1、第十章 不銹鋼的焊接 主講老師：吳新華 本章講述要點(diǎn)： 慨述 不銹鋼的焊接性 不銹鋼的焊接工藝 奧氏體不銹鋼典型結(jié)構(gòu)的焊接工藝 異種鋼焊接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)合焊第一節(jié) 不銹鋼及耐熱鋼的分類及特性一、不銹鋼的基本定義一、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(wú)污染的大氣僅指在無(wú)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

2、耐蝕鋼和耐熱鋼，統(tǒng)稱為不銹鋼為不銹鋼Stainless SteelsStainless Steels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)備二、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 鉻鎳鉻鎳不

3、銹鋼不銹鋼 鉻鉻不銹鋼不銹鋼 指指CrCr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于的質(zhì)量分?jǐn)?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?jǐn)?shù)介于的質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于12%12%30%30%，NiNi的質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于的質(zhì)量分?jǐn)?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、1Cr18Mn6Ni5

4、N1Cr18Mn6Ni5N 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(qiáng)鋼強(qiáng)鋼 高高CrCr鋼（如鋼（如1Cr171Cr17、1Cr25Si21Cr25Si2） Cr-NiCr-Ni鋼如鋼如1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti、1

5、Cr16Ni25Mo61Cr16Ni25Mo6、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） 包括大氣環(huán)境下及有浸蝕性化學(xué)介質(zhì)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中使用的鋼，工作溫度一般不超過500，要求耐腐蝕，對(duì)強(qiáng)度要求不，要求耐腐蝕，對(duì)強(qiáng)度要求不高高。在高溫下具有抗氧化性能的鋼，它對(duì)在高溫下具有

6、抗氧化性能的鋼，它對(duì)高溫強(qiáng)度要求不高。工作溫度可高達(dá)高溫強(qiáng)度要求不高。工作溫度可高達(dá)9001100。在高溫下既要有抗氧化能力，又要具在高溫下既要有抗氧化能力，又要具有一定的高溫強(qiáng)度，工作溫度可高達(dá)有一定的高溫強(qiáng)度，工作溫度可高達(dá)600800。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 18-8:0Cr19Ni918-8:0Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti(18-8Ti) 1Cr18Ni9Ti(18-8Ti) 25-20:2Cr25Ni20Si225-20:2Cr25Ni20Si2、4Cr25Ni20 4Cr25Ni20

7、 25-35:0Cr21Ni3225-35:0Cr21Ni32、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 0Cr17Ni4Cu4Nb 0Cr17

8、Ni4Cu4Nb，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱17-4PH 17-4PH 0Cr17Ni7Al0Cr17Ni7Al，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱17-7PH17-7PH 按室溫組織分類按室溫組織分類GB/T 20878-2007 不銹鋼和耐熱鋼不銹鋼和耐熱鋼 牌號(hào)及化學(xué)成分牌號(hào)及化學(xué)成分1) A型不銹鋼：型不銹鋼：基體以面心立方晶體結(jié)構(gòu)的奧氏體組織為主，無(wú)磁性，主基體以面心立方晶體結(jié)構(gòu)的奧氏體組織為主，無(wú)磁性，主要通過冷加工使其強(qiáng)化（并可能導(dǎo)致一定的磁性）的不銹鋼。是在高鉻不要通過冷加工使其強(qiáng)化（并可能導(dǎo)致一定的磁性）的不銹鋼。是在高鉻不銹鋼中添加適當(dāng)?shù)逆嚕ㄦ嚨馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為銹鋼中添加適當(dāng)?shù)逆嚕ㄦ嚨馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%25%）而形成的具有

9、奧氏體）而形成的具有奧氏體組織的不銹鋼。它是應(yīng)用最廣的一類，以高組織的不銹鋼。它是應(yīng)用最廣的一類，以高Cr-Ni鋼最為典型。鋼最為典型。 （固溶態(tài)供貨），綜合性能最好（固溶態(tài)供貨），綜合性能最好18-8型：型：1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni825-20型：型：2Cr25Ni20Si2 4Cr25Ni2025-35型：型：4Cr25Ni35 4Cr25Ni35Nb2)F型不銹鋼：型不銹鋼：基體以體心立方晶體結(jié)構(gòu)的鐵素體組織為主，有磁性，一基體以體心立方晶體結(jié)構(gòu)的鐵素體組織為主，有磁性，一般不能通過熱處理硬化，但冷加工可使其輕微強(qiáng)化的不銹鋼。顯微組織為般不能通過熱處理硬化，但冷加工可使其輕微

10、強(qiáng)化的不銹鋼。顯微組織為鐵素體，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在鐵素體，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在11.5%32.0%范圍。主要用作耐熱鋼（抗氧化范圍。主要用作耐熱鋼（抗氧化鋼），也用作耐蝕鋼。鐵素體鋼以退火狀態(tài)供貨。鋼），也用作耐蝕鋼。鐵素體鋼以退火狀態(tài)供貨。常為耐蝕鋼常為耐蝕鋼:1Cr17、1Cr25Si2、000Cr30Mo2 按室溫組織分類按室溫組織分類3)M型不銹鋼：型不銹鋼：基體為馬氏體組織，有磁性，通過熱處理可調(diào)整其力學(xué)性基體為馬氏體組織，有磁性，通過熱處理可調(diào)整其力學(xué)性能的不銹鋼。這類鋼中鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為能的不銹鋼。這類鋼中鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.5%18.0%。 Cr13系列最為典系列最為典型型 ，如，如1Cr

11、13、2Cr13、3Cr13、4Cr13及及1Cr17Ni12，常用作不銹鋼。熱，常用作不銹鋼。熱處理對(duì)馬氏體鋼力學(xué)性能影響很大，須根據(jù)要求規(guī)定供貨狀態(tài)，或者是退處理對(duì)馬氏體鋼力學(xué)性能影響很大，須根據(jù)要求規(guī)定供貨狀態(tài)，或者是退火態(tài)，或者是淬火回火態(tài)。火態(tài)，或者是淬火回火態(tài)。 4) A-F（雙相）型不銹鋼：（雙相）型不銹鋼：基體兼有奧氏體和鐵素體兩相組織（其中較少基體兼有奧氏體和鐵素體兩相組織（其中較少相的含量一般大于相的含量一般大于15%），有磁性，可通過冷加工使其強(qiáng)化的不銹鋼。鋼），有磁性，可通過冷加工使其強(qiáng)化的不銹鋼。鋼中鐵素體中鐵素體占占6040，奧氏體，奧氏體占占4060，故常稱為雙相

