提高耐點蝕性能點蝕指數(shù)：PI=wCr+3.3wMo+(13~16)wN

一般希望PI>35~40Cr：形成穩(wěn)定氧化膜Mo：形成MoO42－離子，吸附于表面活性點而阻止Cl－

入侵N：與Mo協(xié)同作用，富集于表面膜中，使表面膜不易破壞3）縫隙腐蝕在電解液中，如在氯離子環(huán)境中，不銹鋼間或與異物接觸的表面間存在間隙時，縫隙中溶液流動將發(fā)生遲滯現(xiàn)象，以至溶液局部Cl－濃化，形成濃差電池，從而導(dǎo)致縫隙中不銹鋼鈍化膜吸附Cl－而被局部破壞的現(xiàn)象稱為縫隙腐蝕形成機理：介質(zhì)的電化學(xué)不均性引起的同樣可用點蝕指數(shù)來衡量耐縫隙腐蝕傾向4）晶間腐蝕在晶粒邊界附近發(fā)生的有選擇性的腐蝕現(xiàn)象現(xiàn)象：受這種腐蝕的設(shè)備或零件，外觀雖呈金屬光澤，但因晶粒彼此間已失去聯(lián)系，敲擊時已無金屬的聲音，鋼質(zhì)變脆原因：晶間腐蝕多半與晶界層“貧鉻”現(xiàn)象有聯(lián)系5）應(yīng)力腐蝕（StressCorrosionCracking，簡稱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)象引起：大部分是由氯引起的高濃度苛性堿、硫酸水溶液等也會引起應(yīng)力腐蝕3．不銹鋼及耐熱鋼的高溫性能耐熱性能：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1）高溫性能不銹鋼表面形成的鈍化膜不僅具有抗氧化和耐腐蝕的性能，而且還可提高使用溫度例如，當(dāng)在某種標(biāo)準(zhǔn)評定的條件下，若單獨應(yīng)用鉻來提高鋼的耐氧化性：介質(zhì)溫度達到800℃時，則要求wCr需達到12%；950℃下，wCr=20%；

wCr=28%時，在1100℃也能抗氧化。2）合金化問題耐熱鋼的高溫性能中首先要保證抗氧化性能。為此鋼中一般均含有Cr、Si或Al，可形成致密完整的氧化膜而防止繼續(xù)發(fā)生氧化。熱強性是指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）。為提高鋼的熱強性，其措施主要是：1）提高Ni量以穩(wěn)定基體----利用Mo、W固溶強化，提高原子間結(jié)合力。2）形成穩(wěn)定的第二相----主要是碳化物相（MC、M6C、或M23C6）因此，為提高熱強性希望適當(dāng)提高碳含量（這一點恰好同不銹鋼的要求相矛盾）。如能同時加入強碳化物形成元素Nb、Ti、V等就更有效。3）減少晶界和強化晶界----控制晶粒度并加入微量硼或稀土等，如奧氏體鋼0Cr15Ni26Ti2MoVB中添加

wB0.003%。3）高溫脆化問題脆化現(xiàn)象：a）Cr13鋼在550℃附近的回火脆性b）高鉻鐵素體鋼的晶粒長大脆化c）奧氏體鋼沿晶界析出碳化物所造成的脆化d）值得注意的還有475℃脆性和σ相脆化475℃脆性：主要出現(xiàn)在wCr>15%的鐵素體鋼中在430～480℃之間長期加熱并緩冷，就可導(dǎo)致在常溫時或負(fù)溫時出現(xiàn)強度升高而韌性下降的現(xiàn)象，稱之為475℃脆性。σ相：wCr=45%的典型FeCr金屬間化合物，無磁性，硬而脆。在純Fe-Cr合金中，wCr＞20％即可產(chǎn)生σ相當(dāng)存在其他合金元素，特別是存在Mn、Si、Mo、W等時，會促使在較低Cr含量下即形成σ相，而且可以是三元組成，如FeCrMo4.1.4Fe-Cr，F(xiàn)e-Ni相圖及合金元素的影響1．Fe-Cr相圖圖4-1Fe-Cr二元合金狀態(tài)圖Cr：縮小奧氏體相區(qū)的元素

wCr>12%時，奧氏體相區(qū)完全消失即不發(fā)生γ-α轉(zhuǎn)變亦也不會發(fā)生晶粒細化和硬化

強鐵素體形成元素

整個合金范圍內(nèi)：L→αCr↗：820℃時，δ→σ相，脆化1）由于σ相在晶界析出，消耗了基體中大量Cr，使抗蝕性下降。2）T<600℃時，α(δ)鐵素體偏析形成低Cr的α鐵素體和高Cr的α′鐵素體，即不銹鋼的475℃脆化。2．Fe-Ni相圖圖4-2Fe-Ni二元合金狀態(tài)圖Ni：強奧氏體形成元素wNi>5%時，熔液就不再凝固為δ鐵素體，而是形成奧氏體T↘→1400～1500℃時：δ→γ包晶反應(yīng)，凝固形成γ相當(dāng)穩(wěn)定Ni↗：γ→α溫度轉(zhuǎn)移到900~350℃使奧氏體組織穩(wěn)定，快速冷卻時，都保持奧氏體組織，無法再硬化。Fe-Ni系中無脆硬相

3．合金元素對相圖的影響1）碳的影響不銹鋼中，C首先和Cr形成化合物，其次是Fe

強奧氏體化元素：會使γ相區(qū)增大，而δ相區(qū)減小

T=723℃純鐵中：C在γ相中溶解度是α相中的40倍，可認(rèn)為不銹鋼中奧氏體晶粒對碳具有良好溶解性但是：由于Cr元素具有強烈的形成M23C6碳化物傾向即使是在C%很低情況下也可生成，使得C在奧氏體中活性降低，不銹鋼中碳的溶解度大大降低。C還影響σ相的形成：C%↗→碳化物含量↗，部分Cr轉(zhuǎn)變?yōu)镸23C6高鉻碳化物→基體中鉻的含量減少，σ相析出減緩。從相圖上看，σ相區(qū)縮小。2）氮的影響強奧氏體化元素N比C在奧氏體Cr-Ni不銹鋼中的溶解度高得多，并隨著Cr%↗而快速增加，因此氮在奧氏體不銹鋼中不易形成脆性析出相。3）鉬的影響鐵素體形成元素：對γ相區(qū)有強烈的縮小作用C：對γ相區(qū)有強烈的擴大作用通過調(diào)整Cr、Mo、C的相對含量，就完全可以避免或保留一定量的鐵素體Mo：使γ相區(qū)的邊界向高溫區(qū)遷移因此，含Mo的Cr不銹鋼比不含Mo的Cr不銹鋼轉(zhuǎn)變成γ相的溫度更高。4）錳的影響Mn：奧氏體形成元素，與Ni相似，會擴大γ相區(qū)，使γ-α的轉(zhuǎn)變向低溫移動，使得奧氏體組織在室溫下也很穩(wěn)定，但其對奧氏體化的影響比鎳弱。Mn的影響：一是可以防止在奧氏體焊縫中的熱裂紋；二是提高氮的溶解度。4.2奧氏體不銹鋼的焊接_

