不锈钢的焊接

1、第四章不锈钢及耐热钢的焊接第四章不锈钢及耐热钢的焊接4.1 不锈钢及耐热钢的分类及特性不锈钢及耐热钢的分类及特性 不锈钢常指一些在空气、水、酸性溶液及其他腐蚀介质中具有较高化学稳定性,在高温下具有抗氧化性的钢。其腐蚀性和抗氧化性与化学成分密切相关。相应的组织可用铬、镍当量的组织图(见图1)来预测。1.定义定义creq = cr% + mo % + 0. 5 (si + ti ) %+ 0. 5nb % + 3a1 % + 5v%这些元素均为缩小奥氏体区、形成铁素的元素。纵坐标为镍当量:nieq =ni% + 30 (c +n ) % + 0. 5mn %+ 0. 33cu %这些元素均为扩大奥

2、氏体区、稳定奥氏体组织的元素。2.分类分类 不锈钢按组织类别(加热到高温空冷后得到的组织)可分为,马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢及奥氏体2铁素体双相钢。另外还有一类沉淀硬化钢,较为常见的部分典型钢种见表1。随着当今理论研究的发展及冶炼技术水平的提高,出现许多特定性能要求的如超级不锈钢、抗菌不锈钢等及价廉优质的mn2n系不锈钢;同时一些较为陈旧的老钢种将遭淘汰。一些主要元素在不锈钢中的作用简述如下:碳碳是稳定奥氏体显著提高强度的元素(但奥氏体不锈钢中,很少用碳来强化,c 多在0. 15%以下) ,除溶于奥氏体外还形成碳化物。属于不利于腐蚀性能的元素。铬铬是决定不锈钢耐腐蚀性的主要元素。一般来说,耐

3、腐蚀性和抗氧化性随铬量的增加而提高。镍镍是稳定奥氏体元素,能显著提高铬钢的耐蚀性和高温抗氧化性,改善冷加工性能。但不利于抗应力腐蚀,且资源匮乏。锰锰稳定奥氏体元素,可以用来代镍( 2%的锰代1%的镍,但不能用锰代替全部镍) 。锰的冷加工强化效应显著,能提高耐腐蚀性,但对晶间腐蚀敏感,并且不能通过加钛和铌来消除晶间腐蚀。氮氮其作用与碳相当,是稳定奥氏体、提高强度的元素,稳定奥氏体的作用比镍大,可代镍(比例约为0. 025 1) ,常与锰一起来取代镍。如1cr17mn6ni5n(201)钢。钛、铌钛、铌强烈形成碳化物的元素( tic、nbc) ,改善抗晶间腐蚀性能,如1cr18ni9ti (321

4、)钢。钼钼促使不锈钢表面钝化,增强抗点蚀和缝隙腐蚀能力(相当于铬的三倍) ,另外还可以提高强度,如0cr18ni13mo3 (317)钢。铜铜提高不锈钢在硫酸中的耐蚀性能,还能提高冷加工性能,如0cr18ni9cu2钢。硅提高抗氧化和热强性,但使冷加工性能下降,如0cr18ni9si3 (302)钢。硫硫对强度影响不大,但使塑韧性大幅下降,常用作提高切削性能,如y1cr18ni9 ( 303)钢,硫一般为残余元素。磷磷是不锈钢中残余元素,在奥氏体钢中磷的危害不像一般钢中那样显著,磷稍有强化作用。铝铝稳定铁素体元素,可以提高耐高温氧化性能, 改善焊接性能等, 如用来改善弹性的0cr17ni7al

5、钢,但铝会降低抗硝酸腐蚀能力。 值得注意1cr18ni9ti ( 321)钢。众所周知,碳是造成不锈钢晶界腐蚀损坏(俗称敏化)的主要原因。早期限于冶金设备水平, 难以控制c 0. 03% ,而在钢中加入ti或nb,使其优先与碳结合形成tic和nbc,固定碳从而减少或抑制cr23c6在晶界上析出,以减轻晶界附近铬的贫化所引起的晶界腐蚀(即提高钢的抗敏化能力) ,使cr18ni9ti钢一直占有一定的主导地位。但是1cr18ni9ti钢钢水粘稠,不论连铸坯还是模铸坯,表面质量差,坯料剥皮修磨的工作量大,并且成品材的纯净度低,往往含有tin、tio2夹杂而导致大量废品,成品抛光性能不好,难以得到高精度

6、表面。另外,焊接时还会在焊合后出现所谓的“刀状腐蚀” 。随着冶金精炼技术的发展, aod (氩2氧脱碳精炼法) 、vod (真空吹氧脱碳法) 的采用, 冶炼低碳和超低碳(c 0. 03% 为常规素体不锈钢, 表示为0cr;0. 03% 为超低碳铁素体不锈钢,表示为00cr;0. 02% 为高纯铁素体不锈钢,表示为000cr;0. 01% 为超纯铁素体不锈钢, 表示为0000cr。超级奥氏体不锈钢的发展超级奥氏体不锈钢的发展 超级奥氏体不锈钢指cr、mo、n含量显著高于常规奥氏体不锈钢,如含6mo %的钢(254smoc 0. 02% , 20cr% , 18ni% , 6mo % , 0. 6

