不銹鋼及其焊接工藝第一節(jié)不銹鋼的類型和性能第二節(jié)奧氏體不銹鋼的焊接

第三節(jié)鐵素體不銹鋼的焊接第四節(jié)馬氏體不銹鋼的焊接

綜合訓練不銹鋼是指能耐空氣、水、酸、堿、鹽及其溶液和其他腐蝕介質腐蝕的、具有高度化學穩(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備。不銹鋼中主加元素鉻的質量分數ｗCr＞12％，通常還含其他合金元素如Ni、Mn、Mo等。不銹鋼之所以具有耐腐蝕性是因為：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的堅固的氧化鈍化膜，使金屬與外界介質隔離而不發(fā)生化學作用；二是大部分金屬腐蝕屬于電化學腐蝕，鉻的加入可提高鋼基體的電極電位；三是Cr、Ni、Mn、N等元素的加入還會促使形成單相組織，阻止形成微電池，從而提高耐蝕性。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：一類是形成或穩(wěn)定奧氏體的元素：C、Ni、Mn、N和Cu等；另一類是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。第一節(jié)不銹鋼的類型和性能能力知識點1銹鋼的類型不銹鋼實際上是不銹鋼和耐（酸）蝕鋼的總稱。在空氣或弱介質中能抵抗侵蝕的鋼稱為不銹鋼；在某些強腐蝕介質中能抵抗侵蝕的鋼稱為耐蝕鋼。不銹鋼不一定能耐（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。1．鐵素體不銹鋼室溫組織為鐵素體鉻的質量分數ｗCr在11.5％～32.0％的范圍內。隨ｗCr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力腐蝕的能力。典型牌號有00Cr12、1Cr17、00Cr17Mo、00Cr30Mo2等主要用于制造硝酸化工設備的吸收塔、熱交換器、儲運和運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備。根據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系列。（1）普通純度鐵素體不銹鋼其碳的質量分數wc為0.1％左右，并含有少量的氮，其典型的牌號為1Cr17、1Cr17Mo等。與奧氏體不銹鋼相比，缺點是材質較脆，焊接性較差。其主要原因是其中碳和氮的總質量分數較高、在高溫加熱條件下造成鋼的脆性轉變溫度升高。（2）超高純度鐵素體不銹鋼通過真空或保護氣體精煉技術煉出超低碳和超低氮含量（C+N總的質量分數≤0.025％～0.035％）的超高純度鐵素體不銹鋼，其典型牌號有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，并得到了廣泛的應用。2．馬氏體不銹鋼室溫組織為馬氏體鉻的質量分數ｗCr在11.5％～18.0％范圍內，碳的質量分數ｗC最高可達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)定性及熱強性。主要用于力學性能要求較高、且在弱腐蝕介質中工作的零件和工具，也可作為溫度在700℃以下長期工作的耐熱鋼使用，如汽輪機的葉片、內燃機排氣閥和醫(yī)療器械等。這類鋼的焊接性較差，其典型牌號的鋼板有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的鎳（鎳的質量分數wNi為8％～25％）而形成的。奧氏體不銹鋼是以Cr18Ni9鐵基合金為基礎，在此基礎上隨著用途的不同，發(fā)展了六大系列奧氏體不銹鋼：1）在0Cr18Ni9的基礎上降低碳的質量分數，獲得00Cr19Ni10等超低碳不銹鋼，耐蝕性提高；在此基礎上加入Mo、Cu、Ti，獲得00Cr17Ni14Mo2、00Cr18Ni14Mo2Cu2Ti等，抗還原性酸的能力提高；2）在0Cr18Ni9的基礎上增加碳的質量分數，獲得1Cr18Ni9等，強度提高；3）在0Cr18Ni9基礎上加入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能力提高；5）在0Cr18Ni9基礎上加入Cr、Ni等元素，可獲得1Cr23Ni13、1Cr25Ni20等，耐熱性提高；6）在0Cr18Ni9基礎上用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中有良好的耐蝕性，是應用最廣泛的不銹鋼，其中以18-8型不銹鋼最具有代表性，它具有較好的力學性能，便于機加工、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；但對溶液中含有氯離子（Cl-）的介質特別敏感，易于發(fā)生應力腐蝕。18-8型不銹鋼按其化學成分中的碳的含量不同，可分為三個等級：一般含碳量（wc≤0.15%）、低碳級（wc≤0.08%）和超低碳級（wc≤0.03%）。如1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、00Cr18Ni9三種鋼材分別屬于上述三個等級。