4.2.1奧氏體不銹鋼的類型_

4.2.2奧氏體不銹鋼的焊接性分析_1、奧氏體不銹鋼焊接接頭的耐蝕性_2、熱裂紋_3、析出現(xiàn)象4、低溫脆化4.2.3奧氏體不銹鋼的焊接工藝特點_

1、焊接材料選擇2、焊接工藝要點4.2奧氏體不銹鋼的焊接4.2.1奧氏體不銹鋼的類型奧氏體不銹鋼：不銹鋼生產(chǎn)量和使用量的70%性能：極好的抗腐蝕性、生物相容性應(yīng)用：化學(xué)工業(yè)、沿海、食品、生物醫(yī)學(xué)、石油化工等根據(jù)其主要合金元素Cr、Ni的含量不同：1）18-8型奧氏體不銹鋼應(yīng)用最廣泛，基本鋼種衍生主要牌號：1Cr18Ni9、0Cr18Ni9克服晶間腐蝕：1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni11Nb超低碳：00Cr19Ni102)18-12Mo型奧氏體不銹鋼

wMo=2%～4%

Mo：縮小奧氏體相區(qū)元素，為了固溶處理后得到單一的奧氏體相，wNi↗→10%以上主要牌號：0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti耐點腐蝕性能高3）25-20型奧氏體不銹鋼特點：wCr、wNi高具有很好的耐腐蝕性能和耐熱性能主要牌號：0Cr25Ni201．奧氏體不銹鋼焊接接頭的耐蝕性4.2.2奧氏體不銹鋼的焊接性分析（1）晶間腐蝕在同一接頭并不能同時看到這三種晶間腐蝕的出現(xiàn)出現(xiàn)敏化區(qū)腐蝕就不會有熔合區(qū)腐蝕焊縫區(qū)腐蝕主要決定于焊接材料，正常情況不會出現(xiàn)圖4-318-8不銹鋼焊接接頭可能出現(xiàn)晶間腐蝕的部位1-HAZ敏化區(qū)2-焊縫區(qū)3-熔合區(qū)1）焊縫區(qū)晶間腐蝕根據(jù)貧鉻理論，為防止焊縫發(fā)生晶間腐蝕：①通過焊接材料，使焊縫金屬a）或者成為超低碳情況，b）或者含有足夠穩(wěn)定化元素Nb（因Ti不易過渡到焊縫中而不采用Ti）一般：wNb≥8wC或wNb≈1％；②調(diào)整焊縫成分以獲得一定數(shù)量鐵素體（δ）相焊縫中δ相的有利作用：①可打亂單一γ相柱狀晶方向性，不致形成連續(xù)貧Cr層②δ相富Cr，可減少γ晶粒形成貧Cr層焊縫中，δ相：4%~12%過量→多層焊時易促使形成σ相→不利于高溫工作例，在尿素類介質(zhì)中工作的不銹鋼，如含Mo18-8鋼焊縫為全奧氏體組織，不含δ相，否則易產(chǎn)生δ相選擇腐蝕δ相的獲得：提高Creq/Nieq已知Creq及Nieq→確定焊縫金屬的室溫組織

舍夫勒圖：圖4-4舍夫勒焊縫組織圖（1949）改進舍夫勒圖：德龍圖(+30N)考慮N：Creq=Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb+3Al+5V（%）Nieq=Ni+30C+0.87Mn+K（N-0.045）+0.33Cu（%）

K與N含量有關(guān)冷卻速度增大時：A+F區(qū)域顯著減小→易于獲得單相A或單相F組織2）熱影響區(qū)敏化區(qū)晶間腐蝕：含義：焊接熱影響區(qū)中加熱峰值溫度處于敏化加熱區(qū)間的部位（故稱敏化區(qū)）所發(fā)生的晶間腐蝕圖4-50Cr18Ni9不銹鋼HAZ晶間腐蝕只有18-8鋼才會有敏化區(qū)存在，含Ti或Nb的18-8Ti或18-8Nb，以及超低碳18-8鋼不易有敏化區(qū)出現(xiàn)圖4-60Cr18Ni9不銹鋼中碳化物溶解曲線wC=0.05%和0Cr18Ni9：Cr23C6析出溫度：600～850℃TiC的：1100℃冷卻速度快→Cr23C6不會析出防止18-8鋼敏化區(qū)腐蝕：采取小熱輸入、快速焊過程，以減少處于敏化加熱的時間3）刀狀腐蝕在熔合區(qū)產(chǎn)生的晶間腐蝕有如刀削切口形式，故稱為“刀狀腐蝕”（Knife-lineCorrosion），簡稱刀蝕腐蝕區(qū)寬度初期≤3～5個晶粒，逐步擴展到1.0～1.5mm圖4-7不銹鋼刀狀腐蝕形貌500×發(fā)生：在含Nb或Ti的18-8Nb和18-8Ti鋼的熔合區(qū)實質(zhì)：與沉淀形成貧Cr層有關(guān)a)焊前b)焊態(tài)a)焊后敏化TiCM23C6M23C6M23C6TiCTiCHAZHAZWMWMWI圖4-818-8Ti鋼熱影響區(qū)中碳化物的分布特征WM-焊縫WI-焊縫邊界焊前：1050~1150℃水淬固溶處理態(tài)

