5焊接工藝—不銹鋼的焊接

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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 YAG-MAG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 不銹鋼的定 義 原 義 型 習(xí) 慣 型 廣 義 型 僅 指 在 無 污 染 的 大 氣環(huán) 境 中 能 夠 不 生 銹 的 鋼 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 泛 指 耐 蝕 鋼 和 耐 熱 鋼 ， 統(tǒng) 稱

2、為 不 銹 鋼 Stainless Steels 不銹鋼 不 銹 鋼 是 耐 蝕 和 耐 熱 高 合 金 鋼 的 統(tǒng) 稱 。不 銹 鋼 通 常 含 有Cr（ wCr 12%）、 Ni、 Mn、 Mo等 元 素 ， 具 有 良 好 的 耐 腐 蝕 性 、耐 熱 性 和 較 好 的 力 學(xué)性 能 ， 適 于 制 造 要 求 耐 腐 蝕 、抗 氧 化 、 耐 高 溫 和 超低 溫 的 零 部 件 和 設(shè) 備 二 、 不 銹 鋼 及 耐 熱 鋼 的 分 類按 主 要化 學(xué) 成 分 分 類 鉻 錳 氮 不 銹 鋼 鉻 鎳不 銹 鋼 鉻不 銹 鋼 指 Cr的 質(zhì) 量 分 數(shù) 介 于12% 30%之 間 的

3、 不 銹鋼 ， 其 基 本 類 型 為 Cr13型 Cr的 質(zhì) 量 分 數(shù) 介 于 12% 30%，Ni的 質(zhì) 量 分 數(shù) 介 于 6% 12%和含 其 他 少 量 元 素 的 鋼 種 ， 基本 類 型 為 Cr18Ni9鋼 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 ， 可減 少 鎳 的 含 量 如 1Cr18Mn8Ni5N、 1Cr18Mn6Ni5N 按用途分類 超 低 碳 Cr-Ni鋼 (如 00Cr25Ni22Mo2、00Cr22Ni5Mo3N)等低 碳 Cr-Ni鋼 （ 如 0Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti） 高 Cr鋼

4、 （ 如 1Cr13、 2Cr13） 不銹 鋼 抗 氧 化 鋼 熱強(qiáng) 鋼 高 Cr鋼 （ 如 1Cr17、 1Cr25Si2） Cr-Ni鋼 如 1Cr18Ni9Ti、 1Cr16Ni25Mo6、4Cr25Ni20、 4Cr25Ni34等 Cr-Ni鋼（ 如 2Cr25Ni20、 2Cr25Ni20Si2） 以 Cr12為 基 的 多 元 合 金 化 高 Cr鋼 （ 如 1Cr12MoWV） 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500 ， 要 求 耐 腐 蝕 ， 對 強(qiáng) 度 要 求 不高 。 在 高 溫 下 具

5、 有 抗 氧 化 性 能 的 鋼 ， 它 對高 溫 強(qiáng) 度 要 求 不 高 。 工 作 溫 度 可 高 達(dá)900 1100 。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)600 800 。 按 組 織分 類 奧 氏 體 鋼 鐵 素 體 鋼 馬 氏 體 鋼 鐵 素 體 奧 氏 體 雙 相 鋼 18-8:0Cr19Ni9、 1Cr18Ni9Ti(18-8Ti) 25-20:2Cr25Ni20Si2、 4Cr25Ni20 25-35:0Cr21Ni32、 4Cr25Ni35 沉 淀硬 化 鋼 1Cr17、 1Cr25Si

6、2 000Cr30Mo2 Cr13、 2Cr13、 3Cr13、 4Cr13及 1Cr17Ni12 、 1Cr12MoWV 00Cr18Ni5Mo3Si2、0Cr25Ni5Mo3N、 00Cr22Ni5Mo3N 0Cr17Ni4Cu4Nb， 簡 稱 17-4PH 0Cr17Ni7Al， 簡 稱 17-7PH 按 室 溫 組 織 分 類 GB/T 20878-2007 不 銹 鋼 和 耐 熱 鋼 牌 號(hào) 及 化 學(xué) 成 分 1) A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 磁 性 ， 主要 通 過 冷 加 工 使 其 強(qiáng) 化 （ 并

