不锈钢及耐热钢焊接

1、1不锈钢及耐热钢的焊接Welding of heat resistant steel and corrosion resistant steel2内内 容容一、不锈钢及耐热钢的分类及特点一、不锈钢及耐热钢的分类及特点二、奥氏体钢的焊接性二、奥氏体钢的焊接性三、奥氏体钢的焊接工艺三、奥氏体钢的焊接工艺四、铁素体钢的焊接四、铁素体钢的焊接五、马氏体钢的焊接五、马氏体钢的焊接六、双相不锈钢的焊接六、双相不锈钢的焊接七、异种金属的焊接七、异种金属的焊接3一、不锈钢及耐热钢的分类及特点一、不锈钢及耐热钢的分类及特点1不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点（1）定义：）定义：l在大气、海水、或其他腐蚀介质中

2、能够抗氧化和腐蚀的高合金钢。在大气、海水、或其他腐蚀介质中能够抗氧化和腐蚀的高合金钢。 GB/T 3280-2007 不锈钢冷轧钢板和钢带不锈钢冷轧钢板和钢带GB/T 4237-2007 不锈钢热轧钢板和钢带不锈钢热轧钢板和钢带 GB/T 4238-2009 耐热钢板和钢带耐热钢板和钢带 （2）分类：）分类：按照室温组织不锈钢可分为：按照室温组织不锈钢可分为：奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢 如如1Cr18Ni9 （A） 、1Cr18Ni9Ti（A）铁素体不锈钢铁素体不锈钢 Cr17（F）马氏体不锈钢马氏体不锈钢 1Cr13（M）双相（双相（A） 不锈钢不锈钢 00Cr22Ni5Mo3N（双相）（双相

3、）沉淀硬化不锈钢沉淀硬化不锈钢 0Cr17Ni4Cu4Nb，简称，简称17-4PH 4（3）物理性能：）物理性能：导热系数小、电阻率大、线胀系数高，变形、应力、发热问题导热系数小、电阻率大、线胀系数高，变形、应力、发热问题1）高的电阻率，约为碳钢的）高的电阻率，约为碳钢的5倍。倍。2）大的线膨胀系数，比碳钢大）大的线膨胀系数，比碳钢大40，并随着温度的升高，线膨胀系数的，并随着温度的升高，线膨胀系数的数值也相应地提高。数值也相应地提高。 3）低的热导率，约为碳钢的）低的热导率，约为碳钢的1/3。 5(4)不锈钢冶金特点不锈钢冶金特点l低低C、低、低S、Pl高高Cr、Ni、MnlCr12%新牌号

4、新牌号旧牌号旧牌号化学成分（质量分数）化学成分（质量分数）/%CSiMnPSNiCrMoN12Cr18Ni91Cr18Ni90.150.752.000.0450.0308.00-10.0017.00-19.000.1006Cr19Ni100Cr18Ni90.080.752.000.0450.0308.00-10.5018.00-20.000.10022Cr19Ni1000Cr19Ni100.030.752.000.0450.0308.00-12.0018.00-20.000.1006Cr25Ni200Cr25Ni200.081.502.000.0450.03019.00-22.0024.00-

5、26.00022Cr25Ni22Mo2N0.020.502.000.0300.01020.50-23.5024.00-26.001.60-2.600.09-0.1506Cr17Ni12Mo20Cr17Ni12Mo20.080.752.000.0450.03010.00-14.0016.00-18.002.00-3.000.101) 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢 Cr-Ni系系S30210 304L (0Cr18Ni9)S30408 304L (0Cr18Ni9)、S31608 316 (0Cr17Ni12Mo2)、S31603 316L (00Cr17Ni14Mo2)、304304L3166lC：

6、 提高高温强度，降低腐蚀抗力提高高温强度，降低腐蚀抗力lSi: 增加耐热性、高温强度、减少高温时的锈皮产生，增加脆性增加耐热性、高温强度、减少高温时的锈皮产生，增加脆性lMn：提高强度、可替代提高强度、可替代Ni的添加（的添加（Mn：Ni = 4：1，可降低成本），可降低成本） lNi： 提高提高SCC抗力，保证高温抗氧化能力和高温强度抗力，保证高温抗氧化能力和高温强度 lCr：钝化膜形成元素，钝化膜形成元素，10.5%可耐氧化性介质腐蚀，保证高温抗氧化能力和高可耐氧化性介质腐蚀，保证高温抗氧化能力和高温强度温强度 lMo：耐非氧化性酸的腐蚀，提高耐非氧化性酸的腐蚀，提高Cl-离子点蚀抗力和离

7、子点蚀抗力和SCC抗力，增加脆性抗力，增加脆性lN： 提高强度，几乎不影响耐蚀性提高强度，几乎不影响耐蚀性 lS、P： 杂质杂质lCu: 增加非氧化性气氛的耐蚀性；增加非氧化性气氛的耐蚀性；3%以上的以上的Cu有析出强化效果；降低不锈钢加有析出强化效果；降低不锈钢加工硬化效应，使之易冷作成形；但热加工性差、会发生热脆化。工硬化效应，使之易冷作成形；但热加工性差、会发生热脆化。 合金元素的作用：合金元素的作用：奥氏体形成元素：奥氏体形成元素：C、Ni、Mn、Cu、N 铁素体形成元素：铁素体形成元素：Cr、Mo、Si 72)铁素体不锈钢铁素体不锈钢 Cr系系l高高Cr、低、低Nil低低C、低、低S

8、、P新牌号新牌号旧牌号旧牌号化学成分（质量分数）化学成分（质量分数）/%CSiMnPSNiCrMoNTi022Cr1200Cr120.0301.001.000.0400.30(0.60)11.00-13.0010Cr171Cr170.121.001.000.0400.300.7516.00-18.00022Cr17Ti00Cr170.0300.751.000.0350.03016.00-19.000.10-1.0010Cr17Mo1Cr17Mo0.121.001.000.0400.3016.00-18.000.75-1.25S1171083)马氏体不锈钢马氏体不锈钢 Cr系系 、 Cr-Ni系