部分奧氏體不銹鋼可作為耐熱鋼使用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性能，且韌性比鐵素體不銹鋼好。同時，由于少量鐵素體的存在，還有利于奧氏體不銹鋼在焊接過程中防止熱裂紋的形成。當鐵素體的體積分數在30％～60％時，不銹鋼具有特殊的抗點蝕、抗應力腐蝕的性能，如00Cr18Ni5Mo3Si2、0Cr26Ni5Mo2等牌號，這類鋼的屈服點約為一般奧氏體不銹鋼的兩倍。廣泛應用于化肥廠和化工廠等設備裝置，其機械加工、冷沖壓和焊接性能良好，且具有較好的耐蝕性能。５．沉淀硬化不銹鋼沉淀硬化不銹鋼是在不銹鋼中單獨或復合添加硬化元素，通過適當熱處理獲得高強度、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、高強度結構件，如軸、齒輪、彈簧、閥等零件以及高強度壓力容器、化工處理設備和航空航天設備等。能力知識點2不銹鋼的性能1．不銹鋼的物理性能奧氏體不銹鋼的線膨脹系數比低碳鋼大將近50％，而熱導率僅為低碳鋼的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與低碳鋼相近，而熱導率僅為低碳鋼的1/2左右。由于奧氏體不銹鋼的特殊物理性能，在焊接過程中會引起較大的焊接變形，特別是在異種鋼焊接時，由于兩種材料的熱導率和線膨脹系數有很大差別，會產生很大的殘余應力，成為焊接接頭產生裂紋的主要原因之一。奧氏體不銹鋼通常是非磁性的，當冷加工硬化產生馬氏體相變時，將產生磁性，可用熱處理方法來消除馬氏體和磁性。2．不銹鋼的力學性能各類不銹鋼的力學性能見表2（教材205頁）奧氏體不銹鋼的綜合性能最好，既有足夠的強度，又有極好的塑性，同時硬度也不高。奧氏體不銹鋼同絕大多數的其它金屬材料相似，其抗拉強度、屈服點和硬度，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。馬氏體不銹鋼在退火狀態(tài)下，硬度最低；可通過淬火硬化；正常使用時回火狀態(tài)的硬度又稍有下降。鐵素體不銹鋼的特點是常溫塑性低。當在高溫長時間加熱時，可能導致475℃脆化，σ脆性相產生或晶粒粗大等，使力學性能進一步惡化。３．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）、點腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕和應力腐蝕破裂等五種。（1）均勻腐蝕均勻腐蝕是指接觸腐蝕介質的金屬表面全部產生腐蝕的現象。由于不銹鋼中鉻的質量分數在12.5％以上，在氧化性介質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生鈍化作用，同時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）晶間腐蝕晶間腐蝕是起源于金屬表面沿金屬晶界發(fā)生的有選擇的深入金屬內部的腐蝕。該種腐蝕是一種局部腐蝕，能夠導致晶粒間的結合力喪失，使材料強度幾乎消失。所以在所有的腐蝕形式中，晶間腐蝕的危害性最大，容易造成設備突然破壞，而在金屬外形上沒有任何變化。奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼均會產生晶間腐蝕。（3）點蝕點蝕是指在金屬表面產生的尺寸約小于1.0㎜的穿孔性或蝕坑性的宏觀腐蝕。主要是由材料表面鈍化膜的局部破壞所引起的，經試驗研究表明，材料的陽極電位值越高，抗點蝕能力越好。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蝕性能。（4）縫隙腐蝕縫隙腐蝕是金屬構件縫隙處發(fā)生的斑點狀或潰瘍形宏觀蝕坑，常發(fā)生在墊圈、鉚接、螺釘連接縫、搭接的焊接接頭等部位。主要是由介質的電化學不均勻性引起的。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。適當增加鉻、鉬含量可以改善抗縫隙腐蝕的能力。實際上只有采用鈦、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，改變介質成分和結構形式是防止縫隙腐蝕的重要措施。（5）應力腐蝕破裂應力腐蝕破裂是指在拉伸應力與電化學介質的共同作用下，因陽極溶解過程而引起的斷裂。其產生的條件如下：1）引起應力腐蝕破裂的介質條件應力腐蝕的最大特點之一是在腐蝕介質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生應力腐蝕。如奧氏體不銹鋼的應力腐蝕發(fā)生在在溶液中Cl-和含氧量共存并達到一定程度。對此種現象又常稱為氯脆。2）應力條件應力腐蝕破裂是在拉應力作用下才能產生，在壓應力的作用下不會產生。3）材料條件一般條件下純金屬不產生應力腐蝕，應力腐蝕均發(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力腐蝕的重要原因。第二節(jié)奧氏體不銹鋼的焊接