M23C6全部固溶，TiC沉淀游離態(tài)焊態(tài)：1200℃以上高溫過熱作用TiC大部分固溶，冷卻時C原子趨向A晶粒周邊運動，Ti來不及擴散保留在原地，C將析集于晶界附近而成為過飽和狀態(tài)焊后敏化：M23C6沉淀，形成晶界貧Cr區(qū)越靠近融合區(qū)，貧Cr越嚴(yán)重，刀狀腐蝕高溫過熱+中溫敏化相繼作用防止刀狀腐蝕措施：1）18-8Nb和18-8Ti鋼，控制wC＜0.06%2）焊接時盡量減少過熱，如盡量避免交叉焊縫、小熱輸入3）面向腐蝕介質(zhì)一面最后施焊4）3）無法實現(xiàn)時，調(diào)整焊縫尺寸和焊接參數(shù)，使另一面焊縫焊接時所產(chǎn)生的實際敏化加熱影響區(qū)不落在第一面的表面過熱區(qū)5）加入適量稀土元素（2）應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）應(yīng)力腐蝕的最大特點之一：

腐蝕介質(zhì)與材料組合上的選擇性

如：在Cl－環(huán)境中，18-8不銹鋼應(yīng)力腐蝕不僅與溶液中Cl－離子有關(guān)，而且還與其溶液中wO有關(guān)Cl－離子濃度很高、wO較少Cl－離子濃度較低、wO較高不引起應(yīng)力腐蝕1）腐蝕介質(zhì)的影響圖4-90Cr17Ni12Mo2不銹鋼焊趾處的應(yīng)力腐蝕裂紋20×2）焊接應(yīng)力的作用應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用低λ、高α→焊后產(chǎn)生較大殘余應(yīng)力應(yīng)力腐蝕開裂的拉應(yīng)力中，焊接殘余應(yīng)力＞30%拉應(yīng)力↗→應(yīng)力腐蝕開裂越易發(fā)生在含氯化物介質(zhì)中：引起SCC的臨界拉應(yīng)力σth≈σs在高溫高壓水中：σth遠小于σs在H2SχO6介質(zhì)中：由于晶間腐蝕領(lǐng)先，應(yīng)力則起到了加速作用，此時可認(rèn)為σth≈0防止應(yīng)力腐蝕開裂：退火消除焊接殘余應(yīng)力最為重要回火參數(shù)LMP=T(lgt+20)×10-3式中T——加熱溫度（Ｋ）；t——保溫時間（h）。LMP越大，殘余應(yīng)力消除程度越大為消除應(yīng)力，加熱溫度T的作用效果遠大于加熱保溫時間t的作用3）合金元素的作用應(yīng)力腐蝕開裂大多發(fā)生在合金中，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在氯化物介質(zhì)中：提高Ni含量可提高抗應(yīng)力腐蝕能力Si能使氧化膜致密加入Mo會降低Si的作用，但若SCC根源是點蝕，則Mo有利于防止點蝕超低碳有利于提高抗應(yīng)力腐蝕開裂性能（圖4-11）引起應(yīng)力腐蝕開裂須具備三個條件：首先是金屬在該環(huán)境中具有應(yīng)力腐蝕開裂傾向；其次是由這種材質(zhì)組成的結(jié)構(gòu)接觸或處于選擇性的腐蝕介質(zhì)中；最后是有高于一定水平的拉應(yīng)力。（3）點蝕奧氏體鋼焊接接頭有點蝕傾向，即使雙相鋼鋼PI越小→點蝕傾向越大含Mo鋼耐點蝕性能優(yōu)于不含Mo鋼點蝕難控制，且常成為應(yīng)力腐蝕的裂源最易產(chǎn)生點蝕的部位：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，其主要原因應(yīng)歸結(jié)為耐點蝕成分Cr與Mo的偏析如，Cr22Ni25Mo中wMo=3%～12%，TIG時枝晶晶界：Mo量與其晶軸Mo量之比（即偏析度）達1.6，Cr偏析度達1.25因而晶軸負(fù)偏析部位易于產(chǎn)生點蝕TIG自熔焊接所形成的焊縫均易形成點蝕，甚至填送同質(zhì)焊絲時也是如此，仍不如母材提高耐點蝕性能：一方面須減少Cr、Mo的偏析；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（OveralloyedFillerMetal）提高Ni含量，晶軸中Cr、Mo的負(fù)偏析顯著減少，因此采用高Ni焊絲應(yīng)該有利CPT（臨界點蝕溫度）評價耐點蝕性能：圖4-12由此可得結(jié)論：1）為提高耐點蝕性能不能進行自熔焊；2）焊接材料與母材必須“超合金化”匹配；3）必須考慮母材的稀釋作用，以保證足夠的合金含量；4）提高Ni含量有利于減少微觀偏析，必要時可考慮Ni基合金焊絲。2．熱裂紋焊縫：凝固裂紋凝固裂紋：即結(jié)晶裂紋，焊縫結(jié)晶過程中，在固相線附近，由于凝固金屬的收縮，殘余液體金屬不足而不能及時填充，在應(yīng)力作用下發(fā)生沿晶開裂。HAZ近縫區(qū)：液化裂紋液化裂紋：近縫區(qū)或多層焊的層間部位，在焊接熱循環(huán)峰值溫度的作用下，由于被焊金屬含有較多的低熔共晶而被重新熔化，在拉伸應(yīng)力的作用下沿奧氏體晶界發(fā)生開裂。熱裂紋的特點：1）沿奧氏體晶界開裂2）存在較大拉應(yīng)力焊道下裂紋：大厚度焊件中1）奧氏體鋼焊接熱裂紋的原因

①熱導(dǎo)率小、線膨脹系數(shù)大

在焊接局部加熱和冷卻條件下，接頭在冷卻過程中可形成較大的拉應(yīng)力

焊縫金屬凝固期間存在較大拉應(yīng)力是產(chǎn)生熱裂紋的必要條件②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，而促使形成晶間液膜，易于促使產(chǎn)生凝固裂紋③奧氏體鋼及焊縫的合金組成較復(fù)雜：

S、P、Sn、Sb可形成易溶液膜，Si、Nb等因溶解度有限，也能形成易溶共晶，這樣焊縫及近縫區(qū)都可能產(chǎn)生熱裂紋2）凝固模式對熱裂紋的影響實驗證實：凝固裂紋最易產(chǎn)生于單相奧氏體γ組織的焊縫中，如果為γ＋δ雙相組織，則不易于產(chǎn)生凝固裂紋