9、系 Cr含量低于铁素体不锈钢含量低于铁素体不锈钢新牌号新牌号旧牌号旧牌号化学成分（质量分数）化学成分（质量分数）/%CSiMnPSNiCrMoNTi12Cr121Cr120.150.501.000.0400.030(0.60)11.50-13.0006Cr130Cr130.081.001.000.0400.030(0.60)11.50-13.5012Cr131Cr130.151.001.000.0400.030(0.60)11.50-13.5020Cr132Cr130.16-0.251.001.000.0400.030(0.60)12.00-14.0030Cr133Cr130.26-0.351

10、.001.000.0400.030(0.60)12.00-14.0040Cr134Cr130.36-0.451.001.000.0400.030(0.60)12.00-14.00S4101094) 双相不锈钢双相不锈钢 Cr-Ni系系2205双相不锈钢双相不锈钢新牌号新牌号旧牌号旧牌号化学成分（质量分数）化学成分（质量分数）/%CSiMnPS022Cr19Ni5Mo3Si2N00Cr18Ni5Mo3Si20.0301.30-2.001.00-2.000.0300.03012Cr21Ni5Ti1Cr21Ni5Ti0.09-0.140.800.800.0350.030022Cr22Ni5M03N0

11、.0301.002.000.0300.020新牌号新牌号旧牌号旧牌号化学成分（质量分数）化学成分（质量分数）/%NiCrMoNTi022Cr19Ni5Mo3Si2N00Cr18Ni5Mo3Si24.50-5.5018.00-19.502.50-3.000.05-0.1012Cr21Ni5Ti1Cr21Ni5Ti4.80-5.8020.00-22.005(C-0.02)-0.80022Cr22Ni5Mo3N4.50-6.5021.00-23.002.50-3.500.08-0.20S22053双相不锈钢双相不锈钢10Aspects of selective and pitting corrosi

12、on in cast duplex stainless steels115） 沉淀硬化不锈钢沉淀硬化不锈钢 Cr-Ni系系 新牌号新牌号旧牌号旧牌号化学成分（质量分数）化学成分（质量分数）/%CSiMnPSNiCrAlMoNb07Cr17Ni14Cu4Nb0Cr17Ni14Cu4Nb0.071.001.000.0400.0303.00-5.0016.00-17.500.15-0.4807Cr17Ni7Al0Cr17Ni7Al0.091.001.000.0400.0306.50-7.7516.00-18.000.75-1.5012Fig. Structural diagrams of Fe-Cr

13、-Ni alloys a) At 20 b)at -196 http:/ 相当于相当于0Cr17Ni12Mo2 220514（6）不锈钢耐腐蚀性）不锈钢耐腐蚀性 腐蚀：腐蚀：金属表面与周围介质发生化学或电化学作用而金属表面与周围介质发生化学或电化学作用而引起的物质转移的破坏现象。引起的物质转移的破坏现象。 腐蚀分类：腐蚀分类：l按介质分：大气、海水、土壤、酸碱盐按介质分：大气、海水、土壤、酸碱盐l按形态分：按形态分：均匀腐蚀、点状腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、均匀腐蚀、点状腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳应力腐蚀、腐蚀疲劳l按机理分：化学腐蚀、电化学腐蚀按机理分：化学腐蚀、电化学腐蚀

14、15A均匀腐蚀：均匀腐蚀：氧化性酸氧化性酸 HNO3 能形成钝化膜能形成钝化膜 Cr-Ni 18-8 还原性酸还原性酸 H2SO4 含含Mo 16B点蚀：点蚀：Cl-破坏钝化层而腐蚀甚至穿孔破坏钝化层而腐蚀甚至穿孔 l 18-8耐点蚀的能力较差，耐点蚀的能力较差，Mo可提高点蚀抗力可提高点蚀抗力l 双相不锈钢耐点蚀的能力较好双相不锈钢耐点蚀的能力较好点蚀点蚀+疲劳裂纹疲劳裂纹17C缝隙腐蚀：缝隙腐蚀：金属表面由于存在异物或结构上的原因而形成缝隙（如焊缝、金属表面由于存在异物或结构上的原因而形成缝隙（如焊缝、铆缝铆缝垫片或沉积物下面等），缝隙的存在使得缝隙内的溶液中与腐蚀垫片或沉积物下面等），缝

15、隙的存在使得缝隙内的溶液中与腐蚀有关的物质迁移困难，由此而引起的缝隙内金属的腐蚀，有关的物质迁移困难，由此而引起的缝隙内金属的腐蚀，Cl-浓度高，造浓度高，造成与点蚀类似的腐蚀成与点蚀类似的腐蚀 18D晶间腐蚀晶间腐蚀：产生原因主要是晶间贫产生原因主要是晶间贫Cr，18% 10001100 lSi3% 9001000lAl34% 900028 热强性热强性：高温下长期工作时对断裂、蠕变的抗力高温下长期工作时对断裂、蠕变的抗力提高热强性的措施有：提高热强性的措施有：l提高提高Ni的含量以稳定基体，加入的含量以稳定基体，加入Mo、W形成固溶强化，形成固溶强化，提高原子间结合力提高原子间结合力l形成

16、稳定第二相，如形成稳定第二相，如MC、M6C、M23C6，如，如NbC、VC，可见对热强性而言提高含可见对热强性而言提高含C量有好处，对不锈钢则相反量有好处，对不锈钢则相反l减少晶界并强化晶界，如加入微量元素减少晶界并强化晶界，如加入微量元素B或稀土元素或稀土元素 29 高温脆性高温脆性：耐热钢长期高温工作产生的脆性耐热钢长期高温工作产生的脆性粗晶、热应变、回火脆性粗晶、热应变、回火脆性A475脆性脆性lCr15%含有较多铁素体形成元素的钢在含有较多铁素体形成元素的钢在430480范围长期停留或缓范围长期停留或缓冷时出现的负温、低温韧性降低的脆化现象。冷时出现的负温、低温韧性降低的脆化现象。l