能力知識點1奧氏體不銹鋼的焊接性奧氏體不銹鋼焊接時存在的主要問題是：焊縫及熱影響區(qū)熱裂紋敏感性大；接頭產生碳化鉻沉淀析出，耐蝕性下降；接頭中鐵素體含量高時，可能出現475℃脆化或σ相脆化。一、焊接熱裂紋單相奧氏體不銹鋼鋼焊接時，具有較高的熱裂紋敏感性。在焊縫及近縫區(qū)都有可能出現熱裂紋，最常見的是焊縫凝固裂紋，也可能在HAZ或多層焊道間金屬出現液化裂紋。1．焊接接頭產生熱裂紋的原因奧氏體不銹鋼具有較大的熱裂紋敏感性，主要取決于其化學成分、組織與性能特點：1）化學成分奧氏體不銹鋼中的合金元素較多，尤其是含有一定數量的鎳，它易與硫、磷等雜質形成低熔點共晶，如Ni-S共晶熔點為645℃，Ni-P共晶熔點為880℃，比Fe-S、Fe-P共晶的熔點更低，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，這些低熔點共晶會促使熱裂紋的產生。2）組織奧氏體不銹鋼鋼焊縫易形成方向性強的粗大柱狀晶組織，有利于有害雜質元素的偏析，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）性能從奧氏體不銹鋼的物理性能看，它具有熱導率小、線膨脹系數大的特點，因而在焊接局部加熱和冷卻條件下，易產生較大的焊接殘余拉應力，進一步促進焊接熱裂紋的產生。綜上所述，奧氏體不銹鋼的焊接熱裂紋傾向比低碳鋼大得多，尤其是高鎳奧氏體不銹鋼。2．防止奧氏體不銹鋼產生熱裂紋的主要措施（1）冶金措施1）嚴格控制焊縫金屬中有害雜質元素的含量2）調整焊縫化學成分使焊縫金屬出現奧氏體－鐵素體雙相組織，能夠有效地防止焊縫熱裂紋的產生。如18-8鋼焊縫組織中有少量鐵素體（δ）相存在，則抗裂性能大大提高。這是因為δ相的存在打亂了奧氏體焊縫柱狀晶的方向性（如圖2所示）、細化了晶粒，低熔點的雜質被鐵素體分散和隔開，避免了低熔點雜質呈連續(xù)網狀分布，從而阻礙熱裂紋擴展和延伸；δ相能溶解較多的硫、磷等微量元素，使其在晶界上的數量大減少，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1δ相含量對焊接熱裂傾向的影響圖2δ相在奧氏體基體上的分布

a)單相γb)γ+δ3）控制焊縫金屬中的鉻鎳比對于18-8型不銹鋼來說，當焊接材料的鉻鎳比小于1.61時，就易產生熱裂紋；而鉻鎳比達到2.3～3.2時，就可以防止熱裂紋的產生。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化晶粒，也可以減少焊縫對熱裂紋的敏感性。上述冶金因素主要是通過選擇焊接材料來達到調整焊縫化學成分的目的。目前我國生產的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）工藝措施焊接時應盡量減小熔池過熱程度，以防止形成粗大的柱狀晶。為此焊接時宜采用小熱輸入及小截面的焊道，多層焊時，道間溫度不宜過高，以避免焊縫過熱；焊接過程中焊條不允許擺動，采用窄焊縫的操作技術。此外，液化裂紋主要出現在25-20型奧氏體不銹鋼的焊接接頭中。防止液化裂紋的產生，除了嚴格限制母材中的雜質含量，控制母材的晶粒度以外，在工藝上應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措施，以減少母材的過熱和避免近縫區(qū)晶粒的粗化。二、焊接接頭的晶間腐蝕有些奧氏體不銹鋼的焊接接頭，在腐蝕介質中工作一段時間后可能發(fā)生局部沿著晶粒邊界的腐蝕，一般稱此種腐蝕為晶間腐蝕。根據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)（600～1000℃）晶間腐蝕、熔合區(qū)附近的刀狀腐蝕。圖30Cr18Ni9不銹鋼晶間腐蝕圖4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)

