11不銹鋼及其焊接工藝

1、1第四單元不銹鋼及其焊接工藝第四單元不銹鋼及其焊接工藝 綜合知識(shí)模塊一綜合知識(shí)模塊一 不銹鋼的類型和性能不銹鋼的類型和性能 綜合知識(shí)模塊二綜合知識(shí)模塊二 奧氏體不銹鋼的焊接奧氏體不銹鋼的焊接 綜合知識(shí)模塊三綜合知識(shí)模塊三 鐵素體不銹鋼的焊接鐵素體不銹鋼的焊接 綜合知識(shí)模塊四綜合知識(shí)模塊四 馬氏體不銹鋼的焊接馬氏體不銹鋼的焊接 綜合訓(xùn)練2 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。 不銹鋼具有良好的耐蝕性、耐熱性和較好的力學(xué)性能，適于制造耐腐蝕、抗氧化、耐高溫和超低溫的零部件和設(shè)備。 不銹鋼中主加元素鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)cr12，通常還含其他合金元

2、素如ni、mn、mo等。 不銹鋼之所以具有耐腐蝕性是因?yàn)椋?一是不銹鋼中一定量的cr元素，能在鋼材表面形成一層不溶于腐蝕介質(zhì)的堅(jiān)固的氧化鈍化膜，使金屬與外界介質(zhì)隔離而不發(fā)生化學(xué)作用； 二是大部分金屬腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，鉻的加入可提高鋼基體的電極電位；三是cr、ni、mn、n等元素的加入還會(huì)促使形成單相組織，阻止形成微電池，從而提高耐蝕性。3綜合知識(shí)模塊一綜合知識(shí)模塊一 不銹鋼的類型和性能不銹鋼的類型和性能 能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn)1 1 銹鋼的類型銹鋼的類型不銹鋼實(shí)際上是不銹鋼和耐（酸）蝕鋼的總稱。 在空氣或弱介質(zhì)中能抵抗侵蝕的鋼稱為不銹鋼； 在某些強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中能抵抗侵蝕的鋼稱為耐蝕鋼。不銹鋼不一

3、定能耐（酸）腐蝕，而耐蝕鋼一定具有良好的耐蝕性。 不銹鋼按其金相組織可分為 鐵素體型不銹鋼 馬氏體型不銹鋼 奧氏體型不銹鋼 雙相不銹鋼（包括奧氏體鐵素體型、奧氏體馬氏體型） 沉淀硬化不銹鋼等4 1鐵素體不銹鋼室溫組織為鐵素體鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)cr在1232.0的范圍內(nèi)。隨cr增加，其耐酸性能提高；加入鉬后，則可以提高耐酸腐蝕性和抗應(yīng)力腐蝕的能力。典型牌號(hào)有00cr12、1cr17、00cr17mo、00cr30mo2等主要用于制造硝酸化工設(shè)備的吸收塔、熱交換器、儲(chǔ)運(yùn)和運(yùn)輸硝酸用的槽罐以及制造不承受沖擊載荷的其它零部件和設(shè)備。 根據(jù)c和n的總含量，鐵素體不銹鋼分為普通純度和超高純度兩個(gè)系列。（1）普通

4、純度鐵素體不銹鋼 其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wc為0.1左右，并含有少量的氮，其典型的牌號(hào)為1cr17、1cr17mo等。與奧氏體不銹鋼相比，缺點(diǎn)是材質(zhì)較脆，焊接性較差。其主要原因是其中碳和氮的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高、在高溫加熱條件下造成鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。（2）超高純度鐵素體不銹鋼 通過(guò)真空或保護(hù)氣體精煉技術(shù)煉出超低碳和超低氮含量（c+n總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0250.035）的超高純度鐵素體不銹鋼，其典型牌號(hào)有00cr18mo2和00cr27mo等。這類鋼不論在韌性、耐蝕性還是焊接性等方面均優(yōu)于普通純度的鐵素體不銹鋼，并得到了廣泛的應(yīng)用。5 2馬氏體不銹鋼室溫組織為馬氏體鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)cr在11.518.0范圍內(nèi)，

5、碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)c最高可達(dá)1.0。馬氏體不銹鋼具有一定的耐酸腐蝕性和較好的熱穩(wěn)定性及熱強(qiáng)性。主要用于力學(xué)性能要求較高、且在弱腐蝕介質(zhì)中工作的零件和工具，也可作為溫度在700以下長(zhǎng)期工作的耐熱鋼使用，如汽輪機(jī)的葉片、內(nèi)燃機(jī)排氣閥和醫(yī)療器械等。這類鋼的焊接性較差，其典型牌號(hào)的鋼板有1cr13、2cr13、3cr13、1cr17ni2等。 3奧氏體不銹鋼室溫組織為奧氏體它是在高鉻不銹鋼中加入適當(dāng)?shù)逆嚕ㄦ嚨馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)wni為825）而形成的。奧氏體不銹鋼是以cr18ni9鐵基合金為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上隨著用途的不同，發(fā)展了六大系列奧氏體不銹鋼： 1）在0cr18ni9的基礎(chǔ)上降低碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，獲得00 cr19

6、ni10等超低碳不銹鋼，耐蝕性提高；在此基礎(chǔ)上加入mo、cu、ti，獲得00 cr17ni14mo2、00 cr18ni14mo2cu2ti等，抗還原性酸的能力提高； 2）在0cr18ni9的基礎(chǔ)上增加碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，獲得1cr18ni9等，強(qiáng)度提高；6 3）在0cr18ni9基礎(chǔ)上加入ti、nb等穩(wěn)定碳化物元素，獲得0cr18ni9ti、1cr18ni9ti、1cr18ni11nb等，抗晶間腐蝕的能力提高； 4）在0cr18ni9的基礎(chǔ)上加入mo、cu、ti等元素，獲得1cr18ni12mo2ti、1cr18ni12mo3ti、0cr18ni12mo2cu2等，抗還原酸腐蝕的能力和抗晶間腐蝕的