17、475脆性是金属的负温、常温韧性，其高温仍具有较高的韧性脆性是金属的负温、常温韧性，其高温仍具有较高的韧性;l产生条件产生条件与铁素体含量有关，一般出现在含有较多铁素体的奥氏体钢焊与铁素体含量有关，一般出现在含有较多铁素体的奥氏体钢焊缝中，铁素体越多，脆化越严重缝中，铁素体越多，脆化越严重;l产生机理：产生机理：475加热时，铁素体内的加热时，铁素体内的Cr原子趋于有序化，形成许多富原子趋于有序化，形成许多富Cr铁素体铁素体相，该相在母相相，该相在母相100晶面或位错处析出，并与母相保持共格晶面或位错处析出，并与母相保持共格关系，产生很大的晶格畸变内应力，同时使位错难以滑移，易于产生关系，产生

18、很大的晶格畸变内应力，同时使位错难以滑移，易于产生挛晶，挛晶面成为解理断裂的形核地，从而导致金属脆化。挛晶，挛晶面成为解理断裂的形核地，从而导致金属脆化。l消除：消除：重新加热重新加热600700、1h后空冷后空冷 3031B相脆化相脆化 铁素体钢或奥氏体钢及其焊缝在铁素体钢或奥氏体钢及其焊缝在520820长期加热，析出长期加热，析出相造成的脆化。相造成的脆化。 l产生条件：产生条件： 含含Cr20的高的高Cr铁素体钢及焊缝中、奥氏体钢及焊缝铁素体钢及焊缝中、奥氏体钢及焊缝中中; 含含Mn、Si、Mo、W的较低的较低Cr含量的钢种含量的钢种; 一般需要较长时间，但是有些钢，如一般需要较长时间，

19、但是有些钢，如188的多层焊如果的多层焊如果铁素体含量高，焊后就可能造成脆化铁素体含量高，焊后就可能造成脆化. 32Duplex stainless steel IC381 (dark phase is ferrite). Superduplex stainless steel A219 after heat treatment at 1150C for 2.5 h. The austenite is yellow and ferrite is dark brown, with the sigma phase white 33l产生机理：产生机理： 相是一种具有复杂六方点阵的金属间化合物相是一

20、种具有复杂六方点阵的金属间化合物FeCr，硬度很高，硬度很高（HRC68），），相沿晶析出，同时伴随很大的体积变化，因而导相沿晶析出，同时伴随很大的体积变化，因而导致很大脆性，同时也会增大金属晶间腐蚀的倾向，降低抗氧化性致很大脆性，同时也会增大金属晶间腐蚀的倾向，降低抗氧化性.l相的产生：相的产生：相、相、相相 铁素体的存在有利于形成铁素体的存在有利于形成相，因为铁素体富相，因为铁素体富Cr，且有利于，且有利于Cr的扩散的扩散l消除：消除：重新加热使重新加热使相溶解，随后冷却相溶解，随后冷却 188 700 25-20 98034二、奥氏体钢的焊接性二、奥氏体钢的焊接性裂纹、脆化、腐蚀问题裂纹

21、、脆化、腐蚀问题 1热裂纹问题：热裂纹问题： 焊缝区结晶裂纹、热影响区液化裂纹焊缝区结晶裂纹、热影响区液化裂纹（1）焊缝产生结晶裂纹的原因）焊缝产生结晶裂纹的原因 奥氏体钢成分复杂奥氏体钢成分复杂，能在焊缝的晶粒间形成低熔点液能在焊缝的晶粒间形成低熔点液态夹层，削弱晶间的结合力态夹层，削弱晶间的结合力 液态夹层：液态夹层： 合金元素合金元素 Ni、Si、B、Fe 杂质元素杂质元素 S P Sn Sbl如如 Ni3S2Ni 645l FeSFe 988l Fe3P-Fe 1050 35 单相奥氏体钢焊缝一次晶特别发达单相奥氏体钢焊缝一次晶特别发达，易形成方向性很，易形成方向性很强的柱状晶，有利于

22、杂质在晶界上偏析，因而促进液态强的柱状晶，有利于杂质在晶界上偏析，因而促进液态夹层产生夹层产生 接头区存在较大的拉应力：接头区存在较大的拉应力：奥氏体钢导热系数小、热奥氏体钢导热系数小、热胀系数大，焊接热循环过程不均匀，局部的加热冷却胀系数大，焊接热循环过程不均匀，局部的加热冷却使焊接接头冷却时受到较大的拉应力，当拉应力大于晶使焊接接头冷却时受到较大的拉应力，当拉应力大于晶粒之间结合力时，即产生结晶裂纹粒之间结合力时，即产生结晶裂纹 36（2）防止焊缝结晶裂纹的措施）防止焊缝结晶裂纹的措施 严格限制焊缝金属中有害元素严格限制焊缝金属中有害元素S、P 通过焊接材料适当调整焊缝化学成分，如加入通过

23、焊接材料适当调整焊缝化学成分，如加入Mn控控S，改，改善抗裂性善抗裂性 调整焊缝化学成分形成双相，打乱柱状晶调整焊缝化学成分形成双相，打乱柱状晶l 188 28的的相相l 2520 一次碳化物一次碳化物 工艺上采用小热输入、小截面焊道，减小熔池过热，避免工艺上采用小热输入、小截面焊道，减小熔池过热，避免形成粗大一次晶形成粗大一次晶。 37问题问题1：为什么：为什么188型奥氏体钢焊缝形成型奥氏体钢焊缝形成双双相有利于防止结晶裂纹？相有利于防止结晶裂纹？ （1）相可以阻止奥氏体晶粒长大，细化奥氏体晶粒，打乱柱状晶的方向相可以阻止奥氏体晶粒长大，细化奥氏体晶粒，打乱柱状晶的方向性，增加晶界面积，从

24、而使低熔点共晶物能分散地分布在晶界上，同性，增加晶界面积，从而使低熔点共晶物能分散地分布在晶界上，同时被时被相分割称不连续状，因此减轻低熔点共晶物的割裂作用。相分割称不连续状，因此减轻低熔点共晶物的割裂作用。（2）相可以降低相间的界面能，从而使液态低熔点共晶物接触角增大，相可以降低相间的界面能，从而使液态低熔点共晶物接触角增大，阻碍其在晶界润湿展开，不利于形成液态夹层。偏析液膜对阻碍其在晶界润湿展开，不利于形成液态夹层。偏析液膜对、相界能润湿，而对相界能润湿，而对相界不能润湿。相界不能润湿。（3）相可以溶解更多的杂质，能减少偏析，不利于液态夹层的形成相可以溶解更多的杂质，能减少偏析，不利于液态