通常用室溫下焊縫中δ相數(shù)量來判斷熱裂傾向圖4-13δ含量對熱裂紋傾向的影響B(tài)TR—脆性溫度區(qū)間TCL—裂紋總長圖4-1470%Fe-Cr-Ni對熱裂紋傾向的影響Ni%Cr%102030合金①：以δ相完成整個凝固過程，F(xiàn)合金②：初生相δ，L+δ→L+δ+γ→δ+γ，F(xiàn)A合金③：初生相γ，

L+γ→L+γ+δ→γ+δ，AF合金④：以γ相完成整個凝固過程，A凝固模式：1）以何種初生相(γ或δ)開始結(jié)晶進行凝固過程2）以何種相完成凝固過程晶粒潤濕理論：偏析液膜能夠潤濕γ-γ、δ-δ界面，不能潤濕γ-δ異相界面。FA模式：形成δ鐵素體呈蠕蟲狀防礙γ枝晶支脈發(fā)展，構(gòu)成理想γ-δ界面，不會有熱裂傾向單純F或A模式：δ-δ或γ-γ界面，會有熱裂傾向AF模式：通過包晶/共晶反應(yīng)面形成γ+δ，這種共晶

δ不足以構(gòu)成理想γ-δ界面，仍然可以呈現(xiàn)液膜潤濕現(xiàn)象，以至還會有一定的熱裂傾向AF/FA分界線大體相當(dāng)Creq/Nieq≈1.5圖4-15標(biāo)有AF/FA界限的舍夫勒圖Creq/Nieq=1.5AFFAAFFAAFaa′FN圖4-16WRC-1992焊縫組織圖注：1）FN—鐵素體數(shù)目(δ相數(shù)量)利用磁性檢測儀測定讀數(shù)；2）Creq、Nieq的計算不同于舍夫勒圖，aa′界限其Creq/Nieq

≈1.4。Creq/Nieq值越大→δ相數(shù)量越多圖4-17焊接熱影響區(qū)熱裂紋與Creq/Nieq的關(guān)系焊接熱影響區(qū)的熱裂紋多屬液化裂紋，也與偏析液膜有關(guān)，與Creq/Nieq有同樣的依賴關(guān)系不產(chǎn)生熱裂紋：1）Creq/Nieq>1.52）Creq/Nieq<1.5時，保證wP+S<0.01%影響熱裂傾向的關(guān)鍵是凝固模式的Creq/Nieq值，而非室溫δ相數(shù)量3）化學(xué)成分對熱裂紋的影響

調(diào)整成分歸根結(jié)底還是通過組織發(fā)生作用①Mn的影響在單相奧氏體鋼中Mn的作用有利；若同時存在Cu，Mn與Cu可以相互促進偏析，晶界易于出現(xiàn)偏析液膜而增大熱裂傾向如：焊接普通25-20鋼時，可以提高Mn量Cr23Ni28Mo3Cu3Ti時，絕不可添加MnS：易在HAZP：易在焊縫中形成低熔點化合物而增加熱裂敏感性②S、P的影響焊縫中：wS、wP的最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)均應(yīng)<0.015%S：在δ-Fe中的溶解度約為在γ-Fe中的10倍S、P：在Ni中的溶解度均為0高Ni奧氏體不銹鋼中的S、P更易偏析③Si的影響Si是鐵素體形成元素焊縫中：wSi>4%，C活動能力增加，為了提高抗晶間腐蝕能力，必須使焊縫中wC≤0.02%。

wSi↗→含Si脆性相析出、σ相區(qū)擴大、形成低熔點共晶物（Ni-Si、Fe-Si等）→增加熱裂敏感性Si：18-8鋼中有利于促使產(chǎn)生δ相，可提高抗裂性，可不必過分限制；在25-20鋼中，wSi<2%：wSi↗→熱裂傾向↗wSi>2%：出現(xiàn)δ相時，即成為AF凝固模式，熱裂傾向↘④Nb的影響Nb可與P、Cr及Mn一起形成低熔點P化物與Si、Cr和Mn則可形成低熔點硫化物－氧化物雜質(zhì)Nb在晶粒邊界富集，可形成富Nb、Ni的低熔點相，其結(jié)晶溫度甚至低于1160℃含Nb的低熔點相在δ和γ中的溶解度不同，從而對熱裂影響不同如：Nb合金化的焊縫金屬中，5%δ時，含Nb低熔點相只有0.3%；而在單相γ中，含Nb低熔點相增加到1.5%⑤Ti的影響Ti也可以形成低熔點相，如在1340℃時，焊縫中就可以形成鈦碳氮化物的低熔點相。

含Ti低熔點相的形成對抗裂性的影響不如Nb明顯，因為Ti與O有強的結(jié)和力，因此Ti通常不用于焊縫金屬的穩(wěn)定化，而是用于鋼的穩(wěn)定化。Ti主要是對母材及熱影響區(qū)的液化裂紋的形成有影響⑥C的影響C對于熱裂敏感性的影響僅在一次結(jié)晶為奧氏體的單相奧氏體化的焊縫金屬中，碳對熱裂敏感性的影響很復(fù)雜，還取決于合金成分。如，在非穩(wěn)定化25-20Cr-Ni焊縫金屬中，wC：0.05%→0.1%，可提高抗裂性而在Nb穩(wěn)定化的焊縫金屬中，C可以形成低熔點碳化共晶，增加熱裂敏感性⑦B的影響

B是對抗熱裂性影響最壞的元素高溫時，B在γ中的溶解度非常低，只有0.005%，B與Fe、Ni都能形成低熔點共晶因此，要限制焊縫中的B含量總之：凡是溶解度小而能偏析形成易熔共晶的成分，都可能引起熱裂紋的產(chǎn)生凡可無限固溶的成分（如Cu在Ni中）或溶解度大的成分（如Mo、W、V），都不會引起熱裂奧氏體鋼焊縫：提高Ni含量時，熱裂傾向會增大；而提高Cr含量，對熱裂不發(fā)生明顯影響。在含Ni量低的奧氏體鋼加Cu時，焊縫熱裂傾向↗凡促使出現(xiàn)A或AF凝固模式的元素，該元素必會增大焊縫的熱裂傾向4）焊接工藝的影響

