焊接工程學(xué)(第五章)

第五章耐熱鋼和不銹鋼的焊接耐十熱十鋼十和十不十第一節(jié)銹十鋼十的十特十性十第一節(jié)耐熱鋼和不銹鋼的特性在高溫下具有一定的強(qiáng)度、抗氧化性和抗蝕性，常用于加熱爐、鍋爐、汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)等耐熱鋼不銹鋼在大氣或一定介質(zhì)中有較好的常溫力學(xué)性能和耐蝕性能與低合金鋼相比，耐熱鋼和不銹鋼中的合金元素尤其是Cr的含量較高（1%-30%），焊接較困難，易出現(xiàn)焊接裂紋第一節(jié)耐熱鋼和不銹鋼的特性一、耐熱鋼的分類(lèi)及特性按照耐熱鋼的特性熱穩(wěn)定鋼：高溫狀態(tài)下化學(xué)成分穩(wěn)定性好熱強(qiáng)鋼：高溫狀態(tài)下具有足夠的強(qiáng)度按照合金元素含量低合金耐熱鋼：WMe＜5%中合金耐熱鋼：WMe=5%-12%高合金耐熱鋼：WMe＞13%第一節(jié)耐熱鋼和不銹鋼的特性按正火后的組織P耐熱鋼M耐熱鋼F耐熱鋼A耐熱鋼第一節(jié)耐熱鋼和不銹鋼的特性耐熱鋼應(yīng)具有良好的高溫化學(xué)穩(wěn)定性和高溫力學(xué)性能高溫化學(xué)穩(wěn)定性高溫時(shí)能在材料表面形成一層堅(jiān)固的保護(hù)膜以防止氧化措施：加入抗氧化的合金元素如Cr、Al、Si等。Cr是耐熱鋼中主要的抗氧化性元素，當(dāng)含Cr量達(dá)到28%時(shí)，耐熱鋼可在1100℃的溫度下使用高溫力學(xué)性能由于高溫下原子的擴(kuò)散能力增強(qiáng)，晶界強(qiáng)度降低，使材料在遠(yuǎn)低于屈服強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致斷裂。故耐熱鋼在高溫下應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度第一節(jié)耐熱鋼和不銹鋼的特性耐熱鋼焊接接頭的要求高溫時(shí)的強(qiáng)度應(yīng)與母材相當(dāng)1234焊縫的物理性能如熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱率等應(yīng)與母材基本相同，否則易出現(xiàn)應(yīng)力導(dǎo)致接頭開(kāi)裂高溫和載荷作用下，接頭不應(yīng)出現(xiàn)性能與組織變化焊接接頭應(yīng)具有與母材基本相同的抗高溫氧化性能，即焊縫金屬的成分應(yīng)與母材基本一致第一節(jié)耐熱鋼和不銹鋼的特性

二、不銹鋼的分類(lèi)及特性按室溫下的基體組織分M不銹鋼F不銹鋼A不銹鋼F-A不銹鋼高Cr鋼高Cr-Ni鋼和Cr-Mn-N鋼第一節(jié)耐熱鋼和不銹鋼的特性不銹鋼中合金元素的作用擴(kuò)大γ區(qū)縮小γ區(qū)擴(kuò)大δ區(qū)奧氏體形成元素，如Ni、C、Mn等鐵素體形成元素，如Cr、Mo、Si、Nb