25、夹层的形成lS 相中溶解度相中溶解度 0.05 相中溶解度相中溶解度 0.18lP 相中溶解度相中溶解度 0.25 相中溶解度相中溶解度 2.838（3） 相影响热裂性能与凝固模式相影响热裂性能与凝固模式l相含量对热裂纹的影响有一最佳区相含量对热裂纹的影响有一最佳区间，约间，约520。其凝固模式是。其凝固模式是FA模式。模式。FA模式模式相呈蠕虫状，且相呈蠕虫状，且相相先形成，对先形成，对A的长大能够起到阻碍作的长大能够起到阻碍作用；用；l凝固模式为凝固模式为AF模式，模式，相的形成是相的形成是通过包晶通过包晶/共晶形成，起不到阻碍长共晶形成，起不到阻碍长大的作用，也起不到阻碍润湿的作大的作用

26、，也起不到阻碍润湿的作用，所以对热裂的影响不大。用，所以对热裂的影响不大。 FFA AFA39lAF与与F A的分界点：按舍夫勒图的分界点：按舍夫勒图Creq、Nieq确定确定 Creq/Nieq1.5 Creq/ Nieq增加增加 增加增加18-8钢钢Creq/ Nieq在在1.52.0 一般不产生结晶裂纹一般不产生结晶裂纹25-20钢钢Creq/ Nieq1.5 含含Ni量越高，其比值越小，所以具量越高，其比值越小，所以具有明显的热裂倾向有明显的热裂倾向40l但并不是但并不是相越多越好，因相越多越好，因相易转变成相易转变成相，导致相，导致相脆化。相脆化。 41问题问题2 为什么为什么252

27、0型奥氏体焊缝不利用型奥氏体焊缝不利用相而是利用碳化相而是利用碳化物、物、B化物防止热裂纹。化物防止热裂纹。 18-8钢钢Creq/ Nieq在在1.52.0 ，FA，一般不产生结晶裂纹，一般不产生结晶裂纹l25-20钢钢Creq/ Nieq1.5， AF， 含含Ni量越高，其比值越小，所以具有量越高，其比值越小，所以具有明显的热裂倾向。明显的热裂倾向。l要形成要形成双相，必须提高双相，必须提高Creq，焊缝成分与母材会出现较大差异，焊缝成分与母材会出现较大差异，性能也就不能很好地与母材匹配。性能也就不能很好地与母材匹配。l2520钢可利用钢可利用+C1，加碳的同时要加，加碳的同时要加Nb，形

28、成，形成NbC，起到防止热裂，起到防止热裂的作用的作用2520还可利用还可利用+B1形成双相，起到防止热裂的作用，形成双相，起到防止热裂的作用，B可以与可以与Fe、Ni形成低熔点共晶物，万分之几就可引起热裂，所以量少的时候促进热形成低熔点共晶物，万分之几就可引起热裂，所以量少的时候促进热裂，但是当量多时，由于愈合作用反而降低了热裂倾向裂，但是当量多时，由于愈合作用反而降低了热裂倾向 42（3）近缝区产生液化裂纹的原因）近缝区产生液化裂纹的原因l奥氏体钢近缝区产生液化裂纹的原因与焊缝中产生结晶裂纹有些奥氏体钢近缝区产生液化裂纹的原因与焊缝中产生结晶裂纹有些相似，也是在焊接时晶界产生偏析，并形成低

29、熔点液态夹层，削相似，也是在焊接时晶界产生偏析，并形成低熔点液态夹层，削弱了晶粒之间的联系，以及奥氏体钢到热系数小，热胀系数大，弱了晶粒之间的联系，以及奥氏体钢到热系数小，热胀系数大，能在焊接接头处产生较大的拉应力所致。液化裂纹出现在近缝区，能在焊接接头处产生较大的拉应力所致。液化裂纹出现在近缝区，与钢材有关，类似于结晶裂纹，与钢材有关，类似于结晶裂纹，188或或188Ti钢的近缝区一般钢的近缝区一般看不到液化裂纹，而看不到液化裂纹，而2520近缝区多见。近缝区多见。l另外多层焊时，如果焊缝存在产生液化裂纹的条件，则层间也会另外多层焊时，如果焊缝存在产生液化裂纹的条件，则层间也会产生液化裂纹。

30、产生液化裂纹。43（4）防止近缝区液化裂纹的措施）防止近缝区液化裂纹的措施l严格限制母材成分中严格限制母材成分中S、P的含量的含量l在焊接工艺上设法减小过热、拟制近缝区焊缝晶粒过分长大，在焊接工艺上设法减小过热、拟制近缝区焊缝晶粒过分长大，如采用能量密度高的焊接方法，减小热输入、提高冷却速度等。如采用能量密度高的焊接方法，减小热输入、提高冷却速度等。l焊接结构设计上设法减小焊接接头的拘束度。焊接结构设计上设法减小焊接接头的拘束度。 冷裂纹？冷裂纹？ ？ ？442脆化问题l奥氏体钢用途广，可以用作耐腐蚀、耐热、耐低温的环境下，但奥氏体钢用途广，可以用作耐腐蚀、耐热、耐低温的环境下，但不同工作条件

31、对接头性能要求不同。工作在不同工作条件对接头性能要求不同。工作在350以下的不锈钢，以下的不锈钢，主要要求有耐蚀性；用作热强钢，要求在高温下具有足够的强度，主要要求有耐蚀性；用作热强钢，要求在高温下具有足够的强度，同时要有足够的塑性韧性；用作低温钢，则要求有良好的低温同时要有足够的塑性韧性；用作低温钢，则要求有良好的低温韧性，但是如果焊缝工艺不当，则可能产生高温脆化低温脆化韧性，但是如果焊缝工艺不当，则可能产生高温脆化低温脆化的问题。的问题。45（1）高温脆化问题）高温脆化问题l如：如：相脆化、粗晶脆化、晶界析出碳化物脆性相脆化、粗晶脆化、晶界析出碳化物脆性l高温下进行短时拉伸试验和持久强度试