7、能力提高； 5）在0cr18ni9基礎(chǔ)上加入cr、ni等元素，可獲得1cr23ni13、1cr25ni20等，耐熱性提高； 6）在0cr18ni9基礎(chǔ)上用mn、n代ni，節(jié)約了cr、ni，獲得1cr17mn6ni5n、1cr18mn8ni5n，成本降低。奧氏體不銹鋼屬于耐蝕鋼，在氧化性、中性及弱還原性介質(zhì)中有良好的耐蝕性，是應(yīng)用最廣泛的不銹鋼，其中以18-8型不銹鋼最具有代表性，它具有較好的力學(xué)性能，便于機(jī)加工、沖壓和焊接。在氧化性環(huán)境中具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和良好的耐熱性能；但對(duì)溶液中含有氯離子（cl-）的介質(zhì)特別敏感，易于發(fā)生應(yīng)力腐蝕。18-8型不銹鋼按其化學(xué)成分中的碳的含量不同，可分為三個(gè)

8、等級(jí)：一般含碳量（wc0.15%）、低碳級(jí)（wc0.08%）和超低碳級(jí)（wc0.03%）。 如1cr18ni9、0cr18ni9、00cr18ni9三種鋼材分別屬于上述三個(gè)等級(jí)。部分奧氏體不銹鋼可作為耐熱鋼使用部分奧氏體不銹鋼可作為耐熱鋼使用7 4.奧氏體-鐵素體型雙相不銹鋼室溫組織為奧氏體+鐵素體與含碳量相同的奧氏體不銹鋼相比，具有較小的晶間腐蝕傾向和較高的力學(xué)性能，且韌性比鐵素體不銹鋼好。同時(shí)，由于少量鐵素體的存在，還有利于奧氏體不銹鋼在焊接過(guò)程中防止熱裂紋的形成。當(dāng)鐵素體的體積分?jǐn)?shù)在3060時(shí)，不銹鋼具有特殊的抗點(diǎn)蝕、抗應(yīng)力腐蝕的性能，如00cr18ni5mo3si2、0cr26ni5m

9、o2等牌號(hào)，這類鋼的屈服點(diǎn)約為一般奧氏體不銹鋼的兩倍。廣泛應(yīng)用于化肥廠和化工廠等設(shè)備裝置，其機(jī)械加工、冷沖壓和焊接性能良好，且具有較好的耐蝕性能。 沉淀硬化不銹鋼 沉淀硬化不銹鋼是在不銹鋼中單獨(dú)或復(fù)合添加硬化元素，通過(guò)適當(dāng)熱處理獲得高強(qiáng)度、高韌性并具有良好耐蝕性能的一類不銹鋼。 通常作為耐磨、耐蝕、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件，如軸、齒輪、彈簧、閥等零件以及高強(qiáng)度壓力容器、化工處理設(shè)備和航空航天設(shè)備等。8 能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn)2 2 不銹鋼的性能不銹鋼的性能 1不銹鋼的物理性能不銹鋼的物理性能奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)比低碳鋼大50，熱導(dǎo)率為低碳鋼的1/3左右；鐵素體不銹鋼鋼和馬氏體不銹鋼鋼的線膨脹系數(shù)與低碳鋼

10、相近，而熱導(dǎo)率僅為低碳鋼的1/2左右。 由于奧氏體不銹鋼的特殊物理性能，在焊接過(guò)程中會(huì)引起較大的焊接變形，特別是在異種鋼焊接時(shí)，由于兩種材料的熱導(dǎo)率和線膨脹系數(shù)有很大差別，會(huì)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。奧氏體不銹鋼通常是非磁性的，當(dāng)冷加工硬化產(chǎn)生馬氏體相變時(shí)，將產(chǎn)生磁性，可用熱處理方法來(lái)消除馬氏體和磁性。 2不銹鋼的力學(xué)性能不銹鋼的力學(xué)性能奧氏體不銹鋼的綜合性能最好，既有足夠的強(qiáng)度，又有極好的塑性，同時(shí)硬度也不高。奧氏體不銹鋼同絕大多數(shù)的其它金屬材料相似，其抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)和硬度，隨著溫度的降低而提高；塑性則隨著溫度降低而減?。徊⒕哂休^高的冷加工硬化性。馬氏體不銹鋼

11、在退火狀態(tài)下，硬度最低；可通過(guò)淬火硬化；正常使用時(shí)回火狀態(tài)的硬度又稍有下降。鐵素體不銹鋼的特點(diǎn)是常溫塑性低。當(dāng)在高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)，可能導(dǎo)致475脆化，脆性相產(chǎn)生或晶粒粗大等，使力學(xué)性能進(jìn)一步惡化。9 不銹鋼的耐蝕性能不銹鋼的主要腐蝕形式有均勻腐蝕（表面腐蝕）、點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕破裂等五種。 （1 1）均勻腐蝕）均勻腐蝕 由于不銹鋼中鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在12.5以上，在氧化性介質(zhì)中容易在表面形成富鉻氧化膜，該膜能夠阻止金屬的離子化而產(chǎn)生鈍化作用，同時(shí)還能提高基體的電極電位，因此提高了不銹鋼的耐均勻腐蝕性能。 （2 2）晶間腐蝕）晶間腐蝕 該種腐蝕是一種局部腐蝕，能夠?qū)е戮Яｉg的結(jié)合力