1．晶間腐蝕（1）產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，都與敏化過程使晶界形成貧鉻層有關。焊縫產生晶間腐蝕可有兩種情況：一種是焊態(tài)下已有Cr23C6析出，如多層焊縫的重復加熱區(qū)域；另一種為接頭在焊態(tài)下無貧鉻層，焊后經過敏化溫度區(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600～1000℃，高于平衡條件下的敏化溫度。奧氏體不銹鋼在加熱到450～850℃時，對晶間腐蝕最敏感，此溫度區(qū)間稱敏化溫度區(qū)。因為當溫度低于450℃時，碳原子活動能力很弱，Cr23C6析出困難不會形成貧鉻層；而當溫度高于850℃時，晶粒內部的鉻獲得了足夠的動能，擴散到晶界，從而使已形成的貧鉻層消失；而在450～850℃溫度區(qū)間內，既有利于Cr23C6的析出，晶粒內部的鉻原子又不能擴散到晶界，最容易形成貧鉻層，對晶間腐蝕最敏感。如果在450～850℃溫度區(qū)間加熱足夠長的時間，晶內的鉻原子也可以擴散到晶界使貧鉻層消失。（2）防止焊接接頭產生晶間腐蝕的措施1）冶金措施①使焊縫金屬具有奧氏體-鐵素體雙相組織，其鐵素體的體積分數應在4％～12％范圍內。②在焊縫金屬中滲入比鉻更容易與碳結合的穩(wěn)定化元素，如鈦、鈮、鉭和鋯等。③超低碳有利于防止晶間腐蝕。2）工藝措施①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)間停留時間；②焊接參數應在保證焊縫質量的前提下，采用小的焊接電流、最快的焊接速度；③在操作上盡量采用窄焊縫，多道多層焊，焊條或焊絲不擺動；并注意每焊完一道焊縫后，要等焊接處冷卻至室溫再進行下一道焊縫的焊接。④強制焊接區(qū)的快速冷卻；⑤進行固溶處理或穩(wěn)定化處。2.刀狀腐蝕（1）刀狀腐蝕產生的原因刀狀腐蝕簡稱刀蝕，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的過熱區(qū)，由于區(qū)域很窄（電弧焊一般為1.0～1.5㎜），形狀有如刀削切口，故稱為刀狀腐蝕。高溫過熱和中溫敏化是導致焊接接頭過熱區(qū)產生刀蝕的重要條件。刀蝕產生的原因也與Cr23C6沉淀造成貧鉻層有關。。圖51Cr18Ni2Mo2Ti不銹鋼焊接接頭的刀狀腐蝕形貌（2）防止刀蝕的措施①降低母材的含碳量②采用合理的焊接工藝在保證焊縫質量的前題下，盡量選擇較小的熱輸入，以減小過熱區(qū)在高溫停留時間，并注意避免在焊接過程中產生“中溫敏化”的效果；雙面焊時，與腐蝕介質接觸的焊縫應盡量最后施焊，如不能實施，則應調整焊接參數及焊縫形狀，盡量避免與腐蝕介質接觸的過熱區(qū)再次受到敏化加熱，如圖6所示；焊接過程中或焊后采用強制冷卻的方法，使焊縫快速冷卻；焊后矯正，采用冷矯方法進行；對腐蝕性能要求較高的焊件，必要時進行焊后的穩(wěn)定化處理或固溶處理。圖6第二面焊縫的敏化區(qū)對刀蝕的影響