（合金成分一定的條件下）為避免焊縫枝晶粗大和過熱區(qū)晶粒粗化，以致增大偏析程度，應(yīng)盡量采用小焊接熱輸入快速焊工藝，而且不應(yīng)預(yù)熱，并降低層間溫度。減小焊接熱輸入：適當(dāng)降低焊接電流若v焊↗→v冷卻↗→凝固過程的不平衡性↗→凝固模式將逐次變化為FA→AF→A→熱裂傾向↗多層焊時，層間溫度不宜過高，以避免焊縫過熱；施焊過程中，焊條或焊絲不宜擺動，采取窄焊縫操作3．析出現(xiàn)象σ相：一種脆硬而無磁性的金屬間化合物相，具有變成分和復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。σ相的析出：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σ相通常只有在wCr>16%時才會析出σ相的產(chǎn)生：δ→σ或γ→σ凡鐵素體化元素均加強δ→σ轉(zhuǎn)變，即被Cr、Mo等濃化了的δ相易于轉(zhuǎn)變析出σ相4．低溫脆化18-8鋼為滿足低溫韌性要求，焊縫組織希望是單一γ相，盡量避免出現(xiàn)δ相。

δ相的存在，總是惡化低溫韌性單相γ焊縫低溫韌性比較好，但仍不如固溶處理后的1Cr18Ni9Ti鋼母材例如：aku(－196℃)≈230J/cm2

aku(20℃)≈280J/cm2“鑄態(tài)”焊縫中δ相因形貌不同，可具有相異韌性水平如，超低碳18-8鋼：三種形態(tài)δ相：球狀、蠕蟲狀(居多)、花邊條狀蠕蟲狀：會造成脆性斷口形貌，但對抗熱裂有利少量花邊條狀：改善低溫韌性，達到常溫時80%（提高wCr稍>20%）4.2.3奧氏體不銹鋼的焊接工藝特點焊接性：優(yōu)良焊接方法：幾乎所有熔焊方法、部分壓焊方法常用：焊條電弧焊、氣保焊、埋弧焊及等離子弧焊等1．焊接材料選擇不銹鋼及耐熱鋼用焊接材料主要有：藥皮焊條、埋弧焊絲和焊劑、TIG和MIG實芯焊絲以及藥芯焊絲選擇具體焊接材料時：1）應(yīng)堅持“適用性原則”根據(jù)材質(zhì)、具體用途和使用服役條件，以及對焊縫金屬的技術(shù)要求選用焊接材料原則：使焊縫金屬的成分與母材相同或相近2）根據(jù)所選各焊接材料的具體成分來確定是否適用，并應(yīng)通過工藝評定試驗加以驗收因為任何焊接材料的成分都有容許波動范圍圖4-18焊縫組織圖上不同焊接材料成分變動范圍如，E308：實際成分可能是A、B或D的成分用于焊接18-8鋼希望為FA凝固模式，即應(yīng)處于aa′線右下側(cè)D：成分不可靠；A：部分有熱裂傾向，耐晶間腐蝕性能也將下降3）應(yīng)考慮熔合比大小，即母材的稀釋作用否則將難以保證焊縫金屬的合金化程度有時還考慮凝固時的負(fù)偏析對局部合金化的影響4）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即：是采用同質(zhì)焊接材料，還是超合金化焊接材料如，普通0Cr18Ni11Ti鋼，用于耐氧化性酸條件下，其熔覆金屬的組成是0Cr21Ni9Nb

wC=0.4%的熱強鋼25-20，熔覆金屬以26-26Mo或26-35Mo（wC=0.4%）為好5）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，也要考慮防止焊接缺陷的工藝焊接性的要求。需綜合考慮，限制有害雜質(zhì)，盡可能提高純度如，從耐蝕性能考慮，加Cu是適宜的，但在低Ni的Fe-Cr-Mo系雙相鋼中，會增大熱裂傾向表4-3常用奧氏體不銹鋼焊接材料的選用鋼材牌號焊條氣體保護焊焊絲埋弧焊材料使用狀態(tài)型號牌號焊絲焊劑0Cr19Ni9E308-16E308-15A102A107H0Cr21Ni10H0Cr21Ni10HJ260HJ151焊態(tài)或固溶處理1Cr18Ni90Cr17Ni12Mo2E316-16A202H0Cr19Ni12Mo2H0Cr19Ni12Mo20Cr19Ni13Mo3E317-16A242H0Cr20Ni14Mo3——00Cr19Ni11E308L-16A002H00Cr21Ni10H00Cr21Ni10HJ172HJ151焊態(tài)或消除應(yīng)力處理00Cr17Ni14Mo2E308L-16A022H00Cr19Ni12Mo2H00Cr19Ni12Mo21Cr18Ni9TiE347-16A132H0Cr20Ni10TiH0Cr20Ni10NbH0Cr20Ni10TiH0Cr20Ni10Nb焊態(tài)或穩(wěn)定化和消除應(yīng)力處理0Cr18Ni11Ti0Cr18Ni11Nb0Cr23Ni13E309-16A302H1Cr24Ni13——焊態(tài)2Cr23Ni13——0Cr25Ni20E310-16A402H0Cr26Ni21——2Cr25Ni20H0Cr21Ni21——2．焊接工藝要點1）合理選擇焊接方法

不銹鋼理想焊接方法：藥芯焊絲電弧焊①與焊條電弧焊相比，采用藥芯焊絲：a）斷續(xù)生產(chǎn)過程變?yōu)檫B續(xù)生產(chǎn)方式，減少接頭數(shù)目b）不銹鋼藥芯焊絲不存在發(fā)熱和發(fā)紅現(xiàn)象②與實芯焊絲電弧焊相比，藥芯焊絲合金成分調(diào)整方便，對鋼材適應(yīng)性強，焊接速度快，焊后無需酸洗、打磨及拋光。③同埋弧焊相比：其熱輸入遠小于埋弧焊，焊接接頭性能更好2）控制焊接參數(shù)，避免接頭產(chǎn)生過熱現(xiàn)象

λ小，熱量不易散失，熱輸入比碳鋼低20%～30%熱輸入過高：焊縫開裂，降低抗蝕性，變形嚴(yán)重采用：小電流、窄道快速焊避免交叉焊縫，并嚴(yán)格控制較低層間溫度3）接頭設(shè)計的合理性應(yīng)給以足夠的重視

坡口角度：采用奧氏體鋼同質(zhì)焊接材料時，坡口角度取60°可行；若采用Ni基合金作為焊接材料，由于熔融金屬流動更為粘滯，60°很容易發(fā)生熔合不良現(xiàn)象。Ni基合金的坡口角度80°左右4）盡可能控制焊接工藝穩(wěn)定以保證焊縫金屬成分穩(wěn)定因為焊縫性能對化學(xué)成分的變動有較大的敏感性，為保證焊縫成分穩(wěn)定，必須保證熔合比穩(wěn)定5）控制焊縫成形