12、喪失，使材料強(qiáng)度幾乎消失。所以在所有的腐蝕形式中，晶間腐蝕的危害性最大，容易造成設(shè)備突然破壞，而在金屬外形上沒(méi)有任何變化。奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼均會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。 （3）點(diǎn)蝕 主要是由材料表面鈍化膜的局部破壞所引起的，經(jīng)試驗(yàn)研究表明，材料的陽(yáng)極電位值越高，抗點(diǎn)蝕能力越好。超低碳高鉻鎳含鉬奧氏體不銹鋼和超高純度含鉬高鉻鐵素體不銹鋼均有較高的耐點(diǎn)蝕性能。10 （4 4）縫隙腐蝕）縫隙腐蝕 主要是由介質(zhì)的電化學(xué)不均勻性引起的。0cr18ni9及00cr17ni14mo2型奧氏體不銹鋼、鐵素體及馬氏體不銹鋼在海水中均有縫隙腐蝕的傾向。 適當(dāng)增加鉻、鉬含量可以改善抗縫隙腐蝕的能力。實(shí)際上只有采用鈦、

13、高鉬鎳基合金和銅合金等才能有效地防止縫隙腐蝕的發(fā)生。因此，改變介質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)形式是防止縫隙腐蝕的重要措施。 （5 5）應(yīng)力腐蝕破裂）應(yīng)力腐蝕破裂 應(yīng)力腐蝕破裂是指在拉伸應(yīng)力與電化學(xué)介質(zhì)的共同作用下，因陽(yáng)極溶解過(guò)程而引起的斷裂。其產(chǎn)生的條件如下： 1）引起應(yīng)力腐蝕破裂的介質(zhì)條件應(yīng)力腐蝕的最大特點(diǎn)之一是在腐蝕介質(zhì)與材料的組合上有選擇性。在此特定組合以外的條件下不產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。如奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕發(fā)生在在溶液中cl-和含氧量共存并達(dá)到一定程度。對(duì)此種現(xiàn)象又常稱為氯脆。 2）應(yīng)力條件應(yīng)力腐蝕破裂是在拉應(yīng)力作用下才能產(chǎn)生，在壓應(yīng)力的作用下不會(huì)產(chǎn)生。 3）材料條件 一般條件下純金屬不產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，應(yīng)力

14、腐蝕均發(fā)生在合金中。在晶界上的合金元素是引起合金的晶間型開裂的應(yīng)力腐蝕的重要原因。11綜合知識(shí)模塊二綜合知識(shí)模塊二 奧氏體不銹鋼的焊接奧氏體不銹鋼的焊接 能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn)1 1 奧氏體不銹鋼的焊接性?shī)W氏體不銹鋼的焊接性 奧氏體不銹鋼焊接時(shí)存在的主要問(wèn)題是：奧氏體不銹鋼焊接時(shí)存在的主要問(wèn)題是： 焊縫及熱影響區(qū)熱裂紋敏感性大；焊縫及熱影響區(qū)熱裂紋敏感性大； 接頭產(chǎn)生碳化鉻沉淀析出，接頭產(chǎn)生碳化鉻沉淀析出， 耐蝕性下降；耐蝕性下降； 接頭中鐵素體含量高時(shí)，可能出現(xiàn)接頭中鐵素體含量高時(shí)，可能出現(xiàn)475475脆化或脆化或相脆相脆化。化。 一、焊接熱裂紋一、焊接熱裂紋 單相奧氏體不銹鋼鋼焊接時(shí)，具有較

15、高的熱裂紋敏感性。在焊縫及近縫區(qū)都有可能出現(xiàn)熱裂紋，最常見(jiàn)的是焊縫凝固裂紋，也可能在haz或多層焊道間金屬出現(xiàn)液化裂紋。12 1焊接接頭產(chǎn)生熱裂紋的原因焊接接頭產(chǎn)生熱裂紋的原因奧氏體不銹鋼具有較大的熱裂紋敏感性，主要取決于其化學(xué)成分、組織與性能特點(diǎn)： 1 1）化學(xué)成分）化學(xué)成分奧氏體不銹鋼中的合金元素較多，尤其是含有一定數(shù)量的鎳，它易與硫、磷等雜質(zhì)形成低熔點(diǎn)共晶，如ni-s共晶熔點(diǎn)為645，ni-p共晶熔點(diǎn)為880，比f(wàn)e-s、fe-p共晶的熔點(diǎn)更低，危害性也更大。其他一些元素如硅、硼、鈮等元素，也能形成有害的易熔晶間層，這些低熔點(diǎn)共晶會(huì)促使熱裂紋的產(chǎn)生。 2 2）組織）組織奧氏體不銹鋼鋼焊縫

16、易形成方向性強(qiáng)的粗大柱狀晶組織，有利于有害雜質(zhì)元素的偏析，從而促使形成連續(xù)的晶間液膜，提高了熱裂紋的敏感性。 3 3）性能）性能從奧氏體不銹鋼的物理性能看，它具有熱導(dǎo)率小、線膨脹系數(shù)大的特點(diǎn)，因而在焊接局部加熱和冷卻條件下，易產(chǎn)生較大的焊接殘余拉應(yīng)力，進(jìn)一步促進(jìn)焊接熱裂紋的產(chǎn)生。 綜上所述，奧氏體不銹鋼的焊接熱裂紋傾向比低碳鋼大得綜上所述，奧氏體不銹鋼的焊接熱裂紋傾向比低碳鋼大得多，尤其是高鎳奧氏體不銹鋼多，尤其是高鎳奧氏體不銹鋼13 2 2防止奧氏體不銹鋼產(chǎn)生熱裂紋的主要措施防止奧氏體不銹鋼產(chǎn)生熱裂紋的主要措施 （1 1）冶金措施）冶金措施 1）嚴(yán)格控制焊縫金屬中有害雜質(zhì)元素的含量 2）調(diào)整

