第九章耐热钢、不锈钢的焊接

会计学1第九章耐热钢、不锈钢的焊接第1节耐热钢、不锈钢概述耐热钢及不锈钢的主要成分为Cr和Ni。一、耐热钢分类及特性

在高温下工作，具有一定强度和抗氧化性、耐蚀能力的铁基合金。耐热钢的分类按特性分类：热稳定钢，热强钢按合金元素含量分：低合金～、中合金～、高合金～。按正火后组织：珠光体～、马氏体～、铁素体～和奥氏体～。2023/1/192第1页/共25页第1节耐热钢、不锈钢概述耐热钢的特性高温化学稳定性/抗氧化性：Cr、Al、Si等能在钢材表面形成坚固保护膜，可提高钢的抗氧化性；Mo、B、V等生成氧化物熔点较低，对抗氧化性不利。高温力学性能/热强性：Mo、W固溶强化；沉淀强化（提高碳含量，同时加入强碳化物形成元素Nb、V等）2023/1/193第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接第2页/共25页第1节耐热钢、不锈钢概述耐热钢焊接接头性能的特殊要求接头的热强性与母材相当接头的抗氧化性基本相同接头的组织稳定性接头的热物理性能与母材基本相同2023/1/194第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接第3页/共25页第1节耐热钢、不锈钢概述二、不锈钢分类及特性在大气或一定介质中具有耐蚀性的钢的统称。（一）不锈钢的分类按室温下基体组织分：奥氏体～（高铬镍钢、高铬锰氮钢，如18-8）、铁素体～和马氏体～（高铬钢）、铁素体-奥氏体双相～2023/1/195第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接第4页/共25页第1节耐热钢、不锈钢概述（二）不锈钢的耐蚀性能耐蚀性是不锈钢性能的基本要求。腐蚀形式有化学腐蚀和电化学腐蚀，更多的表现为电化学腐蚀。加入Cr形成Fe-Cr固溶体，电极电位显著提高从而提高耐蚀性。加入Ni、Mn、Cu获得单相固溶体组织，减少微电池数目提高耐蚀性。加入Cr、Si、Al、Mo使钢的表面形成结构致密、不溶于腐蚀介质、电阻又高的保护膜。2023/1/196第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接第5页/共25页第1节耐热钢、不锈钢概述不锈钢腐蚀失效形式均匀腐蚀（表面腐蚀）局部腐蚀晶间腐蚀点腐蚀及缝隙腐蚀

应力腐蚀开裂晶间腐蚀产生的原因：碳化铬的析出

相的析出晶界吸附稳定化元素高温溶解2023/1/197第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接第6页/共25页第1节耐热钢、不锈钢概述三、不锈钢、耐热钢的物理性能

热导率、热膨胀系数、电阻率等对焊接性影响显著。合金元素含量越多，热导率越小，膨胀系数和电阻率越大。2023/1/198第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接第7页/共25页第2节珠光体耐热钢的焊接珠光体耐热钢是一种以Cr（质量分数0.5%～5%）、Mo（0.5%或1%）为主要合金元素的低、中合金钢。往往还加入V、W、Nb、B等元素（总含量小于5%）。合金元素偏高的组织会出现较多贝氏体组织。一、珠光体耐热钢的分类Mo钢：0.5%的Mo主要作用是固溶强化，提高热强性。Cr-Mo钢：铬溶入Fe3C使碳化物热稳定性提高。Cr-Mo-V等：固溶强化+V、Ti、B时效强化、晶界强化。供货状态一般为正火+回火。2023/1/199第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接第8页/共25页第2节珠光体耐热钢的焊接二、珠光体耐热钢的焊接性主要焊接问题：焊缝及HAZ的冷裂纹敏感性、过热区再热裂纹敏感性、回火脆性。1、冷裂纹