表面成形是否光整，是否有易產(chǎn)生應(yīng)力集中之處均會影響到接頭的工作性能，尤其對耐點蝕和耐應(yīng)力腐蝕開裂有重要影響。6）防止焊件工作表面的污染

焊縫受到污染，其耐蝕性會變差焊前：徹底清除焊件表面的油脂、污漬、油漆等雜質(zhì)否則這些有機物在電弧高溫作用下分解燃燒成氣體，引起焊縫產(chǎn)生氣孔或增碳，從而降低耐蝕性控制焊縫施焊程序，保證面向腐蝕介質(zhì)的焊縫在最后施焊，避免發(fā)生敏化為了保證不銹鋼焊接質(zhì)量，必須嚴(yán)格遵守技術(shù)規(guī)程和產(chǎn)品技術(shù)條件，并應(yīng)因地制宜，靈活地開展工作，全面綜合考慮焊接質(zhì)量、生產(chǎn)效率及經(jīng)濟效益。4.3鐵素體及馬氏體不銹鋼的焊接_

4.3.1鐵素體不銹鋼焊接性分析_

1、鐵素體不銹鋼的類型2、焊接性分析4.3.2鐵素體不銹鋼的焊接工藝特點_1、焊接方法2、焊接材料的選擇3、低溫預(yù)熱及焊后熱處理4.3.3馬氏體不銹鋼焊接性分析_

1、馬氏體不銹鋼的類型2、焊接性分析4.3.4馬氏體不銹鋼的焊接工藝特點_

1、焊接材料的選擇2、焊前預(yù)熱和焊后熱處理4.3鐵素體及馬氏體不銹鋼的焊接4.3.1鐵素體不銹鋼焊接性分析1．鐵素體不銹鋼的類型（1）普通鐵素體鋼包括：1）低Cr（wCr=12％～14％）鋼如00Cr12、0Cr13、0Cr13Al等；2）中Cr（wCr=16％～18％）鋼如0Cr17Ti、1Cr17Mo等；

低Cr和中Cr鋼，只有碳含量低時才是鐵素體組織3）高Cr（wCr=25％～30％）鋼如1Cr25Ti、1Cr28等。（2）高純度鐵素體鋼鋼中C＋N的含量限制很嚴(yán)1）wC＋wN≤0.035％～0.045％如00Cr18Mo2等2）wC＋wN≤0.03%如00Cr18Mo2Ti等3）wC＋wN≤0.01%～0.015％如000Cr18Mo2Ti、000Cr26Mo1、000Cr30Mo2等。2．焊接性分析室溫組織：純鐵素體塑性、韌性良好1）裂紋：焊接熱裂紋和冷裂紋的問題并不突出原因：鐵素體的線膨脹系數(shù)α較奧氏體的小2）脆化：焊接過程中可能導(dǎo)致焊接接頭的塑性、韌性降低3）耐蝕性4）高溫下長期服役可能出現(xiàn)脆化高純鐵素體鋼比普通鐵素體鋼的焊接性要好得多1）焊接接頭的晶間腐蝕發(fā)生條件：從900C以上快速冷卻，鐵素體鉻不銹鋼對腐蝕很敏感，但經(jīng)過650~800C的回火后，又可恢復(fù)其耐蝕性腐蝕位置：緊挨焊縫的高溫區(qū)腐蝕機理：①普通純鐵素體不銹鋼：貧鉻理論②超高純度高鉻鐵素體不銹鋼：既在敏化臨界溫度區(qū)，又在臨界敏化時間區(qū)內(nèi)腐蝕傾向：與其合金元素的含量有關(guān)w(C＋N)↘→晶間腐蝕傾向↘Mo：降低N在高鉻鐵素體不銹鋼中的擴散速度，有助于臨界敏化時間向后移動較長時間

→含Mo鐵素體不銹鋼具有較高抗敏化性能Ti、Nb：優(yōu)先于Cr和C、N形成化合物

→避免貧鉻區(qū)形成2）焊接接頭的脆化高溫脆性、σ相脆化、475℃脆化①高溫脆性：焊接接頭加熱至950～1000℃以上后急冷至室溫，焊接熱影響區(qū)塑性和韌性顯著降低，稱為“高溫脆性”脆化程度：與合金元素碳和氮的含量有關(guān)碳、氮含量越高→脆化程度越嚴(yán)重焊接接頭冷卻速度越快→韌性下降值越多如果空冷或緩冷，則對塑性影響不大出現(xiàn)高溫脆性的焊接接頭，若重新加熱至750~850℃，則可以恢復(fù)其塑性②σ相脆化σ相析出：普通純度鐵素體不銹鋼中