7、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) 的 鎳 （ 鎳 的 質(zhì) 量 分 數(shù) 為 8% 25%） 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 Cr-Ni鋼 最 為 典 型 。 （ 固 溶 態(tài) 供 貨 ） ， 綜 合 性 能 最 好18-8型 ： 1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni825-20型 ： 2Cr25Ni20Si2 4Cr25Ni2025-35型 ： 4Cr25Ni35 4Cr25Ni35Nb2)F型 不 銹 鋼 ： 基 體 以 體 心 立 方 晶 體 結(jié)

8、 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 為鐵 素 體 ， 鉻 的 質(zhì) 量 分 數(shù) 在 11.5% 32.0%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 。 常 為 耐 蝕 鋼 :1Cr17、 1Cr25Si2、 000Cr30Mo2 按 室 溫 組 織 分 類3)M型 不 銹 鋼 ： 基 體 為 馬 氏 體 組 織 ， 有 磁 性 ， 通 過 熱 處 理 可

9、調(diào) 整 其 力 學(xué) 性能 的 不 銹 鋼 。 這 類 鋼 中 鉻 的 質(zhì) 量 分 數(shù) 為 11.5% 18.0%。 Cr13系 列 最 為 典型 ， 如 1Cr13、 2Cr13、 3Cr13、 4Cr13及 1Cr17Ni12， 常 用 作 不 銹 鋼 。 熱處 理 對 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) 。 4) A-F（ 雙 相 ） 型 不 銹 鋼 ： 基 體 兼 有 奧 氏 體 和 鐵 素 體 兩 相 組 織 （ 其 中 較 少相 的 含 量 一 般 大 于 15%

10、） ， 有 磁 性 ， 可 通 過 冷 加 工 使 其 強(qiáng) 化 的 不 銹 鋼 。 鋼中 鐵 素 體 占 60 40 ， 奧 氏 體 占 40 60 ， 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 。 （ 固 溶 態(tài) 供 貨 ） ， 腐 蝕 性 能 最 好 18-5型 ： 00Cr18Ni5Mo3Si2； 22-5型 :00Cr22Ni5Mo3N 25-5型 ： 0Cr25Ni5Mo3N；5)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 形成 析 出 硬 化 相 的

11、高 強(qiáng) 鋼 ， 主 要 用 作 高 強(qiáng) 度 不 銹 鋼 。 （ 時(shí) 效 處 理 態(tài) 供 貨 ） M， A+M 0Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)； 0Cr17Ni7Al(17-7PH) 第 二 節(jié) 不 銹 鋼 的 特 性1. 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

12、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型奧氏體鋼不呈現(xiàn)磁性；18-8型奧氏體鋼在退火狀態(tài)下雖無磁性，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 3-7 常 用 不 銹 鋼 種 的 化 學(xué) 成 分 (質(zhì) 量 分 數(shù) ， %)AISI牌 號(hào) GB C Cr Mo Ni 組 織 結(jié) 構(gòu) 17-4PH 0Cr17Ni4Cu4Nb 0.07max 15.0-17.5 - 3.0-5.0 PH410 1Cr13 0.15 max 11.5-13.5 - -

13、Mart430 1Cr17 0.12 max 16.0-18.0 - - Ferr304 0Cr18Ni9 0.08 max 18.0-20.0 - 8.0-10.5 Aus304L 00Cr18Ni11 0.03 max 18.0-20.0 - 8.0-12.0 Aus 316 0Cr17Ni12Mo2 0.08 max 16.0-18.0 2.0-3.0 10.0-14.0 Aus316L 00Cr17Ni14Mo2 0.03 max 16.0-18.0 2.0-3.0 10.0-14.0 Aus317L 00Cr19Ni13Mo3 0.03 max 18.0-20.0 3.0-4.0 1