耐熱鋼中合金元素對(duì)γ區(qū)和δ區(qū)的影響可分別折合成鎳當(dāng)量Nieq和鉻當(dāng)量Creq，其對(duì)不銹鋼基體組織的影響可用舍夫勒?qǐng)D表示圖1舍夫勒?qǐng)DF—鐵素體；M—馬氏體；A—奧氏體第一節(jié)耐熱鋼和不銹鋼的特性第一節(jié)耐熱鋼和不銹鋼的特性若能使鋼獲得單相組織，也可提高耐蝕性主要加入的合金元素是Cr，可形成Fe-Cr固溶體，使電極電位顯著提高。鋼中Cr含量達(dá)到11.7%時(shí)，電極電位可由-0.56V增至0.2V不銹鋼被腐蝕時(shí)主要是電化學(xué)腐蝕，故應(yīng)通過(guò)加入合金元素以提高電極電位的方法來(lái)提高不銹鋼的耐蝕性能第一節(jié)耐熱鋼和不銹鋼的特性不銹鋼腐蝕形式表面腐蝕晶間腐蝕點(diǎn)腐蝕縫隙腐蝕應(yīng)力腐蝕危害最大沿晶界發(fā)生有選擇性的腐蝕晶間腐蝕時(shí)，晶粒間的結(jié)合力消失，強(qiáng)度大大下降甚至趨于零，但在材料外形上無(wú)變化，不易覺(jué)察，容易導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生突然破壞第一節(jié)耐熱鋼和不銹鋼的特性?shī)W氏體不銹鋼由于使用前經(jīng)過(guò)了固溶處理，鋼中的碳原子處于不穩(wěn)定的過(guò)飽和狀態(tài)，當(dāng)鋼加熱至500—800℃時(shí)，碳將向晶界擴(kuò)散，并與晶界附近的Cr形成Cr23C6，造成晶界貧Cr。當(dāng)晶界附近含Cr量降至鈍化的極限含量時(shí)，在腐蝕介質(zhì)的作用下，就會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕圖2奧氏體不銹鋼焊接接頭在HNO3中浸泡后出現(xiàn)的晶間腐蝕（白色相為Cr23C6）第一節(jié)耐熱鋼和不銹鋼的特性第一節(jié)耐熱鋼和不銹鋼的特性鐵素體不銹鋼經(jīng)過(guò)了800℃左右的保溫退火處理，此時(shí)Cr23C6充分析出。當(dāng)將鐵素體不銹鋼加熱到950℃以上時(shí)，Cr23C6將發(fā)生分解，碳將會(huì)固溶。若此時(shí)冷卻速度較快，固溶在鐵素體中的過(guò)飽和碳將優(yōu)先在晶界析出，造成晶界貧Cr，此時(shí)再次加熱到500-850℃時(shí)，晶界中多余的碳將向晶內(nèi)擴(kuò)散，使Cr23C6均勻分布，晶界的貧Cr消失，從而消除了晶界腐蝕傾向。第一節(jié)耐熱鋼和不銹鋼的特性1同類(lèi)組織狀態(tài)的鋼，物理性能基本相同；若合金元素含量越大，熱導(dǎo)率將越小，膨脹系數(shù)和電阻率將越大2不銹鋼和耐熱鋼的物理性能與低碳鋼相差較大。鐵素體鋼和馬氏體鋼的線膨脹系數(shù)與低碳鋼接近，而熱導(dǎo)率僅為碳鋼的一半3奧氏體鋼的線膨脹系數(shù)比低碳鋼大一半，而熱導(dǎo)率只有碳鋼的三分之一珠十光

十體十耐熱鋼十的焊接十

第二節(jié)第二節(jié)珠光體耐熱鋼的焊接珠光體耐熱鋼珠光體耐熱鋼供貨狀態(tài)一般為正火+回火，常用于石油化工及動(dòng)力設(shè)備等600℃以下的工作環(huán)境，其熱強(qiáng)性和抗氧化性好，并有一定的抗硫和耐氫腐蝕的能力以Cr、Mo為主要合金元素的低、中合金鋼鋼中的Cr含量一般為0.5-5%，Mo含量一般為0.5-1%，且隨著使用溫度的升高，常還需加入V、W、Nb、B等強(qiáng)化元素，但合金元素總量一般小于5%。當(dāng)合金含量較高時(shí)，鋼中常會(huì)出現(xiàn)貝氏體組織，稱(chēng)為貝氏體鋼Cr-Mo-V多元鋼第二節(jié)珠光體耐熱鋼的焊接一、珠光體耐熱鋼的分類(lèi)按含碳量分低碳珠光體耐熱鋼中碳珠光體耐熱鋼焊接最多按合金元素分Mo鋼Cr-Mo鋼一、珠光體耐熱鋼的分類(lèi)

1、Mo鋼含Mo量為0.5%，使用溫度小于450℃。超過(guò)450℃時(shí)，F(xiàn)e3C→3Fe+C，出現(xiàn)石墨化，降低鋼的強(qiáng)度2、Cr-Mo鋼在Mo鋼中加入一定量的Cr，Cr溶入Fe3C后可形成熱穩(wěn)定性極強(qiáng)的碳化物，阻止石墨化，可將鋼的使用溫度提高到550℃。12CrMo為常見(jiàn)牌號(hào)的Cr-Mo鋼3、Cr-Mo-V多元鋼為進(jìn)一步提高鋼的熱強(qiáng)性和高溫組織穩(wěn)定性，在鋼中加入V、Ti、B等元素可時(shí)效強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化，形成Cr-Mo-V多元鋼。12CrMoV、12Cr2MoWVTiB最為常見(jiàn)