7、cu % ) 。这类钢具有非常好的耐腐蚀性能,在海水、充气、存在缝隙、低速冲刷条件下具有良好的抗点蚀性能(254smo钢pre为45. 8)和较好的抗应力腐蚀性能,是镍基合金和钛合金的代用材料。超级奥氏体不锈钢热加工难度较大,冷加工性能良好。要达到良好的软化效果,超级奥氏体不锈钢的固溶温度比一般奥氏体不锈钢高,应提高到11501200 。超级马氏体不锈钢的发展超级马氏体不锈钢的发展 超级马氏体不锈钢是在克服传统马氏体不锈钢存在的缺乏足够的延展性、冷加工成形困难、焊接性差等不足的基础上发展起来的新系列钢。这种钢抗拉强度高,延展性好,焊接性能得到改善,因此又称为软马氏体不锈钢或可焊接马氏体不锈钢。

8、超级马氏体不锈钢的成分特点是在13cr%或17cr%的基础上降c (c 0. 03%或 0. 025% )和硫(s 0. 01%或 0. 005% ) ,增加镍( 4n i% 6. 5ni% )和钼(最高2. 5mo % ) ,改善钢的焊接性、韧性、耐蚀性,特别是在含co2和h2 s的介质中耐蚀性有很大的提高,常用于石油、天然气开采的储运设备。另外超级马氏体不锈钢可以代替双相不锈钢制作结构件,因为强度高,可以减少零件的壁厚,减轻重量,节约成本。第二节第二节奥氏体不锈钢的焊接奥氏体不锈钢的焊接 奥氏体不锈钢类型奥氏体不锈钢类型l 18-8型型 1cr18ni9、0cr18ni9、00cr19ni

9、10l 18-12型型 0cr17ni12mo2、0cr18ni12mo2til 25-20型型 0cr25ni20 奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊接性分析1.奥氏体不锈钢焊接接头耐蚀性奥氏体不锈钢焊接接头耐蚀性（1）晶间腐蚀）晶间腐蚀 奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊接性分析l焊缝晶间腐蚀焊缝晶间腐蚀1.焊材超低碳焊材超低碳2.焊材含稳定化元素焊材含稳定化元素nb、ti等等3.焊缝为双相组织焊缝为双相组织防止措施：防止措施：腐蚀形貌 奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊接性分析l焊缝晶间腐蚀焊缝晶间腐蚀 奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊接性分析l敏化区晶间腐蚀敏化区晶间腐蚀 奥

10、氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊接性分析l敏化区晶间腐蚀敏化区晶间腐蚀敏化区间：敏化区间：600850 母材母材:不含稳定化元素不含稳定化元素 奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊接性分析l刀蚀刀蚀 奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊接性分析l刀蚀刀蚀 奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊接性分析（2）应力腐蚀开裂（）应力腐蚀开裂（scc）1.奥氏体不钢焊接接头耐蚀性奥氏体不钢焊接接头耐蚀性 奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊接性分析 奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊接性分析1.奥氏体不锈钢焊接接头耐蚀性奥氏体不锈钢焊接接头耐蚀性（3）点蚀）点蚀 奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊

11、接性分析2.热裂纹热裂纹产生原因：产生原因：1.导热率小，线膨胀系数大导热率小，线膨胀系数大2.易于生成方向性强的柱状晶易于生成方向性强的柱状晶3.焊缝成分复杂，杂质元素多焊缝成分复杂，杂质元素多 奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊接性分析热裂与凝固模式热裂与凝固模式 奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊接性分析热裂与凝固模式热裂与凝固模式affa 奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊接性分析热裂与凝固模式热裂与凝固模式affa 奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊接性分析热影响区热裂纹热影响区热裂纹 奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊接性分析化学成分对热裂纹影响化学成分对热裂纹影响l m

12、n：有利：有利ls，p：易形成低熔点化合物：易形成低熔点化合物lsi：增加热裂倾向：增加热裂倾向lnb：能形成低熔点共晶物：能形成低熔点共晶物lti：与：与nb基本相图基本相图lc：增加热裂倾向：增加热裂倾向lb：形成低熔点共晶：形成低熔点共晶 奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊接性分析焊接工艺焊接工艺l 小线能量小线能量l快速焊快速焊l不预热不预热 奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊接性分析3.奥氏体不锈钢焊接接头脆化奥氏体不锈钢焊接接头脆化（1）低温脆化）低温脆化 相引起低温脆化，蠕虫状不好相引起低温脆化，蠕虫状不好（2）析出脆化）析出脆化 相引起，相引起， 相是相是fecr金属间化合物金属间化合物 可由可由 ， 奥氏体不锈钢焊接工艺奥氏