32、验表明，当奥高温下进行短时拉伸试验和持久强度试验表明，当奥氏体钢焊缝中含有较多铁素体元素（氏体钢焊缝中含有较多铁素体元素（Cr、Mo、Si、Nb）或较多时，易发生）或较多时，易发生相、相、相的转化，造相的转化，造成脆化，成脆化，相越多脆化越严重。相越多脆化越严重。l所以为保证焊缝有必要的塑性韧性，长期工作在高所以为保证焊缝有必要的塑性韧性，长期工作在高温的焊缝中温的焊缝中相的体积分数应小于相的体积分数应小于5。 46（2）低温脆化问题l如：如：475脆化脆化l研究表明焊缝中研究表明焊缝中相不仅能引起高温脆化，也相不仅能引起高温脆化，也能引起低温脆化，且能引起低温脆化，且相越多脆化越严重。因相越

33、多脆化越严重。因此为满足低温韧性的要求，最好不采用此为满足低温韧性的要求，最好不采用双相组织焊缝，而采用单相双相组织焊缝，而采用单相焊缝。焊缝。 473腐蚀问题焊接接头的主要腐蚀问题包括晶间腐蚀、应力腐蚀、点蚀。焊接接头的主要腐蚀问题包括晶间腐蚀、应力腐蚀、点蚀。(1) 晶间腐蚀晶间腐蚀l焊接接头有焊接接头有3个区域可能产生晶间腐蚀：焊缝区、热影响区中的敏个区域可能产生晶间腐蚀：焊缝区、热影响区中的敏化区、熔合区化区、熔合区48 晶间腐蚀的原因晶间腐蚀的原因l晶间腐蚀产生的根本原因是晶间贫晶间腐蚀产生的根本原因是晶间贫Cr，从而沿晶界发生，从而沿晶界发生的腐蚀的腐蚀 晶间腐蚀的特征晶间腐蚀的特

34、征l晶间腐蚀的特征：表面腐蚀很轻微，内部因腐蚀造成沿晶间腐蚀的特征：表面腐蚀很轻微，内部因腐蚀造成沿晶的网状裂纹，致使强度大大下降，从而产生脆性破坏，晶的网状裂纹，致使强度大大下降，从而产生脆性破坏，也可能形成应力腐蚀裂纹的起源。也可能形成应力腐蚀裂纹的起源。 49Grain decohesion due to intergranular corrosionhttp:/www.msm.cam.ac.uk/phasetrans/2005/Stainless_steels/stainless.html50 晶间腐蚀的机理晶间腐蚀的机理l经经固溶处理固溶处理的奥氏体钢中的奥氏体钢中C以过饱和状态溶于

35、奥氏体中，（如一般以过饱和状态溶于奥氏体中，（如一般188含含C为为0.08，而，而C在奥氏体中的溶解度仅为在奥氏体中的溶解度仅为0.020.03），所以这是一种不稳定的状态。当金属受到敏化温度的热作），所以这是一种不稳定的状态。当金属受到敏化温度的热作用时，过饱和的用时，过饱和的C就向晶界扩散，与就向晶界扩散，与Cr形成形成Cr23C6，C是间隙原子是间隙原子扩散速度快，可以不断从晶内向晶界扩散，而扩散速度快，可以不断从晶内向晶界扩散，而Cr的扩散速度慢，的扩散速度慢，晶界上的晶界上的Cr来不及补充，因而在晶界上形成一个贫来不及补充，因而在晶界上形成一个贫Cr层，丧失耐层，丧失耐腐蚀能力，在

36、接触腐蚀介质时造成晶间腐蚀。腐蚀能力，在接触腐蚀介质时造成晶间腐蚀。 CCr加热加热CCrCr23C651M23C6 on grain boundary Precipitates in creep resistant austenitic stainless steels 52 晶间腐蚀形成条件晶间腐蚀形成条件l晶间腐蚀的产生与温度、保温时间、碳含量有关，在晶间腐蚀的产生与温度、保温时间、碳含量有关，在A、C、D、E区不产生晶间腐蚀，区不产生晶间腐蚀，B区产生晶间腐蚀区产生晶间腐蚀lA区保温时间短，不足以产生很多区保温时间短，不足以产生很多Cr23C6，致使产生晶间腐蚀的倾，致使产生晶间腐蚀的

37、倾向向lC区由于保温时间长，晶界上区由于保温时间长，晶界上Cr可以得到补充，不会造成贫可以得到补充，不会造成贫Cr现现象象lD、E区无晶间腐蚀倾向，与敏化温度有关区无晶间腐蚀倾向，与敏化温度有关 l含碳量低于含碳量低于0.03，形成，形成Cr23C6少，晶界上少，晶界上Cr不会造成贫不会造成贫Cr现象现象53http:/www.msm.cam.ac.uk/phasetrans/2005/Stainless_steels/stainless.htmlEffect of carbon on sensitisation DE含碳量含碳量低于低于0.03，形成，形成Cr23C6少，晶界上少，晶界上Cr

38、不会造成不会造成贫贫Cr现象现象Cr23C6、TiC的析出温度的析出温度CrCr2323C C6 6的析出的析出温度：温度：600-850600-850； TiCTiC的析出的析出温度：温度：1100 1100 54Time-Temperature-Precipitation diagram for M23C6 in type 304 austenitic stainless steel Sensitisation and Evolution of Chromium-depleted Zones in Fe-Cr-Ni-C systems. 析出位置与停留时间析出位置与停留时间55l平衡态敏化

39、温度区为平衡态敏化温度区为450850，焊接时由于加热快，焊接时由于加热快，有过热度，敏化区约为有过热度，敏化区约为6001000l当温度高于敏化区的上限时，温度高使得固溶原子都当温度高于敏化区的上限时，温度高使得固溶原子都有比较大的活性，可以比较快的扩散，晶界上的有比较大的活性，可以比较快的扩散，晶界上的Cr可可以得到及时补充，不会形成晶间贫以得到及时补充，不会形成晶间贫Crl当温度低于敏化区的下限时，温度低使得固溶原子活当温度低于敏化区的下限时，温度低使得固溶原子活性都比较小，都不能很快扩散，不会在晶界有过多的性都比较小，都不能很快扩散，不会在晶界有过多的C,不会由于形成不会由于形成Cr2