a)敏化區(qū)與腐蝕介質不接觸b)敏化區(qū)與腐蝕介質接觸三、應力腐蝕開裂(SCC)1.應力腐蝕開裂產生原因應力腐蝕開裂是在拉應力和特定腐蝕介質共同作用下而發(fā)生的一種破壞形式。應力腐蝕開裂引起的事故占整個腐蝕破壞事故的60％以上。奧氏體不銹鋼焊接接頭容易出現應力腐蝕開裂，這是焊接奧氏體不銹鋼最不易解決的問題之一，特別是在化工設備中，應力腐蝕開裂現象經常出現。2．防止應力腐蝕開裂的措施1）合理地設計焊接接頭，避免腐蝕介質在焊接接頭部位聚集，降低或消除焊接接頭應力集中。2）消除或降低焊接接頭的殘余應力。3）正確選用材料能力知識點2奧氏體不銹鋼的焊接工藝要點１．焊前準備（1）下料方法機械切割、等離子弧切割及碳弧氣刨等方法進行下料或坡口加工。（2）焊前清理焊前應將坡口及其兩側20～30㎜范圍內的焊件表面清理干凈。（3）表面防護在搬運、坡口制備、裝配及點焊過程中，應注意避免損傷不銹鋼表面，以免使產品的耐蝕性能降低。（4）自冷作硬化現象２．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、熔化極氣體保護焊、埋弧焊、等離子弧焊等進行焊接。３．焊接材料對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裂紋的前提下，保證焊縫金屬的熱強性與母材基本相同，這就要求其合金成分大致與母材成分匹配，同時應當考慮焊縫金屬中鐵素體含量的控制。對在腐蝕介質下工作的奧氏體不銹鋼，主要按腐蝕介質和耐腐蝕性要求來選擇焊接材料，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備，可選用含Ti或Nb等穩(wěn)定化元素或超低碳焊接材料；對于耐酸腐蝕性能較高的工件，常選用含Mo的焊接材料。４．焊接工藝要點根據奧氏體不銹鋼對抗裂性和耐蝕性的要求，焊接時要注意以下幾點：（1）焊前不預熱（2）防止接頭過熱具體措施有：焊接電流比低碳鋼時小10％～20％，短弧快速焊，直線運條，減少起弧、收弧次數，盡量避免重復加熱，強制冷卻焊縫（加銅墊板、噴水冷卻等）。（3）要保證工件表面完好無損（4）焊后熱處理５．焊后清理不銹鋼焊后，焊縫必須進行酸洗、鈍化處理。常用的酸洗方法有兩種：酸液酸洗和酸膏酸洗。鈍化在酸洗后進行，用鈍化液在部件表面揩一遍，然后用冷水沖洗，再用抹布仔細擦洗，最后用溫水沖洗干凈并干燥。經鈍化處理后的不銹鋼制品表面呈白色，具有較好的耐蝕性。能力知識點3雙相不銹鋼的焊接性及焊接工藝要點國家標準中的雙相不銹鋼牌號有00Cr18Ni5Mo3Si2、1Cr21Ni5Ti和0Cr26NiMo2等三類。其化學成分見表７，在石油化工等工業(yè)設備中用于取代奧氏體不銹鋼。