17、焊縫化學(xué)成分使焊縫金屬出現(xiàn)奧氏體鐵素體雙相組織，能夠有效地防止焊縫熱裂紋的產(chǎn)生。 如18-8鋼焊縫組織中有少量鐵素體（）相存在，則抗裂性能大大提高，如圖4-1所示。這是因?yàn)橄嗟拇嬖诖騺y了奧氏體焊縫柱狀晶的方向性（如圖4-2所示）、細(xì)化了晶粒，低熔點(diǎn)的雜質(zhì)被鐵素體分散和隔開，避免了低熔點(diǎn)雜質(zhì)呈連續(xù)網(wǎng)狀分布，從而阻礙熱裂紋擴(kuò)展和延伸；相能溶解較多的硫、磷等微量元素，使其在晶界上的數(shù)量大減少，從而提高焊縫抗熱裂紋的能力。常用鐵素體化的元素有鉻、鉬、釩等。圖圖4-1 圖圖4-2 相在奧氏體基體上的分布相在奧氏體基體上的分布 a)單相單相 b) + 14 3）控制焊縫金屬中的鉻鎳比 對(duì)于18-8型不銹鋼

18、來(lái)說(shuō)，當(dāng)焊接材料的鉻鎳比小于1.61時(shí)，就易產(chǎn)生熱裂紋；而鉻鎳比達(dá)到2.33.2時(shí)，就可以防止熱裂紋的產(chǎn)生。 4）在焊縫金屬中加入少量的鈰、鋯、鉭等微量元素 這些元素可以細(xì)化晶粒，也可以減少焊縫對(duì)熱裂紋的敏感性。上述冶金因素主要是通過(guò)選擇焊接材料來(lái)達(dá)到調(diào)整焊縫化學(xué)成分的目的。目前我國(guó)生產(chǎn)的18-8型不銹鋼焊條的熔敷金屬，都能獲得奧氏體-鐵素體雙相組織。 （2 2）工藝措施）工藝措施 焊接時(shí)應(yīng)盡量減小熔池過(guò)熱程度，以防止形成粗大的柱狀晶。為此焊接時(shí)宜采用小熱輸入及小截面的焊道，多層焊時(shí)，道間溫度不宜過(guò)高，以避免焊縫過(guò)熱；焊接過(guò)程中焊條不允許擺動(dòng)，采用窄焊縫的操作技術(shù)。 此外，液化裂紋主要出現(xiàn)在此

19、外，液化裂紋主要出現(xiàn)在25-2025-20型奧氏體不銹鋼的焊接型奧氏體不銹鋼的焊接接頭中。防止液化裂紋的產(chǎn)生，除了嚴(yán)格限制母材中的雜接頭中。防止液化裂紋的產(chǎn)生，除了嚴(yán)格限制母材中的雜質(zhì)含量，控制母材的晶粒度以外，在工藝上應(yīng)盡量采用高質(zhì)含量，控制母材的晶粒度以外，在工藝上應(yīng)盡量采用高能量密度的焊接方法、小熱輸入和提高接頭的冷卻速度等能量密度的焊接方法、小熱輸入和提高接頭的冷卻速度等措施，以減少母材的過(guò)熱和避免近縫區(qū)晶粒的粗化。措施，以減少母材的過(guò)熱和避免近縫區(qū)晶粒的粗化。15 二、焊接接頭的晶間腐蝕二、焊接接頭的晶間腐蝕有些奧氏體不銹鋼的焊接接頭，在腐蝕介質(zhì)中工作一段時(shí)間后可能發(fā)生局部沿著晶粒邊

20、界的腐蝕，一般稱此種腐蝕為晶間腐蝕， 0cr18ni9不銹鋼晶間腐蝕如圖4-3所示。根據(jù)母材類型和所采用焊接材料與焊接工藝不同，奧氏體不銹鋼焊接接頭可能發(fā)生焊縫晶間腐蝕、haz敏化區(qū)（6001000）晶間腐蝕、熔合區(qū)附近的刀狀腐蝕，如圖4-4所示。圖圖4-3 0cr18ni9不銹鋼晶間腐蝕不銹鋼晶間腐蝕圖圖4-4 奧氏體不銹鋼焊接接頭奧氏體不銹鋼焊接接頭可能發(fā)生晶間腐蝕的部位可能發(fā)生晶間腐蝕的部位a焊縫區(qū)焊縫區(qū) bhaz敏化區(qū)敏化區(qū) c熔合區(qū)熔合區(qū)16 1 1晶間腐蝕晶間腐蝕（1 1）產(chǎn)生晶間腐蝕的原因）產(chǎn)生晶間腐蝕的原因奧氏體不銹鋼焊縫和haz敏化區(qū)的晶間腐蝕，都與敏化過(guò)程使晶界形成貧鉻層有

21、關(guān)。焊縫產(chǎn)生晶間腐蝕可有兩種情況： 一種是焊態(tài)下已有cr23c6析出，如多層焊縫的重復(fù)加熱區(qū)域； 另一種為接頭在焊態(tài)下無(wú)貧鉻層，焊后經(jīng)過(guò)敏化溫度區(qū)間，因而具有晶間腐蝕傾向。奧氏體不銹鋼焊接接頭敏化溫度范圍為6001000，高于平衡條件下的敏化溫度。奧氏體不銹鋼在加熱到450850時(shí)，對(duì)晶間腐蝕最敏感，此溫度區(qū)間稱敏化溫度區(qū)。 因?yàn)楫?dāng)溫度低于450時(shí)，碳原子活動(dòng)能力很弱，cr23c6析出困難不會(huì)形成貧鉻層； 而當(dāng)溫度高于850時(shí)，晶粒內(nèi)部的鉻獲得了足夠的動(dòng)能，擴(kuò)散到晶界，從而使已形成的貧鉻層消失； 而在450850溫度區(qū)間內(nèi)，既有利于cr23c6的析出，晶粒內(nèi)部的鉻原子又不能擴(kuò)散到晶界，最容易形