14、1.0-15.0 Aus904L 00Cr20Ni25Mo4 0.02 max 19.0-23.0 4.0-5.0 23.0-28.0 Aus2205 00Cr22Ni5Mo3 0.03 max 21.0-23.0 2.5-3.5 4.5-6.5 Dup2205N 00Cr22Ni5Mo3N 0.03 max 22.0-23.0 3.0-3.5 4.5-6.5 Dup 一 般 常 用 不 銹 鋼 種 退 火 后 的 最 低 力 學(xué) 性 能AISI牌 號(hào) GB 屈 服 強(qiáng) 度Mpa 抗 拉 強(qiáng) 度Mpa 伸 長 率 ， %17-4PH 0Cr17Ni4Cu4Nb 1172 1310 10410

15、1Cr13 207 448 22430 1Cr17 207 448 22304 0Cr18Ni9 207 517 40304L 00Cr18Ni11 172 483 40316 0Cr17Ni12Mo2 207 517 40 316L 00Cr17Ni14Mo2 172 483 40317L 00Cr19Ni13Mo3 207 517 40904L 00Cr20Ni25Mo4 220 490 352205 00Cr22Ni5Mo3 450 620 252205N 00Cr22Ni5Mo3N 450 620 25 3.不 銹 鋼 的耐 蝕 性 能 應(yīng) 力 腐 蝕 （ SCC):不 銹 鋼 在 特

16、 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 的 腐 蝕 現(xiàn) 象 。 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 ） ： 金 屬 材 料 表 面 大 部 分不 腐 蝕 或 腐 蝕 輕 微 ， 而 分 散 發(fā) 生 的

17、局 部 腐 蝕 均 勻 腐 蝕 ： 接 觸 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

18、產(chǎn) 生 一 般 在 500 900 長 時(shí) 加 熱 有 利 于 相 的形 成 。 多 分 布 在 晶 界 ， 降 低 韌 性 。475 脆 性 ： 主 要 出 現(xiàn) 在 Cr 15%的 鐵 素 體 鋼中 。 430 480 之 間 長 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 ： 在 高 溫 下 長 時(shí) 間 工 作 時(shí) 對 斷 裂 的 抗 力（ 持 久 強(qiáng) 度 ） ， 或 在

19、高 溫 下 長 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 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 及耐 熱 鋼 的高 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 型類型 18-8型 奧氏 體 不 銹 鋼 18-12Mo型奧 氏 體 不 銹 鋼 為 克 服 晶 間 腐 蝕 傾 開 發(fā) 了 1Cr18Ni9Ti和 0Cr18Ni11Nb等

20、主 要 牌 號(hào) 有 1Cr18Ni9和 0Cr18Ni9 25-20型 奧氏 體 不 銹 鋼 超 低 碳 18-8型 不 銹 鋼 ，如 00Cr19Ni10等 0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti等 牌 號(hào) 有 0Cr25Ni20等 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

21、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 體不 銹 鋼焊 接 性分 析 奧 氏 體 不 銹 鋼焊 接 接 頭 的 耐 蝕 性熱 裂 紋 析 出 現(xiàn) 象 低 溫 脆 化 晶 間 腐 蝕 應(yīng) 力 腐蝕 開 裂（ SCC） 熱 影 響 區(qū) 敏 化 區(qū) 晶 間

22、 腐 蝕 焊 縫 區(qū) 晶 間 腐 蝕 點(diǎn)蝕 刀 狀 腐 蝕 腐 蝕 介 質(zhì) 的 影 響 焊 接 應(yīng) 力 的 作 用 合 金 元 素 的 作 用 奧 氏 體 鋼 焊 接 接 頭 有 點(diǎn) 蝕傾 向 ， 雙 相 鋼 有 時(shí) 也 會(huì) 有點(diǎn) 蝕 產(chǎn) 生 。 1 奧 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)

23、象 ， 如 圖 4-3所 示 。 它 發(fā) 生 的 部 位是 在 熱 循 環(huán) 峰 值 溫 度 600 1000 的 熱 影 響 區(qū) ， 如 圖 3-10a所 示 ； 也 有的 發(fā) 生 在 焊 縫 金 屬 上 ， 如 圖 3-10b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 腐蝕 ， 如 圖 3-10c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