12、不銹鋼。，故常稱為雙相不銹鋼。這類鋼具有極其優(yōu)異的抗腐蝕性能。這類鋼具有極其優(yōu)異的抗腐蝕性能。 （固溶態(tài)供貨），腐蝕性能最好（固溶態(tài)供貨），腐蝕性能最好 18-5型：型：00Cr18Ni5Mo3Si2；22-5型型:00Cr22Ni5Mo3N 25-5型：型：0Cr25Ni5Mo3N；5)沉淀硬化型不銹鋼：沉淀硬化型不銹鋼：基體為奧氏體或馬氏體組織，經(jīng)時(shí)效強(qiáng)化處理以形基體為奧氏體或馬氏體組織，經(jīng)時(shí)效強(qiáng)化處理以形成析出硬化相的高強(qiáng)鋼，主要用作高強(qiáng)度不銹鋼。成析出硬化相的高強(qiáng)鋼，主要用作高強(qiáng)度不銹鋼。 （時(shí)效處理態(tài)供貨）（時(shí)效處理態(tài)供貨）M，A+M 0Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)；0C

13、r17Ni7Al(17-7PH) 第二節(jié) 不銹鋼的特性1. 1. 不銹鋼的物理性能不銹鋼的物理性能 一般地說，合金元素含量越多，熱導(dǎo)率越小，而線膨脹系數(shù)和電阻率越大。馬氏體鋼和鐵素體鋼的約為低碳鋼的1/2，其與低碳鋼大體相當(dāng)。奧氏體鋼的約為低碳鋼的1/3，其則比低碳鋼大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。由于奧氏體不銹鋼這些特殊的物理性能，在焊接過程中會(huì)引起較大的焊接變形，特別是在異種金屬焊接時(shí)，由于這兩種材料的熱導(dǎo)率和線膨脹系數(shù)有很大差異，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。 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

14、現(xiàn)磁性；18-8型奧氏體鋼在退火狀態(tài)下雖無(wú)磁性，在冷作條件能顯示出強(qiáng)磁性。 2. 不銹鋼的成分及力學(xué)性能表表3-7 常用不銹鋼種的化學(xué)成分常用不銹鋼種的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)AISI牌號(hào)牌號(hào)GBCCrMoNi組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)17-4PH0Cr17Ni4Cu4Nb0.07max15.0-17.5-3.0-5.0PH4101Cr130.15 max11.5-13.5-Mart4301Cr170.12 max16.0-18.0-Ferr3040Cr18Ni90.08 max18.0-20.0-8.0-10.5Aus304L00Cr18Ni110.03 max18.0-20.0-8.0-1

15、2.0Aus3160Cr17Ni12Mo20.08 max16.0-18.02.0-3.010.0-14.0Aus316L00Cr17Ni14Mo20.03 max16.0-18.02.0-3.010.0-14.0Aus317L00Cr19Ni13Mo30.03 max18.0-20.03.0-4.011.0-15.0Aus904L00Cr20Ni25Mo40.02 max19.0-23.04.0-5.023.0-28.0Aus220500Cr22Ni5Mo30.03 max21.0-23.02.5-3.54.5-6.5Dup2205N00Cr22Ni5Mo3N0.03 max22.0-23.

16、03.0-3.54.5-6.5Dup 一般常用不銹鋼種退火后的最低力學(xué)性能一般常用不銹鋼種退火后的最低力學(xué)性能AISI牌號(hào)牌號(hào)GB屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度Mpa抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度Mpa伸長(zhǎng)率，伸長(zhǎng)率，%17-4PH0Cr17Ni4Cu4Nb11721310104101Cr13207448224301Cr17207448223040Cr18Ni920751740304L00Cr18Ni11172483403160Cr17Ni12Mo220751740316L00Cr17Ni14Mo217248340317L00Cr19Ni13Mo320751740904L00Cr20Ni25Mo4220490352205

17、00Cr22Ni5Mo3450620252205N00Cr22Ni5Mo3N450620253.3.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(qiáng)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，不銹鋼間或與異物接觸的表面間存在間隙時(shí)，縫隙中不銹鋼鈍化膜吸附Cl而被局部破壞的現(xiàn)象。點(diǎn)腐蝕（孔蝕或坑蝕）：點(diǎn)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

18、腐蝕介質(zhì)的金屬表面全部產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象 (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。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(shí)已無(wú)金屬的聲音，鋼質(zhì)變脆。晶間腐蝕多半與晶界層“貧鉻”現(xiàn)象有聯(lián)系。18-8奧氏體不銹鋼在450850加熱（敏化加熱）時(shí)，由于沿晶界沉淀出鉻的碳化物Cr23C6，致使晶界邊界層Cr低于12%，形成貧Cr區(qū)，在腐蝕介質(zhì)中即可沿晶粒邊界發(fā)生所謂晶間腐蝕(Inter-granular corrosion)?，F(xiàn)已證明，若鋼中含碳量低于其溶解度，C20%即可產(chǎn)生一般在500900長(zhǎng)時(shí)加熱有利于相的形成。多分布在晶界，降低韌性。475脆性：

19、脆性：主要出現(xiàn)在Cr15%的鐵素體鋼中。430480之間長(zhǎng)期加熱并緩冷，導(dǎo)致在常溫時(shí)或負(fù)溫時(shí)出現(xiàn)強(qiáng)度升高而韌性下降的現(xiàn)象。雜質(zhì)有促進(jìn)作用，高純度可抑制。易產(chǎn)生的在600-700保溫1h空冷可恢復(fù)。熱強(qiáng)性：熱強(qiáng)性：在高溫下長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)對(duì)斷裂的抗力（持久強(qiáng)度），或在高溫下長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)抗塑性變形的能力（蠕變抗力）。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(shí)又有足夠的強(qiáng)度即熱強(qiáng)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 第三節(jié) 奧氏體不銹鋼的焊接性一、奧氏體不銹鋼的類型一、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

20、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 1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti和和0Cr18Ni11Nb0Cr18Ni11Nb等等 主要牌號(hào)有主要牌號(hào)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(hào)有牌號(hào)有0Cr25Ni200Cr25Ni20等等

21、 奧氏體不銹鋼是不銹鋼中最重要的鋼種，生產(chǎn)量和使用量約占不銹鋼總產(chǎn)量及用量的70%，該類鋼是一種十分優(yōu)良的材料，有極好的抗腐蝕性和生物相容性，因而在化學(xué)工業(yè)、沿海、食品、生物醫(yī)學(xué)、石油化工等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。 奧氏體不銹鋼的類型 常用的奧氏體型不銹鋼根據(jù)其主要合金元素Cr、Ni的含量不同，可分為如下三類：(1) 18-8型奧氏體不銹鋼 是應(yīng)用最廣泛的一類奧氏體不銹鋼，也是奧氏體型不銹鋼的基本鋼種，其他奧氏體鋼的鋼號(hào)都是根據(jù)不同使用要求而衍生出來的。(2) 18-12Mo型奧氏體不銹鋼 這類鋼中鉬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為2%4%。由于Mo是縮小奧氏體相區(qū)的元素，為了固溶處理后得到單一的奧氏體相，在鋼中