22、成貧鉻層，對(duì)晶間腐蝕最敏感。 如果在450850溫度區(qū)間加熱足夠長(zhǎng)的時(shí)間，晶內(nèi)的鉻原子也可以擴(kuò)散到晶界使貧鉻層消失。17 （2 2）防止焊接接頭產(chǎn)生晶間腐蝕的措施）防止焊接接頭產(chǎn)生晶間腐蝕的措施 1 1）冶金措施）冶金措施 使焊縫金屬具有奧氏體-鐵素體雙相組織，其鐵素體的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)在412范圍內(nèi)。 在焊縫金屬中滲入比鉻更容易與碳結(jié)合的穩(wěn)定化元素，如鈦、鈮、鉭和鋯等。 超低碳有利于防止晶間腐蝕。 2 2）工藝措施）工藝措施 選擇合適的焊接方法即熱輸入最小，讓焊接接頭盡可能地縮短在敏化溫度區(qū)間停留時(shí)間； 焊接參數(shù)應(yīng)在保證焊縫質(zhì)量的前提下，采用小的焊接電流、最快的焊接速度； 在操作上盡量采用窄焊縫，

23、多道多層焊，焊條或焊絲不擺動(dòng)；并注意每焊完一道焊縫后，要等焊接處冷卻至室溫再進(jìn)行下一道焊縫的焊接。 強(qiáng)制焊接區(qū)的快速冷卻； 進(jìn)行固溶處理或穩(wěn)定化處。18 2.2.刀狀腐蝕刀狀腐蝕（1 1）刀狀腐蝕產(chǎn)生的原因）刀狀腐蝕產(chǎn)生的原因 刀狀腐蝕簡(jiǎn)稱刀蝕，它是焊接接頭中特有的一種晶間腐蝕，只發(fā)生在含有ti、nb等穩(wěn)定化元素的奧氏體不銹鋼焊接接頭中。腐蝕部位沿熔合線發(fā)展，處于haz的過(guò)熱區(qū)，由于區(qū)域很窄（電弧焊一般為1.01.5），形狀有如刀削切口，故稱為刀狀腐蝕。 高溫過(guò)熱和中溫敏化是導(dǎo)致焊接接頭過(guò)熱區(qū)產(chǎn)生刀蝕的重要條件。 刀蝕產(chǎn)生的原因也與cr23c6沉淀造成貧鉻層有關(guān)。圖圖4-5 1cr18ni2m

24、o2ti不銹鋼焊接接頭的刀狀腐蝕形貌不銹鋼焊接接頭的刀狀腐蝕形貌19 （2 2）防止刀蝕的措施）防止刀蝕的措施降低母材的含碳量降低母材的含碳量采用合理的焊接工藝采用合理的焊接工藝 在保證焊縫質(zhì)量的前題下，盡量選擇較小的熱輸入，以減小過(guò)熱區(qū)在高溫停留時(shí)間，并注意避免在焊接過(guò)程中產(chǎn)生“中溫敏化”的效果； 雙面焊時(shí)，與腐蝕介質(zhì)接觸的焊縫應(yīng)盡量最后施焊，如不能實(shí)施，則應(yīng)調(diào)整焊接參數(shù)及焊縫形狀，盡量避免與腐蝕介質(zhì)接觸的過(guò)熱區(qū)再次受到敏化加熱，如圖4-6所示； 焊接過(guò)程中或焊后采用強(qiáng)制冷卻的方法，使焊縫快速冷卻；焊后矯正，采用冷矯方法進(jìn)行； 對(duì)腐蝕性能要求較高的焊件，必要時(shí)進(jìn)行焊后的穩(wěn)定化處理或固溶處理。

25、圖圖4-6 第二面焊縫的敏化區(qū)對(duì)刀蝕的影響第二面焊縫的敏化區(qū)對(duì)刀蝕的影響 a)敏化區(qū)與腐蝕介質(zhì)不接觸敏化區(qū)與腐蝕介質(zhì)不接觸 b)敏化區(qū)與腐蝕介質(zhì)接觸敏化區(qū)與腐蝕介質(zhì)接觸 20 三、應(yīng)力腐蝕開裂三、應(yīng)力腐蝕開裂(scc)(scc) 1. 1.應(yīng)力腐蝕開裂產(chǎn)生原因應(yīng)力腐蝕開裂產(chǎn)生原因 應(yīng)力腐蝕開裂是在拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)共同作用下而發(fā)生的一種破壞形式。 應(yīng)力腐蝕開裂引起的事故占整個(gè)腐蝕破壞事故的60以上。 奧氏體不銹鋼焊接接頭容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂，這是焊接奧氏體不銹鋼最不易解決的問(wèn)題之一，特別是在化工設(shè)備中，應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)。 2 2防止應(yīng)力腐蝕開裂的措施防止應(yīng)力腐蝕開裂的措施 1）合理地

26、設(shè)計(jì)焊接接頭，避免腐蝕介質(zhì)在焊接接頭部位聚集，降低或消除焊接接頭應(yīng)力集中。 2）消除或降低焊接接頭的殘余應(yīng)力。 3）正確選用材料 21 能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn)2 2 奧氏體不銹鋼的焊接工藝要點(diǎn)奧氏體不銹鋼的焊接工藝要點(diǎn) 焊前準(zhǔn)備焊前準(zhǔn)備（1 1）下料方法）下料方法機(jī)械切割、等離子弧切割及碳弧氣刨等方法進(jìn)行下料或坡口加工。（2 2）焊前清理）焊前清理 焊前應(yīng)將坡口及其兩側(cè)2030范圍內(nèi)的焊件表面清理干凈。（3 3）表面防護(hù)）表面防護(hù) 在搬運(yùn)、坡口制備、裝配及點(diǎn)焊過(guò)程中，應(yīng)注意避免損傷不銹鋼表面，以免使產(chǎn)品的耐蝕性能降低。 焊接方法焊接方法奧氏體不銹鋼可以采用所有的熔焊方法，如焊條電弧焊、鎢極氬弧焊