表７三類雙相不銹鋼的化學成分類型牌號化學成分（質量分數）/%CCrNiMoSiMnN其它Cr1800Cr18Ni5Mo3Si2≤0.0318.0～19.54.5～5.52.5～3.01.3～2.01.0～2.0≤0.10Cr211Cr21Ni5Ti≤0.09～0.1420.0～22.04.8～5.8－≤0.8≤0.8－Ti(C%-0.02)～0.80Cr250Cr26NiMo2≤0.0823.0～28.03.0～6.01.0～3.0≤1.0≤1.5-通過鉻當量和鎳當量的計算，再通過舍夫勒的不銹鋼組織圖（圖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（體積分數）大致為：鐵素體相為40～60，奧氏相為60～40。這個相比例為雙相不銹鋼的理想比例，對提高耐應力腐蝕能力極為有利。圖6舍夫勒不銹鋼組織圖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發(fā)生焊接熱裂紋和冷裂紋；焊接接頭的力學性能基本上能夠滿足焊接結構的使用性能要求；焊接接頭具有良好的耐應力腐蝕能力，耐點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。但焊接接頭近縫區(qū)受到焊接熱循環(huán)的影響，其過熱區(qū)的鐵素體晶粒不可避免地會粗大，從而將降低該區(qū)域的耐蝕性。1．Ｃr18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)中會出現單相鐵素體，對焊接接頭耐應力腐蝕、晶間腐蝕和力學性能均有影響?？梢圆捎盟械娜酆阜椒?，如焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊、埋弧焊、等離子弧焊等。其中最常用的是焊條電弧焊和氬弧焊。焊條電弧焊適用于中、厚板的焊接，一般選用E309Mo-16（A312）焊條。焊前不需要預熱、焊后也不進行熱處理。工藝措施：為減少和防止焊縫和熱影響區(qū)產生單相鐵素體組織，以及熱影響區(qū)的晶粒粗大。（1）焊接時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℃，施焊過程中焊條不允許作橫向擺動；（3）接觸腐蝕介質的焊縫要先焊，使最后一道焊縫移至非接觸介質一面；（4）如果要求接觸介質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的焊縫進行一次熱處理。2．Ｃr21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，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Ｃr18型雙相不銹鋼的焊接。3．Ｃr25型雙相不銹鋼的焊接具有良好的焊接性，產生裂紋的傾向較小。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，焊前不需要預熱，焊后不需要熱處理，但要選用小的焊接熱輸入。焊后對焊接接頭進行固溶處理（1050~1080℃。第三節(jié)鐵素體不銹鋼的焊接能力知識點1鐵素體不銹鋼的焊接性1．鐵素體不銹鋼的類型和特性鉻的質量分數為wCr=12％～30％，其化學成分特點是低碳、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，但很難用作熱強鋼。鐵素體不銹鋼可分為三種類型：Cr13型、Cr17型和Cr25～Cr28型。2．鐵素體不銹鋼的焊接性特點鐵素體不銹鋼焊接時的主要問題有：鐵素體不銹鋼加熱冷卻過程中無同素異形轉變，焊縫及HAZ晶粒長大嚴重，易形成粗大鐵素體組織，如圖8所示，導致接頭韌性比母材更低；多層焊時，焊道間重復加熱，導致σ相析出和475℃脆性，進一步增加接頭的脆化；對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8鐵素體鉻鋼焊接接頭低倍組織（1）焊接接頭的晶間腐蝕鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕傾向產生的原因與奧氏體不銹鋼基本相同，也是形成貧鉻層的結果。鐵素體不銹鋼的焊接接頭出現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700～850℃短時間加熱保溫并緩冷，可以恢復其耐晶間腐蝕的性能。防止晶間腐蝕的措施：1）經過700～900℃加熱緩冷，鉻自晶粒內擴散到晶界，從而使貧鉻層消失，恢復其耐蝕性能。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）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大、σ相脆性和475℃脆性造成的。σ相脆性是指不論母材還是焊縫金屬在鉻的質量分數wCr>21%時，如果在520～820℃之間長期加熱，會形成硬而脆的鐵鉻金屬間化合物，使材料的脆性增大。475℃脆性是指鐵素體不銹鋼在wCr≥15.5％，并在溫度400～500℃長期加熱時，常常出現強度升高而韌性下降的現象。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，待前一道焊縫冷卻到預熱溫度后，再焊下一道焊縫。2）焊后進行750～800℃退火處理退火后應快冷，防止出現σ相和475℃脆化。3）對超純鐵素體不銹鋼主要是防止焊縫的污染，以避免焊縫增加C、N、O的水平。能力知識點2鐵素體不銹鋼的焊接工藝要點（1）選擇合適的焊接材料(2)焊前預熱預熱溫度為100～200℃左右。(3）焊后熱處理