40、3C6而造成贫而造成贫Cr56晶间腐蚀控制措施晶间腐蚀控制措施从三个方面考虑：温度、停留时间、成分。从三个方面考虑：温度、停留时间、成分。l在焊接热循环过程中不可能不经历敏化温度区间在焊接热循环过程中不可能不经历敏化温度区间l关键是缩短在敏化温度区间的停留时间关键是缩短在敏化温度区间的停留时间l从成分上控制含从成分上控制含C量量l一旦产生晶间腐蚀倾向，可以通过焊后固溶处理、或稳定化一旦产生晶间腐蚀倾向，可以通过焊后固溶处理、或稳定化处理（在处理（在850900加热加热2h，促进，促进Cr的扩散），消除贫的扩散），消除贫Cr现象。现象。57（2） 焊缝区晶间腐蚀焊缝区晶间腐蚀 产生条件：产生条件

41、：l普通普通188型奥氏体钢焊缝，不含型奥氏体钢焊缝，不含Til多层焊多层焊l前层焊道又经历了前层焊道又经历了6001000加热的情况加热的情况 防止及消除办法：防止及消除办法：l降低填充焊接材料的含降低填充焊接材料的含C量，量，1Cr18Ni9l如果有如果有Cl- 造成的应力腐蚀，应选择高造成的应力腐蚀，应选择高Cr铁素体钢，或双相不锈钢，铁素体钢，或双相不锈钢，不宜用不宜用188l表面锤击或喷丸处理，形成压应力层表面锤击或喷丸处理，形成压应力层70（6）点蚀问题）点蚀问题l点蚀难以控制，且多为应力腐蚀的根源，主要原因是耐点蚀成分点蚀难以控制，且多为应力腐蚀的根源，主要原因是耐点蚀成分在晶界

42、偏析，在负偏析位置产生点蚀。在晶界偏析，在负偏析位置产生点蚀。l一般一般TIG焊自熔、填同质焊丝容易造成较大点蚀倾向，所以为防止焊自熔、填同质焊丝容易造成较大点蚀倾向，所以为防止点蚀，应该保证点蚀，应该保证Cr、Mo含量，适当提高焊含量，适当提高焊Ni量也可改善点蚀倾向。量也可改善点蚀倾向。71总结：奥氏体钢焊接性问题l裂纹：裂纹：热裂纹（焊缝区结晶裂纹、热影响区液化裂纹）热裂纹（焊缝区结晶裂纹、热影响区液化裂纹）l脆化脆化：粗晶脆化、高温脆化、低温脆化粗晶脆化、高温脆化、低温脆化l腐蚀腐蚀：晶间腐蚀（焊缝区、热影响区敏化区、热影响区熔合区）、晶间腐蚀（焊缝区、热影响区敏化区、热影响区熔合区）

43、、应力腐蚀、点蚀应力腐蚀、点蚀72737475三、奥氏体钢的焊接工艺1焊接方法焊接方法l奥氏体钢导热系数小、线胀系数大，焊接时易产生比较奥氏体钢导热系数小、线胀系数大，焊接时易产生比较大的残余变形、应力，所以应选择能量集中的焊接方法，大的残余变形、应力，所以应选择能量集中的焊接方法，如如TIG、MIG，手工电弧焊、埋弧焊也是生产中经常用，手工电弧焊、埋弧焊也是生产中经常用的焊接方法，的焊接方法，CO2焊只能用来焊接耐热钢，不适用于不焊只能用来焊接耐热钢，不适用于不锈钢的焊接，因为会导致焊缝增碳，影响焊缝抗裂性能锈钢的焊接，因为会导致焊缝增碳，影响焊缝抗裂性能和抗腐蚀的能力。和抗腐蚀的能力。76

44、2焊接材料焊接材料l一般采用成分与母材接近的焊丝，以保证焊缝抗裂性能和抗腐蚀一般采用成分与母材接近的焊丝，以保证焊缝抗裂性能和抗腐蚀的能力。的能力。l如常用的焊条如常用的焊条A102、A302。A102- E308-16 A302-E309-1677钢种钢种手工电弧焊手工电弧焊焊条焊条 埋弧自动焊埋弧自动焊 气体保护焊气体保护焊 焊丝焊丝 焊剂焊剂焊丝焊丝气体气体0Cr131Cr13E1-13-15 E0-19-10-16 E0-19-10Nb-16H0Cr14HJ260H0Cr14A r2Cr13E1-13-15 E0-19-10-16 E0-19-10Nb-16H1Cr17HJ260H1C

45、r17A r0Cr18Ni9 1Cr18Ni9E0-19-10-16 E0-19-10Nb-16H0Cr21Ni10 H0Cr20Ni10TiH0Cr20Ni10NbHJ260 SJ601H0Cr21Ni10 H0Cr20Ni10Ti H0Cr20Ni10NbA r0Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9TiE0-19-10Nb-16H0Cr20Ni10Ti H0Cr20Ni10NbHJ260 SJ601H0Cr20Ni10Ti H0Cr20Ni10NbA rCr25Ni13E1-23-13-16 Cr20Ni14Si2E1-23-13Mo2-16H0Cr20Ni14Mo3Cr25Ni20E2-

46、26-21-16GBT983-1995不锈钢焊条不锈钢焊条GBT 17853-1999 不锈钢药芯焊丝不锈钢药芯焊丝YBT 5091-1993 惰性气体保护焊接用不锈钢棒及钢丝惰性气体保护焊接用不锈钢棒及钢丝YBT 5092-2005 焊接用不锈钢丝焊接用不锈钢丝 783焊接热输入焊接热输入l热输入应小，通常比一般碳钢低热输入应小，通常比一般碳钢低2030。过高的热输。过高的热输入会造成焊缝开裂、降低抗腐蚀性能降低、残余变形大等入会造成焊缝开裂、降低抗腐蚀性能降低、残余变形大等问题。采用小电流、低电压、小焊道、快速焊，可以采取问题。采用小电流、低电压、小焊道、快速焊，可以采取必要的水冷措施。必