22、Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要提高到10%以上 (3) 25-20型奧氏體不銹鋼 這類鋼鉻、鎳含量很高，具有很好的耐腐蝕性能和耐熱性能。 二、奧氏體二、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(diǎn)點(diǎn)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(diǎn)蝕奧氏體鋼焊接接頭有點(diǎn)蝕傾向，雙相鋼有時(shí)也會(huì)

23、有傾向，雙相鋼有時(shí)也會(huì)有點(diǎn)蝕產(chǎn)生。點(diǎn)蝕產(chǎn)生。 1奧氏體不銹鋼焊接接頭的耐蝕性?shī)W氏體不銹鋼焊接接頭的耐蝕性(1) 晶間腐蝕 奧氏體不銹鋼焊接接頭，在腐蝕介質(zhì)中工作一段時(shí)間可奧氏體不銹鋼焊接接頭，在腐蝕介質(zhì)中工作一段時(shí)間可能局部發(fā)生沿晶界的腐蝕，一般稱此腐蝕為晶間腐蝕。能局部發(fā)生沿晶界的腐蝕，一般稱此腐蝕為晶間腐蝕。 18-8鋼焊接接頭有三個(gè)部位能出現(xiàn)晶間腐蝕現(xiàn)象，如圖4-3所示。它發(fā)生的部位它發(fā)生的部位是在熱循環(huán)峰值溫度是在熱循環(huán)峰值溫度60060010001000的熱影響區(qū)，如圖的熱影響區(qū)，如圖3-10a3-10a所示；也有所示；也有的發(fā)生在焊縫金屬上，如圖的發(fā)生在焊縫金屬上，如圖3-10b3

24、-10b所示；另一種晶間腐蝕發(fā)生在焊縫所示；另一種晶間腐蝕發(fā)生在焊縫的熔合線輪廓外側(cè)很狹窄的范圍內(nèi)，像刃狀深入發(fā)展，故稱之刀狀腐的熔合線輪廓外側(cè)很狹窄的范圍內(nèi)，像刃狀深入發(fā)展，故稱之刀狀腐蝕，如圖蝕，如圖3-10c3-10c所示，它是晶間腐蝕的一種特殊形式。所示，它是晶間腐蝕的一種特殊形式。在同一個(gè)接頭并不能同時(shí)看到這三種晶間腐蝕的出現(xiàn)，這取決于鋼和焊縫的成分。出現(xiàn)敏化區(qū)腐蝕就不會(huì)有熔合區(qū)腐蝕。焊縫區(qū)的腐蝕主要決定于焊接材料。在正常情況下，現(xiàn)代技術(shù)水平可以保證焊縫區(qū)不會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。(a)(b)(c)a)在母材金屬上在母材金屬上 b)在焊縫上在焊縫上 c)熔合線刀狀腐蝕熔合線刀狀腐蝕圖圖3-1

25、0 焊接接頭的晶間腐蝕焊接接頭的晶間腐蝕 18-8鋼焊接接頭晶間腐蝕現(xiàn)象圖圖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) 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：一是通過焊接材料，使焊縫金屬或者成為超低碳情況，或者含有足夠的穩(wěn)定化元素Nb（因Ti不易過渡到焊縫中而不采用Ti），一般希望wNb8wC或wNb1；二是調(diào)整焊縫成分以獲得一定數(shù)量的鐵素體（）相。 焊縫區(qū)晶間腐蝕鈍化 敏華鈍化鈍化：由于金屬表面在腐蝕過程中生成的腐蝕產(chǎn)物（不銹鋼的腐蝕產(chǎn)：由

26、于金屬表面在腐蝕過程中生成的腐蝕產(chǎn)物（不銹鋼的腐蝕產(chǎn)物中主要含有物中主要含有Cr2O3）很致密且能牢固地附著于金屬表面，阻滯了腐）很致密且能牢固地附著于金屬表面，阻滯了腐蝕過程，出現(xiàn)了腐蝕速度降低的現(xiàn)象，叫鈍化，金屬在介質(zhì)中處于鈍蝕過程，出現(xiàn)了腐蝕速度降低的現(xiàn)象，叫鈍化，金屬在介質(zhì)中處于鈍化的狀態(tài)叫鈍態(tài)。依靠鈍化而耐蝕的耐蝕金屬如不銹鋼等叫可鈍化型化的狀態(tài)叫鈍態(tài)。依靠鈍化而耐蝕的耐蝕金屬如不銹鋼等叫可鈍化型金屬。金屬。敏化敏化：不銹鋼材在冶金和制造過程中經(jīng)受到熱成形、焊接、熱處理等：不銹鋼材在冶金和制造過程中經(jīng)受到熱成形、焊接、熱處理等溫度超過溫度超過300的熱作工藝，使得在晶界析出了碳化鉻、

27、氮化鉻、的熱作工藝，使得在晶界析出了碳化鉻、氮化鉻、相相和鉻與其他金屬間的化合物等高鉻相，同時(shí)在晶界高鉻相與晶粒鄰近和鉻與其他金屬間的化合物等高鉻相，同時(shí)在晶界高鉻相與晶粒鄰近的狹長(zhǎng)地區(qū)產(chǎn)生了貧鉻區(qū)，使不銹鋼產(chǎn)生與提高了晶間腐蝕敏感性，的狹長(zhǎng)地區(qū)產(chǎn)生了貧鉻區(qū)，使不銹鋼產(chǎn)生與提高了晶間腐蝕敏感性，不銹鋼的這種受熱過程叫敏化。不銹鋼的這種受熱過程叫敏化。固溶處理固溶處理固溶處理 (solution heat treatment) ：將不銹鋼加熱將不銹鋼加熱到適當(dāng)高溫，并保溫足夠時(shí)間，使可溶組分溶解進(jìn)到適當(dāng)高溫，并保溫足夠時(shí)間，使可溶組分溶解進(jìn)入基體中，通常以較快的速度冷卻，可以使基體中入基體中，通