24、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 b)在 焊 縫 上 c)熔 合 線 刀 狀 腐 蝕圖 3-10 焊 接 接 頭 的 晶 間 腐 蝕 18-8鋼焊接接頭晶間腐蝕現(xiàn)象圖 4-3 18-8不 銹 鋼 焊 接 接 頭 可 能 出 現(xiàn) 晶 間 腐 蝕 的 部 位1HAZ敏 化 區(qū) 2焊 縫 區(qū) 3熔 合 區(qū)

25、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 ： 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)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 腐蝕 過 程 ， 出 現(xiàn) 了 腐 蝕 速 度 降 低 的 現(xiàn) 象 ， 叫 鈍 化 ，

26、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 型金 屬 。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 等溫 度 超 過 300 的 熱 作 工 藝 ， 使 得 在 晶 界 析 出 了 碳 化 鉻 、 氮 化 鉻 、 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 近的 狹 長 地 區(qū) 產(chǎn) 生 了 貧 鉻 區(qū) ， 使 不 銹 鋼 產(chǎn) 生 與 提 高 了

27、晶 間 腐 蝕 敏 感 性 ，不 銹 鋼 的 這 種 受 熱 過 程 叫 敏 化 。 固溶處理固 溶 處 理 (solution heat treatment) ： 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)入 基 體 中 ， 通 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 ，這 種 熱 處 理 叫 固 溶 處 理 。 碳 化 鉻 ： 不 銹 鋼 在 300 950 溫 度 范 圍 內(nèi) 可 能 在 晶 界 析 出 碳 化 鉻

28、 。 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

29、 解 。貧 鉻 區(qū) ： 不 銹 鋼 在 300 以 上 的 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 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

30、 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)間的部位（故稱敏化區(qū)）所發(fā)生的晶間腐蝕。奧氏體不銹鋼長期加熱而導(dǎo)致晶間腐蝕

31、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 3-11 晶 間 腐 蝕 貧 鉻 理 論 示 意 圖 圖 3-12 00Cr20Ni10-晶 界 上Cr23C6沉 淀 項(xiàng) 析 出 500 x2x 00Cr20Ni1

32、0不 銹 鋼 帶 極 埋 弧 堆 焊 后 530 保 溫 50小 時(shí) ， 發(fā) 現(xiàn) -晶 界 上 有Cr23C6沉 淀 ， 如 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 射分 析 (XRD)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 前 解 釋 18-8型 不 銹 鋼 焊 接

33、 接 頭 晶 間 腐 蝕 的 主要 理 論 依 據(jù) 。 3） 刀 狀 腐 蝕 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 3 5個(gè) 晶 粒 ， 逐 步 擴(kuò) 展 到 1.0 1.5mm。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 的焊 趾 啟 裂 ,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) ： 與 M 23C6沉 淀

34、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) 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)

35、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

36、 （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18-8Nb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不 銹 鋼 焊 趾 處 的 應(yīng) 力 腐 蝕 裂 紋 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

37、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 ： 環(huán) 境 選 擇 性 的 腐 蝕 介 質(zhì) 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

38、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 數(shù) 為 3% 12%， 在鎢 極 氬 弧 焊 （ TIG） 時(shí) ， 枝 晶 晶 界 Mo量 與 其 晶 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

39、 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

40、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)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 3-8 00Cr20Ni10Nb 奧 氏 體 焊 縫 的 結(jié) 晶 裂紋 圖 3-9 含 硼 304鋼 HAZ晶 界 液 化 裂 紋 3) 奧氏體鋼及焊縫的合金組成較

41、復(fù)雜，不僅S、P、Sn、Sb之類雜質(zhì)可形成易溶液膜，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

42、-Cr-Ni三元合金一個(gè)70%Fe的偽二元相圖。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 。 可 有 四 種 凝 固 模 式 ： 如 圖

43、 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 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 濕 理 論

44、 指 出 ， 偏 析 液 膜 能 夠 潤 濕 - 、 - 界 面 ， 不 能 潤 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Cr