27、、熔化極氣體保護(hù)焊、埋弧焊、等離子弧焊等進(jìn)行焊接。22 焊接材料焊接材料對(duì)于工作在高溫條件下的奧氏體不銹鋼，填充材料選擇的原則是在無(wú)裂紋的前提下，保證焊縫金屬的熱強(qiáng)性與母材基本相同，這就要求其合金成分大致與母材成分匹配，同時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮焊縫金屬中鐵素體含量的控制。對(duì)在腐蝕介質(zhì)下工作的奧氏體不銹鋼，主要按腐蝕介質(zhì)和耐腐蝕性要求來(lái)選擇焊接材料，一般選用與母材成分相同或相近的焊接材料。 腐蝕性弱或僅為避免銹蝕污染的設(shè)備，可選用含ti或nb等穩(wěn)定化元素或超低碳焊接材料； 對(duì)于耐酸腐蝕性能較高的工件，常選用含mo的焊接材料。 焊接工藝要點(diǎn)焊接工藝要點(diǎn)根據(jù)奧氏體不銹鋼對(duì)抗裂性和耐蝕性的要求，焊接時(shí)要注意以下幾

28、點(diǎn)：（1 1）焊前不預(yù)熱）焊前不預(yù)熱（2 2）防止接頭過(guò)熱）防止接頭過(guò)熱 具體措施有：焊接電流比低碳鋼時(shí)小1020，短弧快速焊，直線運(yùn)條，減少起弧、收弧次數(shù)，盡量避免重復(fù)加熱，強(qiáng)制冷卻焊縫（加銅墊板、噴水冷卻等）。（3 3）要保證工件表面完好無(wú)損）要保證工件表面完好無(wú)損（4 4）焊后熱處理）焊后熱處理 焊后清理焊后清理不銹鋼焊后，焊縫必須進(jìn)行酸洗、鈍化處理。23 能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn)3 3 雙相不銹鋼的焊接性及焊接工藝要點(diǎn)雙相不銹鋼的焊接性及焊接工藝要點(diǎn) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的雙相不銹鋼牌號(hào)有00cr18ni5mo3si2、1cr21ni5ti和0cr26nimo2等三類。其化學(xué)成分見(jiàn)表4-，在石油化工

29、等工業(yè)設(shè)備中用于取代奧氏體不銹鋼。類型類型牌號(hào)牌號(hào)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%/%c ccrcrninimomosisimnmnn n其它其它c(diǎn)r18cr1800cr18ni5m00cr18ni5mo3si2o3si20.030.0318.018.019.519.54.54.55.55.52.52.53.03.01.31.32.2.0 01.01.02.2.0 00.10.10 0cr21cr211cr21ni5ti1cr21ni5ti0.090.090.140.1420.020.022.022.04.84.85.85.80.80.80.80.8ti(c%-ti(c%-0.00

30、.02)2)0.800.80cr25cr250cr26nimo20cr26nimo20.080.0823.023.028.028.03.03.06.06.01.01.03.03.01.01.01.51.5- -表表4 4三類雙相不銹鋼的化學(xué)成分三類雙相不銹鋼的化學(xué)成分24通過(guò)鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量的計(jì)算，再通過(guò)舍夫勒的不銹鋼組織圖（圖4-6），找出該類鋼所處位置即可判斷鐵素體相和奧氏體相含量。三類不銹鋼相比例（體積分?jǐn)?shù)）大致為：鐵素體相為4060，奧氏相為6040。這個(gè)相比例為雙相不銹鋼的理想比例，對(duì)提高耐應(yīng)力腐蝕能力極為有利。圖圖4-7 舍夫勒不銹鋼組織圖舍夫勒不銹鋼組織圖25 雙相不銹鋼具有良好的

31、焊接性雙相不銹鋼具有良好的焊接性 如果選用合適的焊接材料則不會(huì)發(fā)生焊接熱裂紋和冷裂紋； 焊接接頭的力學(xué)性能基本上能夠滿足焊接結(jié)構(gòu)的使用性能要求； 焊接接頭具有良好的耐應(yīng)力腐蝕能力，耐點(diǎn)蝕和縫蝕的能力也均優(yōu)于奧氏體不銹鋼，抗晶間腐蝕能力和奧氏體不銹鋼相當(dāng)。 但焊接接頭近縫區(qū)受到焊接熱循環(huán)的影響，其過(guò)熱區(qū)的鐵素體晶粒不可避免地會(huì)粗大，從而將降低該區(qū)域的耐蝕性。26 1 1r18r18型雙相不銹鋼的焊接型雙相不銹鋼的焊接具有較好的焊接性。但在焊接熱影響區(qū)中會(huì)出現(xiàn)單相鐵素體，對(duì)焊接接頭耐應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕和力學(xué)性能均有影響?？梢圆捎盟械娜酆阜椒?，如焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊、埋弧焊、等