47、要的水冷措施。l不锈钢焊条由于焊芯电阻大、导热系数小，产热多而散热不锈钢焊条由于焊芯电阻大、导热系数小，产热多而散热少，热胀系数大，往往导致药皮发红、脱落，所以一般会少，热胀系数大，往往导致药皮发红、脱落，所以一般会规定电流的使用范围。规定电流的使用范围。794预热及焊后热处理预热及焊后热处理l奥氏体钢一般不进行预热，而且为防止热裂纹和铬碳化物的析出奥氏体钢一般不进行预热，而且为防止热裂纹和铬碳化物的析出希望层间温度低一些，通常在希望层间温度低一些，通常在250以下。以下。l焊后不推荐进行热处理，只有在接头发生了脆化，或需要提高耐焊后不推荐进行热处理，只有在接头发生了脆化，或需要提高耐腐蚀性能

48、时才进行焊后热处理。腐蚀性能时才进行焊后热处理。80（1）固溶处理）固溶处理l用于耐腐蚀要求很高，且焊接时析出了碳化物脆性用于耐腐蚀要求很高，且焊接时析出了碳化物脆性相的焊件，方法：均匀加热至相的焊件，方法：均匀加热至10501150，保温，保温1h，使析出相重新溶入奥氏体相，然后快冷。原则上，使析出相重新溶入奥氏体相，然后快冷。原则上只能整体加热，不能局部加热。只能整体加热，不能局部加热。81（2）稳定化处理）稳定化处理l将焊件加热到将焊件加热到850930，保温，保温2h后空冷，这样可后空冷，这样可加快加快Cr在奥氏体中的扩散速度，使在奥氏体中的扩散速度，使Cr能向晶界迁移，能向晶界迁移，

49、从而消除晶界由于析出从而消除晶界由于析出Cr23C6而产生的贫而产生的贫Cr现象，使现象，使金属耐腐蚀能力提高，同时降低残余应力。金属耐腐蚀能力提高，同时降低残余应力。825. 不锈钢的点焊不锈钢的点焊（1）奥氏体不锈钢、奥氏体铁素体不锈钢）奥氏体不锈钢、奥氏体铁素体不锈钢l点焊焊接性良好，尤其是电阻率高（为低碳钢的点焊焊接性良好，尤其是电阻率高（为低碳钢的56倍），热导倍），热导率低（为低碳钢的率低（为低碳钢的1/3）以及不存在淬硬倾向和不带磁性（奥氏体）以及不存在淬硬倾向和不带磁性（奥氏体铁素体不锈钢有磁性），因此无需特殊的工艺措施，采用普通铁素体不锈钢有磁性），因此无需特殊的工艺措施，采

50、用普通交流点焊机、简单焊接循环即可获得满意的焊接质量。交流点焊机、简单焊接循环即可获得满意的焊接质量。 83（2）点焊技术要点：）点焊技术要点：l可用酸洗可用酸洗 、砂布打磨或毡轮抛光等方法进行焊前表面清理，但对、砂布打磨或毡轮抛光等方法进行焊前表面清理，但对用铅锌或铝锌模成形的焊件必须采用酸洗方法。用铅锌或铝锌模成形的焊件必须采用酸洗方法。l采用硬规范、强烈的内部和外部水冷，可显著提高生产率和焊接采用硬规范、强烈的内部和外部水冷，可显著提高生产率和焊接质量。质量。l由于高温强度大、塑性变形困难，应选用较高的电极压力，以避由于高温强度大、塑性变形困难，应选用较高的电极压力，以避免产生喷溅和缩孔

51、、裂纹等缺陷。免产生喷溅和缩孔、裂纹等缺陷。l板厚大于板厚大于3mm时，常采用多脉冲焊接电流来改善电极工作状况，时，常采用多脉冲焊接电流来改善电极工作状况，其脉冲较点焊等厚低碳钢时要短且稀。这种多脉冲措施亦可用后其脉冲较点焊等厚低碳钢时要短且稀。这种多脉冲措施亦可用后热处理。热处理。8485例例1：1Cr18Ni9Ti不锈钢压力容器，平板对接，埋弧焊。壁厚不锈钢压力容器，平板对接，埋弧焊。壁厚2086l厚板埋弧焊厚板埋弧焊 （1）焊接材料：）焊接材料：H00Cr22Ni10（低碳，高（低碳，高Cr、Ni） 3焊丝，焊剂焊丝，焊剂HJ260（2）焊接顺序：先焊正面焊缝，然后焊反面一层（）焊接顺序

52、：先焊正面焊缝，然后焊反面一层（刀状腐蚀刀状腐蚀）（3）焊接参数：）焊接参数： 直流反接直流反接 1层层 I350400A U3032V V2628m/h 2层层 I350400A U3032V V3032m/h 层间温度低于层间温度低于120（4）焊后热处理：）焊后热处理： 焊后稳定化处理，焊后稳定化处理，90020,保温保温1h。87例例2：1Cr18Ni9Ti不锈钢球形容器封头，壁厚不锈钢球形容器封头，壁厚1.5 888块块 薄板薄板 TIG焊焊（1）焊接材料：）焊接材料：TIG焊，填丝焊，填丝1Cr18Ni9Ti 1.6 钨极钨极2（2）焊接工艺参数：）焊接工艺参数： I65A，氩气流

53、量，氩气流量4L/min （3）焊接热处理：不需）焊接热处理：不需89四、铁素体钢的焊接四、铁素体钢的焊接1铁素体钢的焊接性铁素体钢的焊接性l铁素体钢如：铁素体钢如：Cr13、Cr17 属于高属于高Cr钢，供货状态一般为退火态。钢，供货状态一般为退火态。可作为不锈钢、热稳定钢用。其焊接性比奥氏体钢差。可作为不锈钢、热稳定钢用。其焊接性比奥氏体钢差。l强度、抗腐蚀性能能及焊接性能不如奥氏体不锈钢好，它的优点强度、抗腐蚀性能能及焊接性能不如奥氏体不锈钢好，它的优点是抗氧化性好，成本低，抗应力腐蚀开裂性能比奥氏体不锈钢强。是抗氧化性好，成本低，抗应力腐蚀开裂性能比奥氏体不锈钢强。 l主要问题为焊接接