珠光體耐熱鋼中含有較多的可顯著提高鋼的淬硬性的合金元素Cr、Mo，當(dāng)焊后冷卻速度較快時(shí)，易形成對(duì)冷裂紋十分敏感的馬氏體和上貝氏體。含Cr量越高，冷卻速度越快，焊接接頭的硬度就越高，越易產(chǎn)生冷裂紋二、珠光體耐熱鋼的焊接性

二、珠光體耐熱鋼的焊接性珠光體耐熱鋼在焊接過(guò)程中易出現(xiàn)冷裂紋、再熱裂紋和回火脆性1、冷裂紋圖312Cr2MoWVTiB鋼氬弧焊后焊接接頭過(guò)熱區(qū)出現(xiàn)的粗大馬氏體組織二、珠光體耐熱鋼的焊接性

珠光體耐熱鋼中含有強(qiáng)碳化物形成元素如V、Nb、Ti、Cr、Mo等，在消除應(yīng)力處理或長(zhǎng)時(shí)間高溫使用時(shí)，在晶粒粗大部位易出現(xiàn)再熱裂紋圖4珠光體耐熱鋼過(guò)熱粗大晶粒區(qū)出現(xiàn)的再熱裂紋2、再熱裂紋二、珠光體耐熱鋼的焊接性

圖5再熱裂紋與熱處理溫度之間的關(guān)系

500-700℃是再熱裂紋形成的敏感溫度區(qū)且易出現(xiàn)在殘余應(yīng)力較高的部位，如焊接接頭、未焊透等處當(dāng)這些部位在溫度升高過(guò)程中，將釋放殘余應(yīng)力，蠕變變形增大，就會(huì)出現(xiàn)裂紋二、珠光體耐熱鋼的焊接性

防止再熱裂紋的措施4、熱處理時(shí)，盡量避免在敏感溫度區(qū)間長(zhǎng)時(shí)間停留1、嚴(yán)格控制母材與焊材的合金成分，盡量降低V、Nb、Ti等合金元素的含量2、盡量選用高溫塑性優(yōu)于母材的焊接材料，焊后應(yīng)用砂輪將焊縫打磨圓滑，以降低接頭的殘余應(yīng)力與應(yīng)力集中3、盡量采用小熱輸入的焊接方法，以縮小焊接過(guò)熱區(qū)，細(xì)化晶粒二、珠光體耐熱鋼的焊接性

3、回火脆性Cr-Mo耐熱鋼在350-500℃溫度區(qū)間長(zhǎng)期使用時(shí)會(huì)發(fā)生劇烈脆變鋼中的雜質(zhì)元素如P、Sn在晶界偏析，削弱了晶間結(jié)合力產(chǎn)生原因焊接材料中的雜質(zhì)控制困難，故焊縫金屬回火脆性的敏感性大于母材必須控制焊縫金屬中的P、Si等雜質(zhì)含量，使P的含量小于0.015%二、珠光體耐熱鋼的焊接性

三、珠光體耐熱鋼的焊接工藝

三、珠光體耐熱鋼的焊接工藝珠光體耐熱鋼焊接時(shí)要防止裂紋產(chǎn)生焊接接頭應(yīng)具有良好的高溫性能1、焊接方法

a、埋弧焊b、焊條電弧焊c、鎢極氬弧焊優(yōu)點(diǎn)焊接效率高，尤其適用于大厚度珠光體耐熱鋼的焊接缺點(diǎn)操作受限制，不能在空間任何位置進(jìn)行焊接。焊接小直徑管和薄件時(shí)，效率低

a、埋弧焊三、珠光體耐熱鋼的焊接工藝

三、珠光體耐熱鋼的焊接工藝

b、焊條電弧焊優(yōu)點(diǎn)可全位置焊接，機(jī)動(dòng)靈活；常采用低氫型堿性藥皮焊條缺點(diǎn)滿足低氫的焊接條件比較困難，使焊接工藝復(fù)雜化三、珠光體耐熱鋼的焊接工藝

c、鎢極氬弧焊優(yōu)點(diǎn)焊縫中含氫量低，可獲得純度較高的焊縫金屬，常采用低硅焊絲進(jìn)行焊接缺點(diǎn)焊接效率低，對(duì)厚壁管道焊接時(shí)常用于打底，填充層則用其它方法焊接三、珠光體耐熱鋼的焊接工藝