焊后對接頭區(qū)域進行750～800℃退火處理，需要注意的是退火后應快速冷卻，以防止產生475℃脆性。（4）選擇合適的焊接方法應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。能力知識點3典型鐵素體不銹鋼的焊接工藝要點1．普通鐵素體不銹鋼的焊條電弧焊工藝在焊前準備工作中,下料方法的選擇、焊前清理和表面保護與奧氏體不銹鋼的焊接工藝相同。填充金屬主要分為兩類：一類是同質的鐵素體型焊條；另一類為異質的奧氏體型（鎳基合金）焊條。操作要點：（1）無論采用何種焊接方法，都應采用小的熱輸入，選用小直徑的焊接材料；（2）采用窄焊縫技術和快的焊接速度進行多層多道焊。焊接時，不允許擺動施焊；（3）多層焊時，要嚴格控制道間溫度在150℃左右，不宜連續(xù)施焊；（4）采用強制冷卻焊縫的方法，以減小焊接接頭的高溫脆化和475℃脆性，同時還可以減少焊接接頭的熱影響區(qū)過熱。其方法是通氬氣冷卻、通水冷卻或加銅墊板冷卻。2．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：（1）增加對熔池的保護；（2）焊接時要采用提前送氬氣，滯后停氣的焊接設備；（3）提高氬氣的純度，用高純度氬氣進行施焊；（4）操作時，焊工不允許將焊絲末端離開保護區(qū)；（5）焊縫背面要通氬氣保護，最好采用通氬氣的水冷銅墊板，減少過熱，增加冷卻速度；（6）盡量減小熱輸入，多層焊時要控制道間溫度低于100℃。綜合知識模塊四馬氏體不銹鋼的焊接

能力知識點1馬氏體不銹鋼的焊接性1．馬氏體不銹鋼的類型和特性室溫下具有馬氏體組織的鋼，即馬氏體不銹鋼。它是可熱處理強化的高鉻鋼。具有較高的強度、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。主要用來制造各種工具和機器零件，如熱機葉片等，而很少用于管道、容器等需要焊接的構件。馬氏體不銹鋼既可作為不銹鋼，又可作為熱強鋼。馬氏體不銹鋼可分為以下兩類：（1）普通Cr13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）熱強馬氏體不銹鋼以馬氏體為基體的耐熱鋼，目前應用最多的是Cr9和Cr12系列馬氏體熱強鋼，如12Cr-1MoWV、9Cr-1MoVNbN等。馬氏體不銹鋼最大特點是高溫加熱后空冷就有很大的淬硬傾向，經調質處理后，能充分發(fā)揮這類鋼的性能特點。2．馬氏體不銹鋼的焊接性產生冷裂紋；焊接接頭的脆化；接頭HAZ也存在明顯的軟化問題。為了避免冷裂紋及改善焊接接頭的力學性能，應采取以下措施：1）焊前預熱在使用與母材同成分的焊接材料時，焊前需預熱。預熱溫度一般在200～260℃。2）焊后開始回火的溫度對于剛度較小的結構，可以冷卻至室溫后再回火。對于剛度較大的結構，特別是含碳量較高時，需焊后冷至100～150℃，保溫0.5～1h，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。能力知識點2馬氏體不銹鋼的焊接工藝要點1．控制焊縫金屬的化學成分焊縫金屬的化學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。（當焊接結構不能進行預熱或不便于進行熱處理時采用）2．焊前預熱和焊后熱處理對于同質焊縫，預熱是防止冷裂紋的重要措施。鋼的淬硬性越大，焊接接頭的拘束度越大，則預熱溫度就選擇高一些，一般為150~400℃。多層焊時仍要保持道間溫度不低于預熱溫度，焊后還要進行熱處理。表11為馬氏體不銹鋼焊前預熱溫度、母材中碳的質量分數、熱輸入及焊后熱處理的相互關系。表11馬氏體不銹鋼推薦使用的預熱、熱輸入及焊后熱處理ωC（%）預熱溫度/℃熱輸入焊后熱處理≤0.10≤200任選>0.10～0.20200～250一般任選緩冷冷卻>0.20～0.50250～320必須焊后熱處理>0.50250～320大必須焊后熱處理3．焊接方法馬氏體不銹鋼與低合金結構鋼相比，具有更高的淬硬傾向，對焊接冷裂紋更為敏感。必須嚴格保證低氫、甚至超低氫的焊接條件：采用焊條電弧焊時，要使用低氫堿性藥皮的焊條；對于拘束度大的接頭，最好采用氬弧焊。綜合訓練一、填空題：1．鋼中鉻的質量分數大于

的鋼稱為不銹鋼。2．奧氏體不銹鋼進行穩(wěn)定化處理的加熱溫度

℃。3．奧氏體不銹鋼產生晶間腐蝕危險溫度是

℃。4．475℃脆化可經

消除。5．當奧氏體不銹鋼形成

雙相組織時，體積分數控制在

范圍內，其抗晶間腐蝕能力大大提高。6．為防止馬氏體不銹鋼的焊接接頭力學性能下降，焊接時的冷卻速度要

。二、簡答題