28、常以較快的速度冷卻，可以使基體中析出的組分來不及析出，仍然過飽地固溶在基體中，析出的組分來不及析出，仍然過飽地固溶在基體中，這種熱處理叫這種熱處理叫固溶處理固溶處理。碳化鉻：碳化鉻：不銹鋼在300950溫度范圍內(nèi)可能在晶界析出碳化鉻。最重要的碳化鉻形式為(Cr、Fe)23C6或(Cr、Fe、Mo)23C6。其鉻含量常達(dá)90%以上，大大高于不銹鋼的平均鉻含量。晶界碳化鉻的析出是使晶界鄰近的晶粒邊緣產(chǎn)生貧鉻區(qū)的最重要的原因。碳化鉻的析出溫度范圍實(shí)際上就是使不銹鋼產(chǎn)生與提高晶間腐蝕敏感性的主要敏化溫度范圍。在10%草酸法檢驗(yàn)與沸騰65%硝酸法檢驗(yàn)時(shí)，碳化鉻可以被快速溶解。貧鉻區(qū)：不銹鋼在300以上的

29、熱過程中，晶粒邊界會(huì)析出碳化鉻、氮化鉻、相與其他金屬間化合物等鉻含量高于甚至大大高于不銹鋼平均鉻含量的高鉻相，致使晶界高鉻相與晶粒外緣相鄰接的狹長(zhǎng)區(qū)域的鉻含量大大下降，稱為貧鉻區(qū)。當(dāng)熱過程較短時(shí)，晶粒本體的鉻原子來不及充分向貧鉻區(qū)擴(kuò)散補(bǔ)充，溫度下降后，貧鉻區(qū)得以保持。在以后接觸到某些具有晶間腐蝕能力的介質(zhì)時(shí)，貧鉻區(qū)的溶解速度會(huì)大大超過晶粒本身。晶粒本身為鈍化腐蝕時(shí)，貧鉻區(qū)常常為活化腐蝕，因而會(huì)產(chǎn)生晶間會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。不銹鋼貧鉻區(qū)的存在是不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕敏感性的最重要的原因之一。 2）熱影響區(qū)敏化區(qū)晶間腐蝕 所謂熱影響區(qū)（HAZ）敏化區(qū)晶間腐蝕是指焊接熱影響區(qū)中加熱峰值溫度處于敏化加熱區(qū)間的部

30、位（故稱敏化區(qū)）所發(fā)生的晶間腐蝕。奧氏體不銹鋼長(zhǎng)期加熱而導(dǎo)致晶間腐蝕的敏化溫度區(qū)為450850。敏化的實(shí)質(zhì)是，當(dāng)處于該區(qū)的金屬晶粒內(nèi)部過飽和固溶的碳原子會(huì)逐步向晶粒邊界擴(kuò)散，與晶粒邊界的鉻原子結(jié)合而成碳化物(CrFe)23C6，并沿晶界沉淀析出。由于鉻原子的擴(kuò)散速率比碳小得多，來不及補(bǔ)充形成碳化物所消耗的鉻，使晶粒邊界的鉻含量低于耐蝕所需鉻的極限值（WCr12%)，于是導(dǎo)致晶粒邊緣貧鉻而喪失了耐腐蝕能力，在腐蝕介質(zhì)中工作一段時(shí)間后就會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。 0Cr18Ni9鋼熱影響區(qū)敏化區(qū)晶間腐蝕圖圖3-11 晶間腐蝕貧鉻理論示意圖晶間腐蝕貧鉻理論示意圖圖圖3-12 00Cr20Ni10-晶界上晶界上

31、Cr23C6沉淀項(xiàng)析出沉淀項(xiàng)析出 500 x2x00Cr20Ni10不銹鋼帶極埋弧堆焊后不銹鋼帶極埋弧堆焊后530保溫保溫50小時(shí)，發(fā)現(xiàn)小時(shí)，發(fā)現(xiàn)-晶界上有晶界上有Cr23C6沉淀，沉淀，如如圖圖3-12所示，照片中沿鐵素體周邊的黑點(diǎn)棒狀物，經(jīng)電子衍射所示，照片中沿鐵素體周邊的黑點(diǎn)棒狀物，經(jīng)電子衍射分析分析(XRD)證實(shí)是證實(shí)是Cr23C6。焊縫上的晶間腐蝕通常都只是在多道多層焊的情況。焊縫上的晶間腐蝕通常都只是在多道多層焊的情況下出現(xiàn)。前一焊道金屬受到后面焊道的熱影響而處于敏化溫度的區(qū)帶，可能出下出現(xiàn)。前一焊道金屬受到后面焊道的熱影響而處于敏化溫度的區(qū)帶，可能出現(xiàn)晶間貧鉻而不耐腐蝕，這就是目

32、前解釋現(xiàn)晶間貧鉻而不耐腐蝕，這就是目前解釋18-8型不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕的主型不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕的主要理論依據(jù)。要理論依據(jù)。3）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。腐蝕區(qū)寬度初期不超過35個(gè)晶粒，逐步擴(kuò)展到1.01.5mm。發(fā)生部位：發(fā)生部位：只發(fā)生在含Ti或Bb的18-8和18-8鋼的熔合區(qū)。在焊縫的在焊縫的焊趾?jiǎn)⒘押钢簡(jiǎn)⒘?沿著焊縫熔合線向板厚度方向深入，并慢慢地向母材金屬和焊縫金屬發(fā)展。沿著焊縫熔合線向板厚度方向深入，并慢慢地向母材金屬和焊縫金屬發(fā)展。實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)：與M23C6沉淀形成貧鉻層有關(guān)。必要條件：一般發(fā)生在焊后再次在敏化區(qū)

33、間加熱時(shí)，即必要條件：一般發(fā)生在焊后再次在敏化區(qū)間加熱時(shí)，即高溫過熱和中溫敏化的相繼作用。 圖4-7 刀狀腐蝕(2) 應(yīng)力腐蝕開裂（SCC） 1）腐蝕介質(zhì)的影響 應(yīng)力腐蝕的最大特點(diǎn)之一是腐蝕介質(zhì)與材料組合上的選擇性，在此特定組合之外不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。如在Cl的環(huán)境中，18-8不銹鋼的應(yīng)力腐蝕不僅與溶液中Cl離子有關(guān)，而且還與其溶液中氧含量有關(guān)。 Cl離子濃度很高、氧含量較少或Cl離子濃度較低、氧含量較高時(shí)，均不會(huì)引起應(yīng)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。應(yīng)力腐蝕開裂的拉應(yīng)力中，來源于焊接殘余應(yīng)力