2、焊接材料的選擇選擇珠光體耐熱鋼的焊接材料時(shí)，應(yīng)注意使焊縫金屬的合金成分、強(qiáng)度性能與母材要基本相當(dāng)。若成分相差較大，合金元素的擴(kuò)散將使接頭處的高溫性能不穩(wěn)定；若焊縫的強(qiáng)度選得太高，會(huì)使焊縫的塑性較差，易出現(xiàn)裂紋。故焊縫處的含碳量應(yīng)小于0.12%為防止焊接冷裂紋的產(chǎn)生，珠光體耐熱鋼在焊接前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，以降低冷卻速度三、珠光體耐熱鋼的焊接工藝

3、預(yù)熱局部預(yù)熱時(shí)，應(yīng)保證預(yù)熱寬度大于焊件壁厚的4倍，150mm以上珠光體耐熱鋼的預(yù)熱溫度范圍一般為80—150℃三、珠光體耐熱鋼的焊接工藝

4、焊后熱處理目的——消除殘余應(yīng)力，改善和穩(wěn)定組織，提高接頭的綜合力學(xué)性能珠光體耐熱鋼在焊接后一般應(yīng)進(jìn)行高溫回火處理，回火時(shí)應(yīng)盡量避免在回火脆性及應(yīng)力裂紋敏感溫度內(nèi)進(jìn)行，在危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)加熱速度要快對(duì)于某些合金含量較少的珠光體耐熱鋼，若其具有足夠的塑韌性，在焊接后也可以不進(jìn)行熱處理鐵十素十體十馬氏體十鋼的焊接十

第三節(jié)第三節(jié)鐵素體和馬氏體鋼的焊接按含Cr量的多少，鐵素體鋼分為三類(lèi)：Cr13型、Cr17型、Cr25-28型一、鐵素體鋼的焊接耐蝕性好，既可耐硝酸和氨水等的腐蝕用作不銹鋼，又可作為抗高溫氧化鋼鐵素體鋼含Cr量為12-30%的高合金鋼室溫組織為鐵素體除Cr外，鐵素體鋼還可根據(jù)需要加入少量Si、Al、Ti等合金元素鐵素體鋼的鑄態(tài)組織晶粒粗大，一般應(yīng)通過(guò)熱軋或鍛造等壓力加工使晶粒細(xì)化。為消除壓力加工產(chǎn)生的應(yīng)力并獲得均勻的組織，壓力加工后應(yīng)進(jìn)行900℃以下的淬火或退火處理Si、Al用于提高抗氧化性

Ti的作用是防止晶間腐蝕鐵素體鋼在900℃以上的溫度加熱時(shí)晶粒易長(zhǎng)大，含Cr量越高，長(zhǎng)大傾向越嚴(yán)重第三節(jié)鐵素體和馬氏體鋼的焊接475℃脆性：主要出現(xiàn)在含Cr量超過(guò)15%的鐵素體鋼中或出現(xiàn)在較多鐵素體相的鋼中。在475℃附近長(zhǎng)時(shí)間加熱并緩冷，就可導(dǎo)致在常溫或負(fù)溫時(shí)出現(xiàn)脆化現(xiàn)象鐵素體鋼焊接時(shí)的主要問(wèn)題焊縫金屬的晶粒長(zhǎng)大嚴(yán)重，易形成粗大的鐵素體組織，這種晶粒粗化不能通過(guò)熱處理解決，導(dǎo)致接頭韌性低于母材；多層焊時(shí)，焊道的重復(fù)加熱易導(dǎo)致θ′相的析出和475℃脆性鐵素體鋼焊接時(shí)宜采用焊條電弧焊、鎢極氬弧焊等低熱輸入量的焊接方法第三節(jié)鐵素體和馬氏體鋼的焊接