45、eq/Nieq比值，而并非室溫相數(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1.5 2.0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

46、 的 熱 裂 敏感 性 。 (3) 化 學(xué) 成 分 對 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 作用 。 對 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?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 元素 共 存 時(shí) 發(fā) 生 的 作 用 ， 往 往 不 盡 相 同 ， 甚 至 可 能 相 反 。 1）

47、 Mn的 影 響 在 單 相 奧 氏 體 鋼 中 Mn的 作 用 有 利 ， 但 若 同 時(shí) 存 在 Cu時(shí) ， Mn與 Cu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 。2） S、 P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 裂敏 感 性 。 在

48、 焊 縫 中 ， 硫 對 熱 裂 的 敏 感 性 比 磷 弱 ， 這 是 因 為 在 焊 縫 中 硫能 形 成 MnS， 并 且 離 散 地 分 布 在 焊 縫 中 。 在 熱 影 響 區(qū) 中 ， 硫 比 磷 對 裂紋 敏 感 性 更 強(qiáng) ， 這 是 因 為 硫 比 磷 的 擴(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 數(shù) 應(yīng) 限 制 在 0.015%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

49、， 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

50、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 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 抗 裂 性 的 影 響 不 如 鈮 的 明 顯 ， 因 為 鈦 與 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 母 材

51、 及 熱 影 響 區(qū) 的 液 化 裂 紋 的 形 成 有影 響 。6） 碳 的 影 響 碳 對 于 熱 裂 敏 感 性 的 影 響 僅 在 一 次 結(jié) 晶 為 奧 氏體 的 單 相 奧 氏 體 化 的 焊 縫 金 屬 中 ， 碳 對 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 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

52、 。 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 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 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

53、式 的 元 素 ，該 元 素 必 會(huì) 增 大 焊 縫 的 熱 裂 傾 向 。 (4) 焊 接 工 藝 的 影 響 在 合 金 成 分 一 定 的 條 件 下 ， 焊 接 工藝 對 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

54、 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 為 隨 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 FA AF A， 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

55、熱 裂 性 而 設(shè)計(jì) 的 體 積 分 數(shù) 為 3 5 或 更 高 的 鐵 素 體 組 織 的 焊 縫 ， 在 650 850高 溫 持 續(xù) 服 役 的 過 程 中 會(huì) 發(fā) 生 相 的 脆 變 。 在 不 銹 鋼 中 ， 相 通 常 只 有 在 鉻 的 質(zhì) 量 分 數(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

56、 的 相 易 于轉(zhuǎn) 變 析 出 相 。 相 是 指 一 種 脆 硬 而 無 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 腐 蝕 敏 感 性 。 相 的 產(chǎn) 生 ， 是 或 是 。 不 同 鋼 號(hào) 析 出 相 的 敏 感 溫 度 區(qū) 不 同 。 例 如 ， 0Cr25Ni20奧 氏 體 不 銹鋼 ， 在 溫 度 低 于 800 時(shí) ， 相 析 出 緩 慢 ； 當(dāng) 溫 度 高 于 900 時(shí) ， 相就 不 會(huì) 析 出 。 對 于 18-8型

57、 不 銹 鋼 當(dāng) 溫 度 超 過 850 時(shí) ， 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 相 的 脆 變 或 者 說 相 脆 化 程 度 輕 ， 可 以 長 時(shí) 間 工 作 。 相 ： 相 為 不 銹 鋼 中 常 見 的 金 屬 間 化 合 物 相 ， 名 義 成 分 為 FeCr，實(shí) 際 成 分 為 (FeNi)x(CrMo)y。 在 鐵 素 體 相 中 較 容 易 析 出 。 相 的 鉻 含量 為 42% 50%， 比 不 銹 鋼 的 平 均 鉻 含 量 高 。 屬 高 鉻 相 ， 因 而 相 在 晶界 析 出 時(shí) 也 可 使