34、的超過30%，焊接拉應(yīng)力越大，越易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。在含氯化物介質(zhì)中，引起奧氏體鋼SCC的臨界拉應(yīng)力th，接近奧氏體鋼的屈服點(diǎn)s，即ths。在高溫高壓水中，引起奧氏體鋼SCC的 th遠(yuǎn)小于s。而在H2SO6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(shí)可認(rèn)為th0。典型的應(yīng)力腐蝕裂紋如圖4-10所示。 為防止應(yīng)力腐蝕開裂，從根本上看，退火消除焊接殘余應(yīng)力最為重要。殘余應(yīng)力消除程度與“回火參數(shù)”LMP（Larson Miller Parameter）有關(guān)，即： LMP=T(lgt+20)10-3 （4-4） 式中 T加熱溫度（）； t保溫時(shí)間（h）。 LMP越大，殘余應(yīng)力消除程度越大。如1

35、8-8Nb鋼管，外徑為。消除125mm，壁厚25mm，焊態(tài)時(shí)的焊接殘余應(yīng)力R =120MPa應(yīng)力退火后，LMP18時(shí)才開始使R降低；當(dāng)LMP23時(shí)，R0。 0Cr17Ni12Mo2 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 10 10 應(yīng)指出，為消除應(yīng)力，加熱溫度T的作用效果遠(yuǎn)大于加熱保溫時(shí)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。對(duì)于焊縫金屬，選擇焊接材料具有重要意義。 綜上所述，引起應(yīng)力腐蝕開裂須具備三個(gè)條件：首先是金屬在該環(huán)境中具有應(yīng)力腐蝕開裂的傾向；其次是由這種材

36、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。 應(yīng)力腐蝕三個(gè)條件：三個(gè)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(3) 點(diǎn)蝕 奧氏體鋼焊接接頭有點(diǎn)蝕傾向，其實(shí)即使耐點(diǎn)蝕性優(yōu)異的雙相鋼有時(shí)也會(huì)有點(diǎn)蝕產(chǎn)生。點(diǎn)蝕指數(shù)PI越小的鋼，點(diǎn)蝕傾向越大。最容易產(chǎn)生點(diǎn)蝕的部位是焊縫中的不完全混合區(qū)，其化學(xué)成分與母材相同，但卻經(jīng)歷了熔化與凝固過程，應(yīng)屬焊縫的一部分。焊接材料選擇不當(dāng)時(shí)，焊縫中心部位也會(huì)有點(diǎn)蝕產(chǎn)生，其主要原因應(yīng)歸結(jié)為耐點(diǎn)蝕成分Cr與Mo的偏析。例如，奧氏體鋼Cr22Ni25Mo中Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%12%，在鎢極氬弧焊（TIG）時(shí)，枝晶晶界Mo量與其晶

37、軸Mo量之比（即偏析度）達(dá)1.6，Cr偏析度達(dá)1.25。因而晶軸負(fù)偏析部位易于產(chǎn)生點(diǎn)蝕。總之，TIG自熔焊接所形成的焊縫均易形成點(diǎn)蝕，甚至填送同質(zhì)焊絲時(shí)也是如此，仍不如母材。為提高耐點(diǎn)蝕性能：須減少Cr、Mo的析；一方面采用較母材更高Cr、Mo含量的所謂“超合金化”焊接材一方面料（Overalloyed Filler Metal）。提高Ni含量，晶軸中Cr、Mo的負(fù)偏析顯著減少。2熱裂紋 奧氏體鋼焊接時(shí)，在焊縫及近縫區(qū)都有產(chǎn)生裂紋的可能性，主要是熱裂紋。最常見的是焊縫凝固裂紋。HAZ近縫區(qū)的熱裂紋大多是所謂液化裂紋。在大厚度焊件中也有時(shí)見到焊道下裂紋 (1) 奧氏體鋼焊接熱裂紋的原因 與一般結(jié)

38、構(gòu)鋼相比較，Cr-Ni奧氏體鋼焊接時(shí)有較大熱裂傾向，主要與下列特點(diǎn)有關(guān)：1) 奧氏體鋼的熱導(dǎo)率小和線膨脹系數(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) 奧氏體鋼易于聯(lián)生結(jié)晶形成方向性強(qiáng)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，顯然易于促使產(chǎn)生凝固裂紋。圖圖3-8 00Cr20Ni10Nb 3-8 00Cr20Ni10Nb 奧氏體焊縫的結(jié)晶裂奧氏體焊縫的結(jié)晶裂紋紋圖圖3-9 含硼含硼304鋼鋼 HAZ晶界液化裂紋晶界液化裂紋 3) 奧氏體鋼及焊縫的合金組成較復(fù)雜，不僅S、P、Sn、Sb之類雜質(zhì)可

39、形成易溶液膜，一些合金元素因溶解度有限（如Si、Nb），也能形成易溶共晶，如硅化物共晶、鈮化物共晶。這樣，焊縫及近縫區(qū)都可能產(chǎn)生熱裂紋。(2) 凝固模式對(duì)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，這已為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。通常用室溫下焊縫中相數(shù)量來判斷熱裂傾向。如圖4-13所示，室溫鐵素體數(shù)量由0%增至100%，熱裂傾向與脆性溫度區(qū)間（BTR）大小完全對(duì)應(yīng)。 凝固裂紋產(chǎn)生于真實(shí)固相線之上的凝固過程后期，用室溫組織來考核凝固過程中的現(xiàn)象，總有缺憾，必須聯(lián)系凝固模式（結(jié)晶模式）來進(jìn)行考慮才更合理。圖4-14為Fe-Cr-Ni三元合金一個(gè)70%Fe的偽

40、二元相圖。圖中標(biāo)出的虛線合金，其室溫平衡組織為單相，實(shí)際冷卻得到的室溫組織可能含5%10%相。但凝固開始到結(jié)束都是單相相組織，只是在繼續(xù)冷卻時(shí)，由于發(fā)生相變，數(shù)量越來越少，在平衡條件下直至為零。 凝固模式對(duì)熱裂紋的影響 圖4-14 Fe-Cr-Ni三元合金一個(gè)70%Fe的偽二元相圖 凝固裂紋與凝固模式直接相關(guān)。所謂凝固模式，首先是指以何種初生相（或）開始結(jié)晶進(jìn)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：如圖4-14中合金，以相完成整個(gè)凝固過程，凝固模式以F表示；合金初生相為，但超過AB面后又依次發(fā)生包晶和共晶反應(yīng)，即L+L+，這種凝固模式以FA表示；合金的初生相為，超過AC面后