選擇合適的焊接材料：若選用與母材相近的鐵素體鉻鋼作填充材料，必須向焊縫中加少量變質(zhì)劑(如Nb)以細(xì)化焊縫組織，否則，焊縫金屬的鐵素體組織粗大，韌性差；若選用奧氏體鋼作焊接材料，焊縫塑性好，有利于改善接頭性能，但在某些腐蝕介質(zhì)中，耐蝕性可能低于同質(zhì)接頭

預(yù)熱：鐵素體鋼焊接前應(yīng)進(jìn)行150-230℃的預(yù)熱處理，以提高材料的韌性。Cr的含量越高，預(yù)熱溫度越高鐵素體鋼焊接時(shí)應(yīng)采取以下工藝措施第三節(jié)鐵素體和馬氏體鋼的焊接

正確的焊接操作：由于鐵素體鋼的過(guò)熱敏感性大，焊接時(shí)應(yīng)盡量減少接頭在高溫時(shí)的停留時(shí)間，最好采用小熱量輸入的鎢極氬弧焊快速焊接。當(dāng)前一道焊縫冷卻到預(yù)熱溫度后，再焊下一道焊縫

焊后熱處理：鐵素體鋼焊接后應(yīng)進(jìn)行750-800℃的退火處理，使Cr均勻化，恢復(fù)耐蝕性，并改善接頭塑性。退火后應(yīng)快冷，以防止出現(xiàn)θ′相和475℃脆性第三節(jié)鐵素體和馬氏體鋼的焊接

馬氏體鋼是在鐵素體鋼的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加C含量，減少Cr含量，以擴(kuò)大奧氏體區(qū)域，快速冷卻后，室溫下奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體組織的鋼二、馬氏體鋼的焊接馬氏體鋼具有較好的力學(xué)性能，其強(qiáng)度高、硬度高、耐磨性好、耐蝕性好，既可用于不銹鋼，又可作為熱強(qiáng)鋼第三節(jié)鐵素體和馬氏體鋼的焊接馬氏體鋼的分類(lèi)普通Cr13型馬氏體鋼1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等。該類(lèi)鋼的高溫組織穩(wěn)定性差，但有一定的耐腐蝕能力，一般作為不銹鋼熱強(qiáng)馬氏體鋼以馬氏體鋼為基的耐熱鋼。Cr9系和Cr12系馬氏體熱強(qiáng)鋼最為常見(jiàn)，如9Cr-1MoVNbN和12Cr-1MoWV。馬氏體耐熱鋼的熱強(qiáng)性好于珠光體耐熱鋼第三節(jié)鐵素體和馬氏體鋼的焊接

馬氏體鋼的導(dǎo)熱性差，焊接時(shí)易過(guò)熱，容易形成粗大的馬氏體組織。含碳量越高，焊縫組織中硬而脆的馬氏體的硬度越大，故易產(chǎn)生冷裂紋，其焊接性很差圖612Cr-1MoWV鋼的淬硬脆化冷裂紋第三節(jié)鐵素體和馬氏體鋼的焊接

焊接方法——由于馬氏體鋼具有比低合金珠光體鋼更高的淬硬傾向和冷裂紋敏感性，故必須嚴(yán)格保證其低氫焊接條件：使用低氫型堿性藥皮焊條和焊劑，最好采用無(wú)氫源的鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊

預(yù)熱——為防止冷裂紋的產(chǎn)生，馬氏體鋼在焊接前必須預(yù)熱。其預(yù)熱溫度一般為150-400℃，應(yīng)根據(jù)鋼的含碳量、焊件厚度、填充材料等由抗裂性實(shí)驗(yàn)確定馬氏體鋼的焊接工藝第三節(jié)鐵素體和馬氏體鋼的焊接

焊接材料——采用同質(zhì)焊接材料時(shí)，根據(jù)母材中Cr含量的不同，需對(duì)焊縫金屬中的含碳量進(jìn)行控制。當(dāng)WCr＜9%時(shí)，Wc=0.06-0.10%，碳量過(guò)低會(huì)降低高溫力學(xué)性能；當(dāng)WCr=12%時(shí)，Wc＞0.17%，以防止焊縫中出現(xiàn)鐵素體，降低韌性圖7不同含碳量對(duì)12Cr-1MoWV鋼焊縫顯微組織的影響左：Wc＜0.15%；右：Wc=0.19%第三節(jié)鐵素體和馬氏體鋼的焊接采用異質(zhì)（奧氏體鋼）焊接材料時(shí)，由于奧氏體焊縫金屬具有良好的塑性，有利于緩解接頭的殘余應(yīng)力，還可溶解大量的氫，故可降低冷裂紋的產(chǎn)生