54、头的脆化问题、晶间腐蚀问题。主要问题为焊接接头的脆化问题、晶间腐蚀问题。 90（1）脆化问题）脆化问题 粗晶脆化粗晶脆化 因为铁素体钢在冷却过程中因为铁素体钢在冷却过程中没有重结晶的过程没有重结晶的过程，一直保持铁素体，一直保持铁素体，所以铁素体钢焊缝热影响区的晶粒粗化倾向比较大。接头过热所以铁素体钢焊缝热影响区的晶粒粗化倾向比较大。接头过热严重时，晶粒长大地非常剧烈，使得常温下的冲击韧性显著下降，严重时，晶粒长大地非常剧烈，使得常温下的冲击韧性显著下降，而且无法利用热处理消除。而且无法利用热处理消除。 析出物脆化：析出物脆化： 高高Cr铁素体钢对铁素体钢对C、N的溶解度比奥氏体钢小得多。在高

55、温溶解的的溶解度比奥氏体钢小得多。在高温溶解的C、N随着温度降低，溶解度降低，过饱和的随着温度降低，溶解度降低，过饱和的C、N在晶界析出，在晶界析出，形成形成Cr23C6和和Cr2N等化合物等化合物 91 475脆化脆化l铁素体钢含铁素体钢含Cr量高，量高，475脆化问题比较突出，所以必须缩短在脆化问题比较突出，所以必须缩短在该温度附近的停留时间。该温度附近的停留时间。相脆化相脆化l铁素体相多是产生铁素体相多是产生相的主要原因，所以铁素体钢的相的主要原因，所以铁素体钢的相脆化问题相脆化问题也是很严重的。也是很严重的。92（2）晶间腐蚀问题l铁素体钢比奥氏体钢的晶间腐蚀倾向更大，腐蚀部位在铁素体

56、钢比奥氏体钢的晶间腐蚀倾向更大，腐蚀部位在HAZ的的925熔合线之间。熔合线之间。l铁素体钢一般为退火态，组织状态为铁素体、少量碳化物及金属铁素体钢一般为退火态，组织状态为铁素体、少量碳化物及金属间化合物，分布均匀。间化合物，分布均匀。l焊接时加热到焊接时加热到925以上后，碳化物溶解到铁素体中，冷却过程中以上后，碳化物溶解到铁素体中，冷却过程中铁素体中的铁素体中的C扩散快，首先到达晶界，形成扩散快，首先到达晶界，形成Cr23C6，造成晶间贫，造成晶间贫Cr，但是这种现象可以通过在但是这种现象可以通过在650815短时加热，加快短时加热，加快Cr的扩散，的扩散，晶间贫晶间贫Cr得到改善。得到改

57、善。l当铁素体钢含当铁素体钢含Cr量高、或含有固量高、或含有固C元素时，如元素时，如Cr28、Cr17Ti、都可、都可以有效提高耐晶间腐蚀的能力。以有效提高耐晶间腐蚀的能力。932铁素体钢的焊接工艺铁素体钢的焊接工艺（1）焊接方法：）焊接方法：l可以采用手工电弧焊、可以采用手工电弧焊、TIG焊、埋弧焊、等离子弧焊等，能量集中焊、埋弧焊、等离子弧焊等，能量集中的焊接方法当然更好。的焊接方法当然更好。（2）焊接材料：）焊接材料： l当有耐蚀性、耐热性要求时，宜采用与母材成分相近的焊丝，当当有耐蚀性、耐热性要求时，宜采用与母材成分相近的焊丝，当对韧性要求高时可采用奥氏体焊接材料。对韧性要求高时可采用

58、奥氏体焊接材料。（3）焊接热输入：）焊接热输入：l由于铁素体钢有严重的脆化、晶间腐蚀倾向，热输入宜小。由于铁素体钢有严重的脆化、晶间腐蚀倾向，热输入宜小。 94（4）预热及层间温度：）预热及层间温度：l当有耐蚀性、耐热性要求时，宜采用与母材成分相近的焊丝，此当有耐蚀性、耐热性要求时，宜采用与母材成分相近的焊丝，此时需要焊前预热，时需要焊前预热，150230，含，含Cr量越高预热温度越高，且焊量越高预热温度越高，且焊后热处理。但是预热的作用不是防止冷裂纹，而是为了在良好的后热处理。但是预热的作用不是防止冷裂纹，而是为了在良好的韧性条件下进行焊接，并减少焊缝的收缩力，因为铁素体钢在常韧性条件下进行

59、焊接，并减少焊缝的收缩力，因为铁素体钢在常温下韧性差，而温度提高时明显得到改善。但是从焊接接头脆化温下韧性差，而温度提高时明显得到改善。但是从焊接接头脆化的角度出发，预热温度不宜过高。的角度出发，预热温度不宜过高。l当采用奥氏体焊接材料时不需预热。当采用奥氏体焊接材料时不需预热。95（5）焊后热处理：）焊后热处理：l采用与母材成分相近的焊丝时，焊后需要进行采用与母材成分相近的焊丝时，焊后需要进行750800退火处退火处理，使理，使Cr的分布更加均匀，碳化物球化，恢复耐腐蚀性能、改善的分布更加均匀，碳化物球化，恢复耐腐蚀性能、改善接头塑性。退火快冷可以防止脆性相形成。接头塑性。退火快冷可以防止脆

60、性相形成。l采用奥氏体焊接材料时不需焊后热处理。采用奥氏体焊接材料时不需焊后热处理。96五、马氏体钢的焊接五、马氏体钢的焊接1马氏体钢的焊接性马氏体钢的焊接性l马氏体钢如：马氏体钢如：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13（不锈钢）、（不锈钢）、Cr9、Cr12（热强钢）。是在铁素体钢的基础上增加了（热强钢）。是在铁素体钢的基础上增加了C，室温组织为马氏体。一般，室温组织为马氏体。一般为调质态供货。主要问题为冷裂纹问题、脆化问题。其焊接性比奥氏体为调质态供货。主要问题为冷裂纹问题、脆化问题。其焊接性比奥氏体钢、铁素体钢都差。钢、铁素体钢都差。（1）冷裂纹问题）冷裂纹问题l马氏体钢淬硬倾