41、依次發(fā)生包晶和共晶反應(yīng)，即L+L+，這種凝固模式則以AF表示；合金的初生相為，直到凝固結(jié)束不再發(fā)生變化，因此用A表示這種凝固模式。 晶粒潤(rùn)濕理論指出，偏析液膜能夠潤(rùn)濕-、-界面，不能潤(rùn)濕-異相界面。以FA模式形成的鐵素體呈蠕蟲狀，防礙枝晶支脈發(fā)展，構(gòu)成理想的-界面，因而不會(huì)有熱裂傾向。凝固裂紋與凝固模式有直接關(guān)系。單純F或A 模式凝固時(shí)，只有-或-界面，所以會(huì)有熱裂傾向。以AF模式凝固時(shí)，由于是通過包晶/共晶反應(yīng)面形成+，這種共晶不足以構(gòu)成理想的-界面，所以仍然可以呈現(xiàn)液膜潤(rùn)濕現(xiàn)象，以至還會(huì)有一定的熱裂傾向。 圖4-17表明，影響熱裂傾向的關(guān)鍵是決定凝固模式的Creq/Nieq比值，而并非室溫

42、相數(shù)量。由此可知，18-8系列奧氏體鋼，因Creq/Nieq處于1.52.0之間，一般不會(huì)輕易發(fā)生熱裂；而25-20系列奧氏體鋼，因Creq/Nieq1.5，Ni含量越高，其比值越小，所以具有明顯的熱裂敏感性。圖 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(huì)輕易發(fā)生熱裂。而25-20系列奧氏體鋼，因Creq/Nieq1.5，Ni含量越高，其比值越小，所以具有明顯的熱裂敏感性。( (3) 3) 化學(xué)成分對(duì)熱裂紋的影響化學(xué)成分對(duì)熱裂紋的影響 調(diào)整成分歸根結(jié)底還是通過組織發(fā)生作調(diào)整成分歸根結(jié)底還是通過組織發(fā)生作用。對(duì)

43、于焊縫金屬，調(diào)整化學(xué)成分是控制焊縫性能（包括裂紋問題）用。對(duì)于焊縫金屬，調(diào)整化學(xué)成分是控制焊縫性能（包括裂紋問題）的重要手段。但如何進(jìn)行冶金化，還未能獲得完全有規(guī)律的認(rèn)識(shí)。因的重要手段。但如何進(jìn)行冶金化，還未能獲得完全有規(guī)律的認(rèn)識(shí)。因?yàn)?，任何鋼種都是一個(gè)復(fù)雜的合金系統(tǒng)，某一元素單獨(dú)作用和其他元為，任何鋼種都是一個(gè)復(fù)雜的合金系統(tǒng)，某一元素單獨(dú)作用和其他元素共存時(shí)發(fā)生的作用，往往不盡相同，甚至可能相反。素共存時(shí)發(fā)生的作用，往往不盡相同，甚至可能相反。 1 1）MnMn的影響的影響 在單相奧氏體鋼中在單相奧氏體鋼中MnMn的作用有利，但若同時(shí)存在的作用有利，但若同時(shí)存在CuCu時(shí)，時(shí)，MnMn與與C

44、uCu可以相互促進(jìn)偏析，晶界易于出現(xiàn)偏析液膜而增大熱裂傾可以相互促進(jìn)偏析，晶界易于出現(xiàn)偏析液膜而增大熱裂傾向。向。2 2）S S、P P的影響的影響 硫、磷在焊接奧氏體鋼時(shí)極易形成低熔點(diǎn)化合物，增硫、磷在焊接奧氏體鋼時(shí)極易形成低熔點(diǎn)化合物，增加焊接接頭的熱裂傾向。磷容易在焊縫中形成低熔點(diǎn)磷化物，增加熱加焊接接頭的熱裂傾向。磷容易在焊縫中形成低熔點(diǎn)磷化物，增加熱裂敏感性，而硫則容易在焊接熱影響區(qū)形成低熔點(diǎn)硫化物而增加熱裂裂敏感性，而硫則容易在焊接熱影響區(qū)形成低熔點(diǎn)硫化物而增加熱裂敏感性。在焊縫中，硫?qū)崃训拿舾行员攘兹酰@是因?yàn)樵诤缚p中硫敏感性。在焊縫中，硫?qū)崃训拿舾行员攘兹酰@是因?yàn)樵诤缚p中

45、硫能形成能形成MnSMnS，并且離散地分布在焊縫中。在熱影響區(qū)中，硫比磷對(duì)裂，并且離散地分布在焊縫中。在熱影響區(qū)中，硫比磷對(duì)裂紋敏感性更強(qiáng)，這是因?yàn)榱虮攘椎臄U(kuò)散速度快，更容易在晶界偏析。紋敏感性更強(qiáng)，這是因?yàn)榱虮攘椎臄U(kuò)散速度快，更容易在晶界偏析。焊縫中硫、磷的最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)限制在焊縫中硫、磷的最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)限制在0.015%0.015%以內(nèi)。以內(nèi)。 3）Si的影響 Si是鐵素體形成元素，焊縫中wSi4%之后，碳的活動(dòng)能力增加，形成碳化物或碳氮化合物，因此，為了提高抗晶間腐蝕能力，必須使焊縫中wC不超過0.02%。 Si在18-8鋼中有利于促使產(chǎn)生相，可提高抗裂性，可不必過分限制；但在25-20

46、鋼中，Si的偏析強(qiáng)烈，易引起熱裂。 4）鈮的影響 鈮可與磷、鉻及錳一起形成低熔點(diǎn)磷化物，而與硅、鉻和錳則可形成低熔點(diǎn)硫化物氧化物雜質(zhì)。鈮在晶粒邊界富集，可形成富鈮、鎳的低熔點(diǎn)相，其結(jié)晶溫度甚至低于1160。含鈮的低熔點(diǎn)相在鐵素體和奧氏體中的溶解度不同，從而對(duì)熱裂影響不同。5）鈦的影響 鈦也可以形成低熔點(diǎn)相，如在1340 時(shí)，焊縫中就可以形成鈦碳氮化物的低熔點(diǎn)相。含鈦低熔點(diǎn)相的形成對(duì)抗裂性的影響不如鈮的明顯，因?yàn)殁伵c氧有強(qiáng)的結(jié)和力，因此鈦通常不用于焊縫金屬的穩(wěn)定化，而是用于鋼的穩(wěn)定化。鈦主要是對(duì)母材及熱影響區(qū)的液化裂紋的形成有影響。6）碳的影響 碳對(duì)于熱裂敏感性的影響僅在一次結(jié)晶為奧氏體的單相奧