wCr>21%、在520～820℃長時間加熱

σ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)③475℃脆化普通純度鐵素體不銹鋼

出現(xiàn)：wCr>15%、在400～500℃長期加熱wCr↗→脆化傾向加重焊接接頭在焊接熱循環(huán)的作用下經(jīng)過此溫度區(qū)間，特別在此溫度停留時間較長時，均有產(chǎn)生的可能。475℃脆化消除：焊后熱處理4.3.2鐵素體不銹鋼的焊接工藝特點普通純度鐵素體鋼焊接接頭韌性較低原因：單相鐵素體鋼易于晶粒粗化熱影響區(qū)和焊縫容易形成脆性馬氏體可能出現(xiàn)475℃脆性。1．焊接方法普通純度鐵素體鋼：焊條電弧焊、藥芯焊絲電弧焊、熔化極氣保焊、鎢極氬弧焊和埋弧焊目的：控制熱輸入→抑制焊接區(qū)鐵素體晶粒過分長大工藝：可采取多層多道快速焊，強制冷卻焊縫的方法如通氬或冷卻水超高純度鐵素體鋼：焊接方法：氬弧焊、等離子弧焊和真空電子束焊目的：凈化熔池表面，防止沾污2．焊接材料的選擇在焊接鐵素體不銹鋼及其與異種鋼焊接時填充金屬主要有三類：同質(zhì)鐵素體型、奧氏體型和鎳基合金表4-4鐵素體不銹鋼焊條、焊絲選用表鋼種對接頭性能的要求焊接材料預(yù)熱及焊后處理熱焊條焊絲合金類型牌號型號0Cr13—G202G207E410-16E410-15H0Cr140Cr13—A102A107E308-16E308-15H0Cr18Ni9Cr18Ni9Cr17Cr17Ti耐硝酸腐蝕、耐熱G302G307E430-16E430-15H0Cr17TiCr17預(yù)熱100~150℃，焊后750~800℃回火耐有機酸、耐熱G311—H0Cr17Mo2TiCr17Mo2提高焊縫塑性A102A107E308-16E308-15H0Cr18Ni9Cr18Ni9不預(yù)熱，焊后不熱處理A202A207E316-16E316-15H0Cr18Ni12Mo218-12MoCr25Ti抗氧化A302A307E309-16E309-15HCr25Ni1325-13不預(yù)熱，焊后760~780℃回火Cr28Cr28Ti提高焊縫塑性A402A407E310-16E310-15HCr25Ni2025-20不預(yù)熱，焊后不熱處理A412E310Mo-16—25-20Mo21）采用同質(zhì)焊接材料：利：焊縫與母材金屬有相同的顏色和形貌，相同的線膨脹系數(shù)和大體相似的耐蝕性不利：焊縫金屬呈粗大鐵素體鋼組織，韌性較差措施：為改善性能，應(yīng)盡量限制雜質(zhì)含量，提高其純度，同時進行合理的合金化如：Cr17鋼，焊縫中添加0.8%的Nb，可顯著改善韌性室溫AKU=52J不含Nb的Cr17焊縫，室溫AKU≈02）采用普通奧氏體鋼焊接材料（不宜進行預(yù)熱和焊后熱處理的情況）注意：①焊后不可退火處理a）鐵素體鋼退火溫度范圍787~843℃正好處在奧氏體鋼敏化溫度區(qū)間，除非焊縫是超低碳或含Nb或Ti，否則容易產(chǎn)生晶間腐蝕及脆化b）因為焊縫與母材具有不同的線膨脹系數(shù)，焊后退火達不到消除應(yīng)力的目的②奧氏體鋼焊縫的顏色和性能都和母材不同接頭耐蝕性降低3．低溫預(yù)熱及焊后熱處理①預(yù)熱原因：

室溫韌性低，且易形成高溫脆化，一定條件下可能產(chǎn)生裂紋預(yù)熱：使焊接接頭處于富有韌性狀態(tài)下焊接，能有效防止裂紋產(chǎn)生②預(yù)熱溫度焊接熱循環(huán)會使焊接接頭近縫區(qū)晶粒急劇長大粗化，從而引起脆化預(yù)熱溫度：100～200℃母材中wCr↗→預(yù)熱溫度↗過高，又會使焊接接頭過熱而脆硬圖4-19高Cr鐵素體鋼在室溫下的韌性1）低溫預(yù)熱2）焊后熱處理①焊后熱處理作用：a）恢復(fù)耐蝕性

焊后在750~850℃進行退火處理，使過飽和的C和N完全析出，Cr來得及補充到貧Cr區(qū)b）改善焊接接頭塑性②注意：

正確控制焊后熱處理制度，加熱及冷卻應(yīng)盡可能快速a）退火后應(yīng)快冷，以防止475℃脆性產(chǎn)生b）高Cr鐵素體鋼在550~820℃長期加熱會出現(xiàn)σ相，而在820℃以上加熱可使σ相重新溶解焊接時應(yīng)盡量采取小的熱輸入和較快的冷卻速度；多層焊時，還應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度高純鐵素體不銹鋼：C、N含量低，具有良好焊接性高溫脆化不顯著焊前不需預(yù)熱，焊后也不需熱處理焊接主要問題：1）如何控制材料中C、N的含量2）避免焊接材料表面和熔池表面沾污4.3.3馬氏體不銹鋼焊接性分析馬氏體型不銹鋼：Fe-Cr-C三元合金這類鋼中高溫下存在的奧氏體在不太慢的冷卻條件下會發(fā)生奧氏體到馬氏體的轉(zhuǎn)變，屬于淬硬組織的鋼種特點：具有較高的強度和硬度耐蝕性和焊接性要差一些1．馬氏體不銹鋼的類型1）Cr13系鋼如1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13經(jīng)高溫加熱后空冷就可淬硬，一般均經(jīng)調(diào)制處理2）熱強馬氏體鋼以Cr12為基進行多元復(fù)合合金化的馬氏體鋼如2Cr12WMoV、2Cr12MoV、2Cr12Ni3MoV高溫加熱后空冷也可淬硬須用于高溫（600℃以上）：添加Mo、W、V提高wC%淬硬傾向會更大一些，一般均經(jīng)過調(diào)制處理3）超低碳復(fù)相馬氏體鋼成分特點：①wC↘→0.05％以下并添加Ni（wNi=4%～7%）②含有少量Mo、Ti或Si典型鋼種：0.01C-13Cr-7Ni-3Si、0.03C-12.5Cr-4Ni-0.3Ti、0.03C-12.5Cr-5.3Ni-0.3Mo使用狀態(tài)：①均經(jīng)淬火及超微細復(fù)相組織回火處理，可獲得高強度和高韌性②也可在淬火狀態(tài)下使用，因為低碳馬氏體組織并無硬脆性超低碳復(fù)相馬氏體鋼：