Cr、Mo提高钢的淬硬性。2023/1/1910第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接2.25Cr1Mo钢CCT图氩弧焊第9页/共25页第2节珠光体耐热钢的焊接2、再热裂纹珠光体耐热钢中含有V、Nb、Ti、Cr、Mo等强碳化物形成元素，粗晶部位容易出现再热裂纹。2023/1/1911第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接第10页/共25页第2节珠光体耐热钢的焊接2023/1/1912第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接3、回火脆性Cr-Mo钢及其焊接接头在370～565℃长期运行过程中会发生渐进的脆变现象，称为回火脆性或长时脆性。产生原因：P、As、Sb和Sn等沿晶界扩散偏析。焊缝脆性指数：=（10P+5Sb+4Sn+As）/100（×10-6）不应超过20。母材J指数：J=（Mn+Si）×（P+Sn）×104（%）超过150，具有明显的回火脆性。第11页/共25页第2节珠光体耐热钢的焊接三、珠光体耐热钢的焊接工艺1、焊接方法焊条电弧焊：低氢型碱性焊条；埋弧焊：用于厚壁件，特种厚壁容器要求采用抗回火脆性的高纯度焊丝及烧结焊剂。TIG焊：低氢，可采用抗回火脆性能力的低硅焊丝，用于打底焊或小直径薄壁管焊接；MIG焊：细焊丝低电流短路过渡，用于薄板焊接或打底焊，粗焊丝喷射过渡，用于厚壁接头焊接；电渣焊：接头经正火处理以细化晶粒。2023/1/1913第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接第12页/共25页第2节珠光体耐热钢的焊接2、焊接材料的选择：与母材一致3、预热和焊后热处理预热是防止冷裂纹和再热裂纹的有效措施之一。预热温度根据碳当量、接头拘束度和焊缝金属的扩散氢含量决定。2023/1/1914第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接第13页/共25页第2节珠光体耐热钢的焊接焊后热处理不仅消除焊接残余应力，更重要的是改善组织。珠光体耐热钢一般采用高温回火处理。2023/1/1915第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接第14页/共25页第3节奥氏体不锈钢的焊接一、奥氏体不锈钢的分类和特性含18%Cr和9%Ni，称为18-8钢。加入Ti、Nb消除晶间腐蚀；加入Mo、Cu提高耐酸腐蚀能力。奥氏体钢不能用淬火强化，可通过形变强化。奥氏体钢固溶处理得到单相奥氏体组织，再加热到400～800℃容易沿晶界析出Cr23C6（敏化处理）。奥氏体钢稳定化处理让钢中的碳与Ti或Nb形成稳定的TiC或NbC，而不形成Cr23C6。2023/1/1916第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接第15页/共25页第3节奥氏体不锈钢的焊接二、奥氏体不锈钢的焊接性主要问题：热裂纹、耐蚀性、脆化1、热裂纹合金元素，尤其是镍易和硫、磷等杂质形成低熔点共晶相。硼、硅等的偏析，也将促使产生热裂纹。奥氏体钢焊缝易形成方向性强的粗大柱状晶组织，有利于有害杂质元素的偏析，从而促使形成连续的晶间液膜，提高了热裂纹敏感性。奥氏体钢的热导率小、线膨胀系数大，在焊接不均匀加热时易形成较大的拉应力，进一步促进焊接热裂的产生。2023/1/1917第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接第16页/共25页第3节奥氏体不锈钢的焊接防止措施严格控制有害杂质硫、磷的含量调整焊缝化学成分，使焊缝金属中出现双相组织。焊接工艺措施：尽量采用高能量密度的焊接方法、小热输入和提高接头的冷却速度等措施，减少母材的过热和避免近焊缝区晶粒的粗化，防止形成粗大的柱状晶。2023/1/1918第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接第17页/共25页0Cr18Ni9钢热影响区敏化区晶间腐蚀第3节奥氏体不锈钢的焊接2、耐蚀性晶间腐蚀焊缝和HAZ敏化区晶间腐蚀：焊态下析出了Cr23C6相。防止方法：选用含Ti、Nb等稳定剂的奥氏体焊接材料，也可选用超低碳焊材(wC≤0.03％);采用焊缝有少量铁素体组织的填充材料；焊接工艺上选用小的焊接热输入，快速冷却等措施。对于有Cr23C6相析出的焊接接头，可通过固溶处理(一般只适用于较小的工件)或稳定化处理来消除。2023/1/1919第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接第18页/共25页第3节奥氏体不锈钢的焊接刀状腐蚀只发生在含有Ti、Nb等稳定化元素的奥氏体钢焊接接头中。腐蚀部位沿熔合线发展，处于HAZ的过热区，由于区域很窄，形状有如刀削切口。高温过热和中温敏化是导致接头过热区产生刀蚀的重要条件。刀蚀产生原因也与晶界碳化铬沉淀造成贫铬层有关。防止刀蚀主要的措施如下：降低母材含碳量采用合理的焊接工艺

2023/1/1920第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接Cr23C6、TiC的析出温度刀状腐蚀第19页/共25页第3节奥氏体不锈钢的焊接应力腐蚀开裂(SCC)SCC是在拉应力和腐蚀介质共同作用下发生的，是奥氏体不锈钢非常敏感且经常发生的腐蚀破坏形式。奥氏体不锈钢由于导热性差、线膨胀系数大、屈服强度低，当焊接变形受到限制时，接头中必然会残留较大的焊接拉伸应力，加速腐蚀介质的作用。消除或降低焊接接头残余应力；焊后进行消除应力处理。2023/1/1921第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接应力腐蚀裂纹第20页/共25页第3节奥氏体不锈钢的焊接3、接头脆化475℃脆性出现在含铁素体的奥氏体钢焊接接头中。相脆化：脆硬的金属间化合物FeCr从δ相或相中产生，在晶界析出。避免措施：限制焊缝中δ相；采用较小的线能量；固溶处理。2023/1/1922第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接第21页/共25页第3节奥氏体不锈钢的焊接三、奥氏体钢的焊接工艺1、焊接方法焊条电弧焊为提高抗热裂能力，宜选择碱性药皮焊条。钨极氩弧焊热输入小，适宜薄板和薄壁管件的奥氏体钢焊接。熔化极氩弧焊

中厚板采用射流过渡；薄板采用短路过渡。埋弧焊热输入大、熔深大，注意焊缝中心区热裂纹和HAZ耐蚀性。等离子弧焊

CO2保护焊不适合焊接奥氏体不锈钢。2023/1/1923第九章耐热钢钢、不锈钢的焊接第22页/共25页第3节奥氏体不锈钢的焊接2、焊接材料的选择高温条件下工作，应考虑焊缝金属中铁素体含量的控制，以免出现脆化。腐蚀介质下工作，熔敷金属含C量不要高于母材。腐蚀性弱可选18-8型焊接材料；腐蚀性强要选含Ti或Nb等稳定化元素或超低C焊接材料；耐酸腐蚀