47、氏體化的焊縫金屬中，碳對(duì)熱裂敏感性的影響很復(fù)雜，還取決于合金成分。 7）硼的影響 硼是對(duì)抗熱裂性影響最壞的元素。高溫時(shí)硼在在奧氏體中的溶解度非常低，只有0.005%，硼與鐵、鎳都能形成低熔點(diǎn)共晶。因此，要限制焊縫中的硼含量。 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(wú)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(huì)引起熱裂。奧氏體鋼焊縫， 提高Ni含量時(shí)，熱裂傾向會(huì)增大；而提高Cr含量，對(duì)熱裂不發(fā)生明顯影響。在含Ni量低的奧氏體鋼加Cu時(shí)，焊縫熱裂傾向也會(huì)增大。凡促使出現(xiàn)A或AF凝固模式的元素，該元素必會(huì)增大焊縫的熱裂傾向。 (4) 焊

48、接工藝的影響 在合金成分一定的條件下，焊接工藝對(duì)是否會(huì)產(chǎn)生熱裂紋也有一定影響。 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。不過，為了減小焊接熱輸入，不應(yīng)過分增大焊接速度，而應(yīng)適當(dāng)降低焊接電流。增大焊接電流，焊接熱裂紋的產(chǎn)生傾向也隨之增大。過分提高焊接速度，焊接時(shí)反而更易產(chǎn)生熱裂紋。這是因?yàn)殡S著焊接速度增大，冷卻速度也要增大，于是增大了凝固過程的不平衡性，凝固模式將逐次變化為FAAFA，相當(dāng)于圖4-14中A點(diǎn)向右移動(dòng)，因此熱裂傾向增大。3. 析出現(xiàn)象 一些含鎳量不是特別高的奧氏體不銹鋼，為了提高焊縫抗熱裂性而設(shè)一些含鎳量

49、不是特別高的奧氏體不銹鋼，為了提高焊縫抗熱裂性而設(shè)計(jì)的體積分?jǐn)?shù)為計(jì)的體積分?jǐn)?shù)為3 35 5或更高的鐵素體組織的焊縫，在或更高的鐵素體組織的焊縫，在650650850850高溫持續(xù)服役的過程中會(huì)發(fā)生高溫持續(xù)服役的過程中會(huì)發(fā)生相的脆變。相的脆變。 在不銹鋼中，相通常只有在鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于16%時(shí)才會(huì)析出，由于鉻有很高的擴(kuò)散性，相在鐵素體中的析出比奧氏體中的快。的轉(zhuǎn)變速度與相的合金化程度有關(guān)，而不單是相的數(shù)量。凡鐵素體化元素均加強(qiáng)轉(zhuǎn)變，即被Cr、Mo等濃化了的相易于轉(zhuǎn)變析出相。 相是指一種脆硬而無(wú)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)。相的析出使材料的韌性降低，硬度增加。有時(shí)還增加了材料的

50、腐蝕敏感性。相的產(chǎn)生，是或是。 不同鋼號(hào)析出不同鋼號(hào)析出相的敏感溫度區(qū)不同。例如，相的敏感溫度區(qū)不同。例如，0Cr25Ni200Cr25Ni20奧氏體不銹奧氏體不銹鋼，在溫度低于鋼，在溫度低于800800時(shí)，時(shí)，相析出緩慢；當(dāng)溫度高于相析出緩慢；當(dāng)溫度高于900900時(shí)，時(shí)，相相就不會(huì)析出。對(duì)于就不會(huì)析出。對(duì)于18-818-8型不銹鋼當(dāng)溫度超過型不銹鋼當(dāng)溫度超過850850時(shí)，時(shí)，相就不會(huì)析相就不會(huì)析出。含鎳量很高的穩(wěn)定純奧氏體不銹鋼很少發(fā)生出。含鎳量很高的穩(wěn)定純奧氏體不銹鋼很少發(fā)生相的脆變或者說相的脆變或者說相脆化程度輕，可以長(zhǎng)時(shí)間工作。相脆化程度輕，可以長(zhǎng)時(shí)間工作。相相： 相為不銹鋼中常見

51、的金屬間化合物相，名義成分為相為不銹鋼中常見的金屬間化合物相，名義成分為FeCrFeCr，實(shí)際成分為實(shí)際成分為(FeNi)(FeNi)x x(CrMo)(CrMo)y y。在鐵素體相中較容易析出。在鐵素體相中較容易析出。相的鉻含相的鉻含量為量為42%42%50%50%，比不銹鋼的平均鉻含量高。屬高鉻相，因而，比不銹鋼的平均鉻含量高。屬高鉻相，因而相在晶相在晶界析出時(shí)也可使鄰近的晶粒邊緣產(chǎn)生貧鉻區(qū)。但界析出時(shí)也可使鄰近的晶粒邊緣產(chǎn)生貧鉻區(qū)。但相在晶界的析出對(duì)相在晶界的析出對(duì)晶間腐蝕敏感性的影響常更體現(xiàn)在晶間腐蝕敏感性的影響常更體現(xiàn)在相本身的快速溶解。對(duì)于晶間腐相本身的快速溶解。對(duì)于晶間腐蝕的作用

52、而言，一般將蝕的作用而言，一般將相分為兩類，一類為從含鉬不銹鋼中產(chǎn)生的相分為兩類，一類為從含鉬不銹鋼中產(chǎn)生的相，為金相可見的相，為金相可見的相；另一類為由含鈦的穩(wěn)定化不銹鋼中產(chǎn)生的相；另一類為由含鈦的穩(wěn)定化不銹鋼中產(chǎn)生的相，為金相不可見相，為金相不可見相。在沸騰相。在沸騰65%65%硝酸法這樣氧化性很強(qiáng)的溶液硝酸法這樣氧化性很強(qiáng)的溶液中，兩類中，兩類相可產(chǎn)生過鈍化的快速溶解。在沸騰的相可產(chǎn)生過鈍化的快速溶解。在沸騰的50%50%硫酸硫酸+ +硫酸鐵法硫酸鐵法檢驗(yàn)溶液中，介質(zhì)的氧化性稍弱，含鈦的穩(wěn)定化不銹鋼中產(chǎn)生的檢驗(yàn)溶液中，介質(zhì)的氧化性稍弱，含鈦的穩(wěn)定化不銹鋼中產(chǎn)生的相相可在其中快速溶解，而含

53、鉬不銹鋼鋼產(chǎn)生的可在其中快速溶解，而含鉬不銹鋼鋼產(chǎn)生的相不能在其中快速溶解。相不能在其中快速溶解。在沸騰的在沸騰的16%16%硫酸硫酸+ +硫酸銅（硫酸銅（+ +銅屑）法這樣弱氧化性的介質(zhì)中，銅屑）法這樣弱氧化性的介質(zhì)中， 相相不能產(chǎn)生快速溶解。不能產(chǎn)生快速溶解。 4低溫脆化為了滿足低溫韌性要求，有時(shí)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，表4-2即是一例。雖然單相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。其實(shí)“鑄態(tài)”焊縫中的相因形貌