奧氏體鋼與馬氏體鋼的膨脹系數(shù)相差較大，當(dāng)接頭高溫使用時(shí)，焊縫兩側(cè)易出現(xiàn)較高應(yīng)力，使接頭失效，故最好采用同質(zhì)焊材第三節(jié)鐵素體和馬氏體鋼的焊接

焊后熱處理——馬氏體鋼一般在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，焊后應(yīng)作高溫回火處理，以改善接頭組織，降低硬度，提高韌性和高溫性能圖89Cr-1MoVNbN鋼焊接接頭的硬度曲線第三節(jié)鐵素體和馬氏體鋼的焊接奧氏體十鋼十的十焊接十第四節(jié)第四節(jié)奧氏體鋼的焊接

奧氏體鋼是在鐵基合金中加入了Ni、Cr、Mn、N等元素進(jìn)行合金化，使馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度降至室溫以下，空冷后得到室溫組織為奧氏體的鋼

奧氏體鋼廣泛應(yīng)用于耐熱、耐蝕的環(huán)境條件第四節(jié)奧氏體鋼的焊接一、奧氏體鋼的特性?shī)W氏體不銹鋼是應(yīng)用最廣的不銹鋼，具有優(yōu)良的耐蝕性，亦稱(chēng)耐酸鋼，鋼中含高Cr、高Ni、低C或超低C18-8鋼（18%Cr+9%Ni）是應(yīng)用最廣的鉻鎳奧氏體不銹鋼繼續(xù)增加Cr、Ni含量使鋼的耐蝕性能繼續(xù)提高消除晶間腐蝕提高鋼的耐酸性及抗點(diǎn)蝕能力加入Mo、Cu等合金元素加入Ti、Nb等合金元素一、奧氏體鋼的特性

奧氏體耐熱鋼的基體組織為γ-Fe，由于γ-Fe晶型原子間的結(jié)合力大，F(xiàn)e及其它元素的擴(kuò)散系數(shù)小，再結(jié)晶溫度高（α-Fe為450-600℃，γ-Fe可達(dá)800℃），故奧氏體耐熱鋼的熱強(qiáng)性優(yōu)于以α-Fe為基的珠光體耐熱鋼和馬氏體耐熱鋼奧氏體鋼除了用于耐腐蝕的不銹鋼外，還可用于高溫下承受一定載荷的熱強(qiáng)鋼在奧氏體不銹鋼中適當(dāng)提高碳的含量，可進(jìn)一步穩(wěn)定γ相區(qū)，并時(shí)效析出碳化物強(qiáng)化相，提高其高溫強(qiáng)度

奧氏體耐熱鋼可分為三類(lèi)

固溶強(qiáng)化型（含Mo、W）

碳化物沉淀強(qiáng)化型（含V、B）

金屬間化合物沉淀強(qiáng)化型（含Ti、Al）一、奧氏體鋼的特性?shī)W氏體耐熱鋼常用于燃?xì)廨啓C(jī)葉片、轉(zhuǎn)盤(pán)、發(fā)動(dòng)機(jī)氣閥、高溫爐管等奧氏體鋼的缺點(diǎn)是室溫強(qiáng)度低，導(dǎo)熱性差，切削加工困難

奧氏體鋼的熱處理方法有固溶處理和穩(wěn)定化處理

一、奧氏體鋼的特性

固溶處理是把鋼加熱到1050-1150℃的單相奧氏體區(qū)，得到成分均勻的單相奧氏體組織，然后快冷，將高溫過(guò)飽和固溶體組織狀態(tài)保持到室溫固溶處理后，鋼的強(qiáng)度、硬度很低，但耐蝕性很好。將固溶處理后的奧氏體鋼再次加熱到400-800℃時(shí)，容易在晶界析出Cr23C6，使鋼對(duì)晶間腐蝕敏感，這一溫度范圍內(nèi)的加熱稱(chēng)為敏化處理。用固溶處理可消除敏化現(xiàn)象對(duì)晶界易腐蝕的鋼，常需進(jìn)行穩(wěn)定化處理。其穩(wěn)定化處理的加熱溫度高于Cr23C6的溶解溫度，但低于TiC、NbC的溶解溫度，一般為850-900℃，保溫2-4小時(shí)穩(wěn)定化處理為防止在晶界出現(xiàn)易腐蝕的Cr23C6，常在奧氏體鋼中加入穩(wěn)定劑Ti、Nb，使之分別與C形成穩(wěn)定的TiC、NbC一、奧氏體鋼的特性