32、離子弧焊等。其中最常用的是焊條電弧以焊和氬弧焊。焊條電弧焊適用于中、厚板的焊接，一般選用e309mo-16（a312）焊條。焊前不需要預(yù)熱、焊后也不進(jìn)行熱處理。工藝措施工藝措施：為減少和防止焊縫和熱影響區(qū)產(chǎn)生單相鐵素體組織，以及熱影響區(qū)的晶粒粗大。 （1）焊接時(shí)盡量選用小的熱輸入量； （2）采用窄焊縫多道焊，道間溫度小于100，施焊過(guò)程中焊條不允許作橫向擺動(dòng)； （3）接觸腐蝕介質(zhì)的焊縫要先焊，使最后一道焊縫移至非接觸介質(zhì)一面； （4）如果要求接觸介質(zhì)的焊縫必須最后施焊，則在此焊縫上加一道工藝焊縫，此工藝焊縫焊后必須除掉，目的也是給接觸介質(zhì)的焊縫進(jìn)行一次熱處理。27 2 2r21r21型雙相不銹

33、鋼的焊接型雙相不銹鋼的焊接具有良好焊接性焊接方法主要是焊條電弧焊和鎢極氬弧焊。 焊條電弧焊可選用e309和e309l型焊條；氬弧焊可選用h0cr20ni14mo3焊絲作為填充金屬。 施焊時(shí)，為了防止熱影響區(qū)晶粒粗大，盡量使用小的焊接熱輸入，其余工藝同r18型雙相不銹鋼的焊接。 3 3r25r25型雙相不銹鋼的焊接型雙相不銹鋼的焊接具有良好的焊接性，產(chǎn)生裂紋的傾向較小。焊接方法可選用焊條電弧焊和氬弧焊。 焊接材料可選用與母材金屬成分相同的填充金屬材料或鎳基焊絲；焊條可采用e310焊條和鎳基焊條。 焊接時(shí)，焊前不需要預(yù)熱，焊后不需要熱處理，但要選用小的焊接熱輸入。 焊后對(duì)焊接接頭進(jìn)行固溶處理（10

34、501080。28綜合知識(shí)模塊三綜合知識(shí)模塊三 鐵素體不銹鋼的焊接鐵素體不銹鋼的焊接 能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn)1 1 鐵素體不銹鋼的焊接性鐵素體不銹鋼的焊接性1 1鐵素體不銹鋼的類型和特性鐵素體不銹鋼的類型和特性 鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wcr =1230，其化學(xué)成分特點(diǎn)是低碳、高鉻。室溫下具有純鐵素體組織。鐵素體不銹鋼的耐蝕性好，主要用作耐硝酸、氨水腐蝕的不銹鋼，也可用于抗高溫氧化用鋼，但很難用作熱強(qiáng)鋼。鐵素體不銹鋼可分為三種類型：cr13型、cr17型和cr25cr28型。2 2鐵素體不銹鋼的焊接性特點(diǎn)鐵素體不銹鋼的焊接性特點(diǎn)鐵素體不銹鋼焊接時(shí)的主要問(wèn)題有： 鐵素體不銹鋼加熱冷卻過(guò)程中無(wú)同素異形轉(zhuǎn)變，焊

35、縫及haz晶粒長(zhǎng)大嚴(yán)重，易形成粗大鐵素體組織，如圖4-8所示，導(dǎo)致接頭韌性比母材更低；多層焊時(shí)，焊道間重復(fù)加熱，導(dǎo)致相析出和475脆性，進(jìn)一步增加接頭的脆化；對(duì)于耐蝕條件下使用的鐵素體不銹鋼，還要注意近縫區(qū)的晶間腐蝕傾向。圖圖4-9 鐵素體鉻鋼焊接接頭低倍組織鐵素體鉻鋼焊接接頭低倍組織29 （1 1）焊接接頭的晶間腐蝕）焊接接頭的晶間腐蝕 鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕傾向產(chǎn)生的原因與奧氏體不銹鋼基本相同，也是形成貧鉻層的結(jié)果。鐵素體不銹鋼的焊接接頭出現(xiàn)晶間腐蝕的位置在接頭熔合線附近（950以上），而且在快速冷卻的條件下才能發(fā)生。焊后若經(jīng)700850短時(shí)間加熱保溫并緩冷，可以恢復(fù)其耐晶間腐蝕的性能。

36、防止晶間腐蝕的措施：防止晶間腐蝕的措施：1）經(jīng)過(guò)700900加熱緩冷，鉻自晶粒內(nèi)擴(kuò)散到晶界，從而使貧鉻層消失，恢復(fù)其耐蝕性能。2）選用含有ti、nb等穩(wěn)定劑的焊接材料，可有效防止晶間腐蝕。3）降低母材中的碳和氮的總含量，晶間腐蝕傾向減小。 （2 2）焊接接頭的脆化）焊接接頭的脆化 鐵素體不銹鋼焊接接頭的脆化主要是由晶粒長(zhǎng)大、相脆性和475脆性造成的。475脆性是指鐵素體不銹鋼在wcr15.5，在溫度400500長(zhǎng)期加熱時(shí)，常出現(xiàn)強(qiáng)度升高而韌性下降的現(xiàn)象。防止焊接接頭脆化的措施：防止焊接接頭脆化的措施： 1）采用小的熱輸入即小電流、高焊速，禁止橫向擺動(dòng)，待前一道焊縫冷卻到預(yù)熱溫度后，再焊下一道焊

37、縫。 2）焊后750800退火,退火后快冷，防出現(xiàn)相和475脆化。 3）對(duì)超純鐵素體不銹鋼,主要是防止焊縫的污染，避免焊縫增c、n、o30 能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn)2 2 鐵素體不銹鋼的鐵素體不銹鋼的 焊接工藝要點(diǎn)焊接工藝要點(diǎn)（1）選擇合適的焊接材料（2)焊前預(yù)熱 預(yù)熱溫度為100200左右。（3）焊后熱處理 焊后對(duì)接頭區(qū)域進(jìn)行750800退火處理，需要注意的是退火后應(yīng)快速冷卻，以防止產(chǎn)生475脆性。（4）選擇合適的焊接方法 應(yīng)采用焊接熱輸入較小的焊接方法，如焊條電弧焊、鎢極氬弧焊等。31 能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn)3 3 典型鐵素體不銹鋼的焊接工藝要點(diǎn)典型鐵素體不銹鋼的焊接工藝要點(diǎn) 1 1普通鐵素體不