wNi>4%以上的超低碳合金鋼淬火后形成低碳馬氏體M，經(jīng)回火加熱至As（低于Ac1）以上即可開始發(fā)生M→γ′的所謂“逆轉(zhuǎn)變”。As為逆轉(zhuǎn)變開始溫度。因為并非在Ac1以上發(fā)生轉(zhuǎn)變形成奧氏體γ，也不同于殘余奧氏體，而將γ′稱為逆轉(zhuǎn)變奧氏體。γ′富C富Ni，因而很穩(wěn)定，冷卻至-196℃也不會再轉(zhuǎn)變成馬氏體（除非經(jīng)冷作變形），為韌性相。因而回火后獲得的是超微細化的M+γ′復(fù)相組織，具有優(yōu)異的強韌性組合，所以名之為“超低碳復(fù)相馬氏體鋼”。圖4-20各類馬氏體鋼的硬度與淬火溫度的關(guān)系1-Cr132-2Cr133-00Cr13Ni7Si3這類鋼的特性與析出硬化馬氏體鋼很相似，淬火形成的馬氏體不會導(dǎo)致硬化。無論析出硬化馬氏體鋼或析出硬化半奧氏體鋼，都無淬硬傾向，不需預(yù)熱，采用同質(zhì)焊接材料或奧氏體焊接材料，都能順利地獲得滿意的焊接接頭，但焊后均須經(jīng)適當(dāng)?shù)責(zé)崽幚怼?．焊接性分析常見馬氏體鋼：有脆硬傾向含碳量越高，脆硬傾向越大焊接問題：冷裂紋、脆化1）焊接接頭的冷裂紋wCr%>12%，同時還匹配適量的C和Ni→提高其淬硬性和淬透性具有一定的耐均勻腐蝕性能Cr：增加鋼的奧氏體穩(wěn)定性即奧氏體分解曲線右移加入C、Ni后：經(jīng)固溶再空冷也會發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變→焊縫和熱影響區(qū)焊后狀態(tài)組織為硬脆馬氏體組織導(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120～100℃以下時，很容易產(chǎn)生冷裂紋如，電站建設(shè)：幾十mm厚壁馬氏體鋼管2Cr12wMoV采用焊條電弧焊，容易產(chǎn)生裂紋航空發(fā)動機：馬氏體鋼薄板2Cr12Ni3MoV，板厚小于6mm，TIG焊時很少裂紋即：拘束度越大，越容易引起冷裂紋2）焊接接頭的硬化現(xiàn)象Cr13類馬氏體不銹鋼、Cr12系列熱強鋼：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)冷卻速度較小時：近縫區(qū)會出現(xiàn)粗大的鐵素體，塑性和韌性也明顯下降焊接時冷卻速度的控制是一個難題超低碳復(fù)相馬氏體鋼：熱影響區(qū)中無硬化區(qū)出現(xiàn)圖4-21高強度馬氏體鋼TIG焊后的硬度1-Cr132-2Cr133-00Cr13Ni7Si1300Cr13Ni7Si13：整個熱影響區(qū)硬度基本均勻2Cr13：淬火態(tài)焊接，近縫區(qū)硬化1Cr13：退火態(tài)焊接，近縫區(qū)硬化4.3.4馬氏體不銹鋼的焊接工藝特點常用焊接方法：焊條電弧焊、埋弧焊及熔化極氣保焊相應(yīng)焊接材料：焊條、實芯焊絲及藥芯焊絲等焊接時：主要以控制熱輸入及冷卻速度為主1．焊接材料的選擇1）采用同質(zhì)填充金屬：焊后焊縫和熱影響區(qū)將會硬化變脆，有很高的裂紋傾向合理合金化：如添加少量Ti、Al、N、Nb等以細化晶粒，降低淬硬性如，wNb=0.8％的焊縫可具有微細的單相鐵素體組織焊態(tài)或焊后熱處理均可獲得比較滿意的性能改善接頭性能：焊前預(yù)熱，焊后緩冷及熱處理2）采用奧氏體不銹鋼焊接材料

焊接構(gòu)件不能進行預(yù)熱或不便進行熱處理時有利：焊后焊縫金屬組織為奧氏體組織，具有較高的塑性和韌性，松弛焊接應(yīng)力，并能溶入較多的固溶氫，降低接頭形成冷裂紋的傾向不利：①焊縫為奧氏體組織，焊縫強度不可能與母材相匹配②奧氏體焊縫與母材比較，在物理、化學(xué)、冶金性能上都存在很大差異，有時反而可能出現(xiàn)破壞事故如，在循環(huán)溫度工作時，由于焊縫與母材膨脹系數(shù)不同，在熔合區(qū)產(chǎn)生切應(yīng)力，能導(dǎo)致接頭過早破壞采用奧氏體焊接材料時，必須考慮母材稀釋的影響馬氏體不銹鋼常用的焊接材料見表4-5熱強型馬氏體鋼：最希望：焊縫成分接近母材，并且在調(diào)整成分時不出現(xiàn)δ相，而應(yīng)為均一的微細馬氏體組織1Cr12WMoV之類：主要成分為鐵素體化元素(Mo,Nb,W,V)為保證獲得均一的馬氏體組織，必須用奧氏體化元素加以平衡，即應(yīng)有適量的C、Mn、N、Ni1Cr2WMoV：wC=0.17％～0.20％，如焊縫wC降至0.09％～0.15％，組織中就會出現(xiàn)較大量塊狀和網(wǎng)狀的δ相（也會有碳化物），使韌性急劇降低，也不利于抗蠕變性能

適當(dāng)提高wC≤0.19％，同時添加Ti，減少Cr，情況會好轉(zhuǎn)調(diào)整成分時應(yīng)注意Ms變化所帶來的影響:由于合金化使Ms降低越大，冷裂敏感性就越大，并會產(chǎn)生較多殘余奧氏體，對力學(xué)性能不利超低碳復(fù)相馬氏體鋼：宜采用同質(zhì)焊接材料，但焊后如不經(jīng)超微細復(fù)相化處理，則強韌性難以達到母材的水平2．焊前預(yù)熱和焊后熱處理1）焊前預(yù)熱預(yù)熱：采用同質(zhì)焊縫焊接馬氏體不銹鋼時，為防止焊接接頭形成冷裂紋預(yù)熱溫度的選擇：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)，其中與wC%關(guān)系最大如，簡單成分的Cr13鋼：

wC<0.1%時可以不預(yù)熱；

wC=0.1%～0.2%，應(yīng)預(yù)熱到260℃緩冷；

wC=0.2%～0.5%，也可以預(yù)熱到260℃，但焊后應(yīng)及時退火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。目的：降低焊縫和熱影響區(qū)硬度、改善其塑性和韌性，同時減少焊接殘余應(yīng)力2）焊后熱處理①焊后熱處理必須嚴(yán)格控制焊件的溫度，焊件焊后不可隨意從焊接溫度直接升溫進行回火熱處理因為：焊接過程中形成的奧氏體尚未完全轉(zhuǎn)變成馬氏體，如果立即升溫到回火，奧氏體會發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，或者碳化物沿奧氏體晶界沉淀，產(chǎn)生粗大鐵素體加碳化物組織，從而嚴(yán)重地降低焊接接頭的韌性，而且對耐蝕性也不利②焊接接頭焊后空冷到室溫后再進行熱處理：則馬氏體不銹鋼會出現(xiàn)空氣淬硬傾向，造成常溫塑性降低，并且在常溫下殘留的奧氏體將繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，使焊接接頭變得又硬又脆，組織應(yīng)力也隨之增大；若再加上擴散氫的聚集，焊