二、奧氏體鋼的焊接性

二、奧氏體鋼的焊接性?shī)W氏體鋼的晶體結(jié)構(gòu)為面心立方，室溫下塑韌性好，焊接時(shí)冷裂紋傾向優(yōu)于鐵素體鋼和馬氏體鋼，不易產(chǎn)生冷裂紋奧氏體鋼焊接時(shí)，在焊縫及熱影響區(qū)易產(chǎn)生熱裂紋接頭易產(chǎn)生Cr23C6沉淀析出，降低耐熱性若接頭中的鐵素體含量較高，易出現(xiàn)475℃脆性或σ相脆化

σ相——一種硬而脆且無(wú)磁性的金屬間化合物σ相的硬度可高達(dá)HRC68以上，不但降低塑性和韌性，而且還增加晶間腐蝕的傾向是一種成分不定但主要成分為Fe-Cr的間隙相，一般在500-900℃長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)形成二、奧氏體鋼的焊接性

1、焊接熱裂紋

奧氏體鋼中的合金元素Ni易和雜質(zhì)元素P、S分別形成熔點(diǎn)為880℃和645℃的低熔點(diǎn)共晶，雜質(zhì)元素B、Si也易產(chǎn)生偏析，故焊縫在凝固過(guò)程中易出現(xiàn)熱裂紋圖9奧氏體鋼焊縫凝固裂紋二、奧氏體鋼的焊接性

奧氏體鋼焊縫易形成方向性很強(qiáng)的粗大柱狀晶組織，易于雜質(zhì)元素的偏析，也容易形成連續(xù)的晶間液膜，提高熱裂紋敏感性?shī)W氏體鋼的熱導(dǎo)率小，線膨脹系數(shù)大，在焊接時(shí)若加熱不均勻，易形成較大的拉應(yīng)力，導(dǎo)致熱裂紋的產(chǎn)生。因此，奧氏體鋼尤其是高Ni奧氏體鋼的焊接熱裂紋傾向要大大高于低碳鋼二、奧氏體鋼的焊接性

防止奧氏體鋼焊接熱裂紋的措施①?lài)?yán)格控制P、S等有害雜質(zhì)含量，尤其是Ni含量較高時(shí)②焊接時(shí)宜采用小熱輸入及小截面焊道，以盡量減少熔池的過(guò)熱，防止形成粗大的柱狀晶③調(diào)整焊縫的化學(xué)成分，使焊縫金屬中出現(xiàn)雙相組織。如：18-8鋼焊縫組織中若有少量δ鐵素體組織存在，可改善奧氏體焊縫柱狀晶的方向性，細(xì)化晶粒，阻止雜質(zhì)聚集，并溶解部分雜質(zhì)P、S，降低界面能，從而大大改善抗裂性能二、奧氏體鋼的焊接性

圖1018-8奧氏體鋼中δ相在奧氏體基體上的分布左：?jiǎn)蜗唳?；右：?δ二、奧氏體鋼的焊接性

2、接頭耐蝕性

奧氏體不銹鋼焊接后，晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂將使接頭的耐蝕性明顯下降

①晶間腐蝕：焊接后，在接頭處易出現(xiàn)焊縫晶間腐蝕、HAZ敏化區(qū)（HeatAffectedZone，600-1000℃）晶間腐蝕和熔合區(qū)附近的刀狀腐蝕二、奧氏體鋼的焊接性

圖11奧氏體不銹鋼焊接接頭可能發(fā)生晶間腐蝕的部位a-焊縫區(qū)b-HAZ敏化區(qū)c-熔合區(qū)二、奧氏體鋼的焊接性

a、焊縫和HAZ敏化區(qū)的晶間腐蝕：若焊接狀態(tài)下晶界處已有碳化物(Cr23C6)形成(如多層焊縫的重復(fù)加熱時(shí)，就容易沿晶界析出Cr23C6，由于晶界的貧鉻就易產(chǎn)生晶間腐蝕