38、銹鋼的焊條電弧焊工藝普通鐵素體不銹鋼的焊條電弧焊工藝 在焊前準(zhǔn)備工作中,下料方法的選擇、焊前清理和表面保護(hù)與奧氏體不銹鋼的焊接工藝相同。填充金屬主要分為兩類：一類是同質(zhì)的鐵素體型焊條；另一類為異質(zhì)的奧氏體型（鎳基合金）焊條。 操作要點(diǎn)操作要點(diǎn)：（1）無(wú)論采用何種焊接方法，都應(yīng)采用小的熱輸入，選小直徑焊接材料；（2）采用窄焊縫技術(shù)和快焊接速度進(jìn)行多層多道焊。不允許擺動(dòng)施焊；（3）多層焊時(shí)，要嚴(yán)格控制道間溫度在150左右，不宜連續(xù)施焊；（4）采用強(qiáng)制冷卻焊縫的方法，以減小焊接接頭的高溫脆化和475脆性，同時(shí)還可以減少焊接接頭的熱影響區(qū)過(guò)熱。其方法是通氬氣冷卻、通水冷卻或加銅墊板冷卻。 2 2超高純

39、度鐵素體不銹鋼的焊接工藝超高純度鐵素體不銹鋼的焊接工藝焊接方法：氬弧焊、等離子弧焊和真空電子束焊。 工藝措施：工藝措施：（1）增加對(duì)熔池的保護(hù)，焊接時(shí)要采用提前送氬氣，滯后停氣的焊接設(shè)備；（2 ）提高氬氣純度，操作時(shí)，焊工不允許將焊絲末端離開保護(hù)區(qū)；（3）焊縫背面要通氬氣保護(hù)，最好采用通氬氣的水冷銅墊板，減少過(guò)熱，增加冷卻速度；盡量減小熱輸入，多層焊時(shí)要控制道間溫度低于100。32綜合知識(shí)模塊四綜合知識(shí)模塊四 馬氏體不銹鋼的焊接馬氏體不銹鋼的焊接 能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn)1 1 馬氏體不銹鋼的焊接性馬氏體不銹鋼的焊接性1 1馬氏體不銹鋼的類型和特性馬氏體不銹鋼的類型和特性室溫下具有馬氏體組織的鋼，

40、即馬氏體不銹鋼。它是可熱處理強(qiáng)化的高鉻鋼。具有較高的強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性、耐疲勞特性、耐熱性并具有一定的耐蝕能力。主要用來(lái)制造各種工具和機(jī)器零件，如熱機(jī)葉片等，而很少用于管道、容器等需要焊接的構(gòu)件。馬氏體不銹鋼既可作為不銹鋼，又可作為熱強(qiáng)鋼。 馬氏體不銹鋼可分為以下兩類：馬氏體不銹鋼可分為以下兩類：（1 1）普通）普通cr13cr13型馬氏體不銹鋼型馬氏體不銹鋼 主要有1cr13、2cr13、3cr13、4cr13等。這類鋼高溫下組織穩(wěn)定性差，但含鉻量較高，具有一定耐均勻腐蝕的能力，一般用作不銹鋼。（2 2）熱強(qiáng)馬氏體不銹鋼）熱強(qiáng)馬氏體不銹鋼 以馬氏體為基體的耐熱鋼，目前應(yīng)用最多的是cr9和

41、cr12系列馬氏體熱強(qiáng)鋼，如12cr-1mowv、9cr-1movnbn等。 馬氏體不銹鋼最大特點(diǎn)是高溫加熱后空冷就有很大的淬硬馬氏體不銹鋼最大特點(diǎn)是高溫加熱后空冷就有很大的淬硬傾向，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，能充分發(fā)揮這類鋼的性能特點(diǎn)。傾向，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，能充分發(fā)揮這類鋼的性能特點(diǎn)。33 2 2馬氏體不銹鋼的焊接性馬氏體不銹鋼的焊接性產(chǎn)生冷裂紋；焊接接頭的脆化；接頭haz也存在明顯的軟化問(wèn)題。為了避免冷裂紋及改善焊接接頭的力學(xué)性能，應(yīng)采取以下措施應(yīng)采取以下措施：1）焊前預(yù)熱在使用與母材同成分的焊接材料時(shí)，焊前需預(yù)熱。預(yù)熱溫度一般在200260。2）焊后開始回火的溫度 對(duì)于剛度較小的結(jié)構(gòu)，可以冷卻至室溫后再回火。 對(duì)于剛度較大的結(jié)構(gòu)，特別是含碳量較高時(shí)，需焊后冷至100150，保溫0.51h，然后加熱至回火溫度。3）焊后熱處理焊后熱處理包括回火和完全退火。34 能力知識(shí)點(diǎn)能力知識(shí)點(diǎn)2 2 馬氏體不銹鋼的馬氏體不銹鋼的 焊接工藝要點(diǎn)焊接工藝要點(diǎn) 1 1控制焊縫金屬的化學(xué)成分控制焊縫金屬的化學(xué)成分 焊縫金屬的化學(xué)成分主要取決于焊接材料。 焊接材料選擇有兩類方案： 一類是采用與母材化學(xué)成分基本相同的焊接材料； 另一類是采用奧氏體焊接材料。（當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)不能進(jìn)行預(yù)熱或不便于進(jìn)行熱處理時(shí)采用） 2 2焊前預(yù)熱和焊后熱處理焊前預(yù)熱和焊后熱處理 對(duì)于同質(zhì)焊縫，預(yù)熱是防止冷裂紋的重要措施。鋼的