54、不同，可以具有相異的韌性水平。、低溫脆化、低溫脆化 為滿足低溫韌性要求，為滿足低溫韌性要求，WM組織希望是單一組織希望是單一相，成為完全相，成為完全面心立方結(jié)構(gòu)，盡量避免出現(xiàn)面心立方結(jié)構(gòu)，盡量避免出現(xiàn)相。相。相的存在，總是惡化低溫相的存在，總是惡化低溫韌性。其實(shí)韌性。其實(shí)“鑄態(tài)鑄態(tài)”焊縫中的焊縫中的 相因形貌不同，可以具有相異相因形貌不同，可以具有相異的韌性水平。的韌性水平。 超低碳超低碳18-8鋼焊縫中通?？赡芤姷饺N形態(tài)的鋼焊縫中通?？赡芤姷饺N形態(tài)的相相:球狀、蠕蟲狀和花邊條狀球狀、蠕蟲狀和花邊條狀(Lacy Ferrite )，而以蠕蟲狀居多數(shù)。，而以蠕蟲狀居多數(shù)。恰恰是蠕蟲狀會(huì)造成脆

55、性斷口形貌，但蠕蟲狀對(duì)抗熱裂有利。恰恰是蠕蟲狀會(huì)造成脆性斷口形貌，但蠕蟲狀對(duì)抗熱裂有利。從低溫韌性的角度考慮，希望稍稍提高從低溫韌性的角度考慮，希望稍稍提高Cr含量含量(對(duì)于對(duì)于18-8鋼可將鋼可將Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到稍微超過的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到稍微超過20%)，以獲得少量花邊條狀，以獲得少量花邊條狀相，相，低溫韌性會(huì)得到改善，其值可達(dá)到常溫時(shí)數(shù)值的低溫韌性會(huì)得到改善，其值可達(dá)到常溫時(shí)數(shù)值的80%。在這種。在這種情況下，焊縫中有少量情況下，焊縫中有少量相是可以容許的。相是可以容許的。第四節(jié) 奧氏體不銹鋼的焊接工藝特點(diǎn)1.1.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(jiān)持應(yīng)堅(jiān)持“適用性原

56、則適用性原則” ” 根據(jù)所選各焊接材料的根據(jù)所選各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 2.2.焊接焊接工藝工

57、藝 要點(diǎn)要點(diǎn) 合理選擇焊接方法合理選擇焊接方法 控制焊接參數(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(jì)的合理性接頭設(shè)計(jì)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 (1) (1) 防止奧氏體不銹鋼焊接熱裂紋的措施防止奧氏體不銹鋼焊接熱裂紋的措施 1) 1) 冶金措施冶金措施 在焊縫金屬中增添一定數(shù)量的鐵素體組織，使焊縫成為奧氏體在焊縫金屬中增添一定數(shù)量的鐵素體組織，使焊縫成為奧氏體-鐵素體（鐵素體（5%5%）雙相組

58、織，能有效地防止焊縫熱裂紋的產(chǎn)生。當(dāng)不允許出現(xiàn)）雙相組織，能有效地防止焊縫熱裂紋的產(chǎn)生。當(dāng)不允許出現(xiàn)雙相組織時(shí)，進(jìn)行合理合金化，即適當(dāng)增加雙相組織時(shí)，進(jìn)行合理合金化，即適當(dāng)增加MnMn，C,NC,N 控制焊縫金屬中的鉻鎳比，對(duì)于控制焊縫金屬中的鉻鎳比，對(duì)于18-818-8型不銹鋼來說，當(dāng)焊接材料型不銹鋼來說，當(dāng)焊接材料的鉻鎳比小于的鉻鎳比小于1.611.61時(shí)，就易產(chǎn)生熱裂紋；而鉻鎳比達(dá)到時(shí)，就易產(chǎn)生熱裂紋；而鉻鎳比達(dá)到2.32.33.23.2時(shí)，就可時(shí)，就可以防止熱裂紋的產(chǎn)生。以防止熱裂紋的產(chǎn)生。 焊縫金屬中嚴(yán)格限制硼、硫、磷、硒等有害元素的含量，以防止焊縫金屬中嚴(yán)格限制硼、硫、磷、硒等有害

59、元素的含量，以防止熱裂紋的產(chǎn)生。對(duì)于不允許存在鐵素體的純奧氏體焊縫，可以加入適當(dāng)?shù)臒崃鸭y的產(chǎn)生。對(duì)于不允許存在鐵素體的純奧氏體焊縫，可以加入適當(dāng)?shù)腻i，少許的碳、氮，同時(shí)減少硅的含量。錳，少許的碳、氮，同時(shí)減少硅的含量。 3 奧氏體不銹鋼的焊接工藝要點(diǎn) 3 奧氏體不銹鋼的焊接工藝要點(diǎn) 2)2)工藝措施工藝措施 采用適當(dāng)?shù)暮附悠驴诨蚝附臃椒ǎ鼓覆慕饘僭诤缚p金屬中所采用適當(dāng)?shù)暮附悠驴诨蚝附臃椒?，使母材金屬在焊縫金屬中所占的分量減少占的分量減少( (即小的熔合比即小的熔合比) )。同時(shí)，在焊接材料中加入抗裂元素，。同時(shí)，在焊接材料中加入抗裂元素，控制有害雜質(zhì)硫、磷的含量，使焊接材料的化學(xué)成分優(yōu)于母材

60、金屬，控制有害雜質(zhì)硫、磷的含量，使焊接材料的化學(xué)成分優(yōu)于母材金屬，以防止熱裂紋的產(chǎn)生。以防止熱裂紋的產(chǎn)生。 盡量選用低氫型焊條和無(wú)氧焊劑。焊接參數(shù)應(yīng)選用小的熱輸入盡量選用低氫型焊條和無(wú)氧焊劑。焊接參數(shù)應(yīng)選用小的熱輸入( (即小電流快速焊即小電流快速焊) )。在多層焊時(shí)，要等前一層焊縫冷卻后再焊接次。在多層焊時(shí)，要等前一層焊縫冷卻后再焊接次一層焊縫，層間溫度不宜高，以避免焊縫過熱。施焊過程中焊條不一層焊縫，層間溫度不宜高，以避免焊縫過熱。施焊過程中焊條不允許擺動(dòng)，采用窄焊縫的操作技能。允許擺動(dòng)，采用窄焊縫的操作技能。選擇合理的焊接結(jié)構(gòu)、焊接接頭形式和焊接順序，盡量減少焊選擇合理的焊接結(jié)構(gòu)、焊接接