若焊接狀態(tài)下晶界無(wú)貧鉻層，但對(duì)焊后接頭進(jìn)行加熱處理時(shí)，當(dāng)經(jīng)過(guò)600-1000℃的HAZ敏化區(qū)時(shí)，也易導(dǎo)致Cr23C6沿晶界析出，從而由于晶界貧鉻產(chǎn)生晶間腐蝕二、奧氏體鋼的焊接性

12344防止焊縫和HAZ敏化區(qū)晶間腐蝕的措施選用含Ti、Nb等穩(wěn)定劑的奧氏體焊接材料選用超低碳焊材（Wc≤0.03%)由于鐵素體相富鉻，Cr23C6優(yōu)先在鐵素體中形成，而不至于使奧氏體晶界貧鉻，故可采用焊縫有少量鐵素體組織的填充材料焊接時(shí)采用小熱輸入，快速冷卻二、奧氏體鋼的焊接性

b、刀狀腐蝕：簡(jiǎn)稱(chēng)刀蝕，是焊接接頭中特有的晶間腐蝕，只發(fā)生在含有Ti、Nb等穩(wěn)定劑的奧氏體鋼焊接接頭中。腐蝕部位沿熔合線發(fā)展，處于HAZ的過(guò)熱區(qū)，形狀如刀削切口圖121Cr18Ni9Ti鋼焊條電弧焊焊接接頭的刀狀腐蝕左：母材右：焊縫二、奧氏體鋼的焊接性

刀狀腐蝕是由于高溫過(guò)熱和中溫敏化使晶界Cr23C6沉淀析出造成貧鉻引起

在含有穩(wěn)定劑Ti、Nb的奧氏體鋼中，鋼中的大部分C將與之分別形成TiC、NbC，在高溫時(shí)，他們均將熔入固溶體中。在冷卻時(shí)，由于C的擴(kuò)散能力較強(qiáng)，溶解的C能迅速向晶界遷移，并聚集在晶界附近形成過(guò)飽和狀態(tài)，而Ti、Nb卻因擴(kuò)散能力弱而留在晶內(nèi)。當(dāng)對(duì)焊接接頭在敏化溫度區(qū)間再次加熱時(shí)，過(guò)飽和的C將在晶界與Cr形成Cr23C6，而Ti、Nb由于擴(kuò)散速度緩慢不能遷移到晶界與C結(jié)合，就失去了自身的穩(wěn)定化作用，使晶界貧鉻，在腐蝕介質(zhì)的作用下就會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕二、奧氏體鋼的焊接性

防止刀狀腐蝕的措施

A、降低母材含碳量—超低碳奧氏體不銹鋼焊接接頭不會(huì)產(chǎn)生刀蝕

B、采用小熱輸入焊接方式，減少過(guò)熱區(qū)在高溫停留的時(shí)間

C、盡量避免與腐蝕介質(zhì)接觸的過(guò)熱區(qū)再次受到敏化加熱二、奧氏體鋼的焊接性

②應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂奧氏體不銹鋼由于導(dǎo)熱性差，膨脹系數(shù)大，屈服強(qiáng)度低，焊接時(shí)易變形。若變形受到限制，易在接頭中殘留較大的焊接拉伸應(yīng)力，在特定腐蝕介質(zhì)的共同作用下，就會(huì)出現(xiàn)破裂。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是奧氏體不銹鋼經(jīng)常出現(xiàn)的腐蝕破壞形式應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂主要發(fā)生在焊縫表面，裂紋平行且與焊道方向幾乎垂直，從表面深入焊縫內(nèi)部二、奧氏體鋼的焊接性

圖13應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的形貌左：焊縫表面右：焊縫內(nèi)部二、奧氏體鋼的焊接性

防止應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的措施

A、焊接后加熱至850-900℃進(jìn)行消除應(yīng)力處理

B、采用表面拋光、噴丸和錘擊等機(jī)械方法，使焊接表面產(chǎn)生壓應(yīng)力

C、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，盡量采用對(duì)接接頭，避免十字交叉焊縫等，以減少應(yīng)力的產(chǎn)生二、奧氏體鋼的焊接性

3、焊接接頭脆化

奧氏體鋼由于含Cr