58、 鄰 近 的 晶 粒 邊 緣 產(chǎn) 生 貧 鉻 區(qū) 。 但 相 在 晶 界 的 析 出 對晶 間 腐 蝕 敏 感 性 的 影 響 常 更 體 現(xiàn) 在 相 本 身 的 快 速 溶 解 。 對 于 晶 間 腐蝕 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 ， 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 ， 為 金 相 不 可 見 相 。 在 沸 騰 65%硝 酸 法 這 樣 氧 化 性 很 強(qiáng) 的 溶 液中 ， 兩 類 相 可 產(chǎn) 生 過 鈍 化 的 快 速 溶 解

59、 。 在 沸 騰 的 50%硫 酸 +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 相可 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 。 在 沸 騰 的 16%硫 酸 +硫 酸 銅 （ +銅 屑 ） 法 這 樣 弱 氧 化 性 的 介 質(zhì) 中 ， 相不 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

60、 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 貌不 同 ， 可 以 具 有 相 異 的 韌 性 水 平 。 、 低 溫 脆 化 為 滿 足 低 溫 韌 性 要 求 ， WM組 織 希 望 是 單 一 相 ， 成 為 完 全面 心 立 方 結(jié) 構(gòu)

61、， 盡 量 避 免 出 現(xiàn) 相 。 相 的 存 在 ， 總 是 惡 化 低 溫韌 性 。 其 實(shí) “ 鑄 態(tài) ” 焊 縫 中 的 相 因 形 貌 不 同 ， 可 以 具 有 相 異的 韌 性 水 平 。 超 低 碳 18-8鋼 焊 縫 中 通 常 可 能 見 到 三 種 形 態(tài) 的 相 :球 狀 、 蠕 蟲 狀 和 花 邊 條 狀 (Lacy Ferrite )， 而 以 蠕 蟲 狀 居 多 數(shù) 。恰 恰 是 蠕 蟲 狀 會(huì) 造 成 脆 性 斷 口 形 貌 ， 但 蠕 蟲 狀 對 抗 熱 裂 有 利 。從 低 溫 韌 性 的 角 度 考 慮 ， 希 望 稍 稍 提 高 Cr含 量 (對 于 1

62、8-8鋼 可 將Cr的 質(zhì) 量 分 數(shù) 提 高 到 稍 微 超 過 20%)， 以 獲 得 少 量 花 邊 條 狀 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 80%。 在 這 種情 況 下 ， 焊 縫 中 有 少 量 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.焊 接 材料 選 擇應(yīng) 注 意 的 問 題 應(yīng) 堅(jiān) 持 “ 適 用 性 原 則 ” 根 據(jù) 所 選 各 焊 接 材 料 的具 體 成 分 來 確 定 是 否 適 用 考 慮 具 體 應(yīng) 用 的 焊 接 方 法 和 工 藝 參 數(shù) 可 能

63、 造 成 的 熔 合 比 大 小 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 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 止焊 接 缺 陷 的 工 藝 焊 接 性 的 要 求 2.焊 接工 藝 要 點(diǎn) 合 理 選 擇 焊 接 方 法 控 制 焊 接 參 數(shù) ， 避 免接 頭 產(chǎn) 生 過 熱 現(xiàn) 象 接 頭 設(shè) 計(jì) 的 合 理 性應(yīng) 給 以 足 夠 的 重 視 盡 可 能 控 制 焊 接 工

64、 藝 穩(wěn)定 以 保 證 焊 縫 金 屬 成 分 穩(wěn) 定 控 制 焊 縫 成 形 防 止 焊 件 工 作 表 面 的 污 染 (1) 防 止 奧 氏 體 不 銹 鋼 焊 接 熱 裂 紋 的 措 施 1) 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 -鐵 素 體 （ 5%） 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 Mn， C,N 控 制 焊 縫 金 屬 中 的 鉻 鎳 比 ， 對 于

65、 18-8型 不 銹 鋼 來 說 ， 當(dāng) 焊 接 材 料的 鉻 鎳 比 小 于 1.61時(shí) ， 就 易 產(chǎn) 生 熱 裂 紋 ； 而 鉻 鎳 比 達(dá) 到 2.3 3.2時(shí) ， 就 可以 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 熱 裂 紋 的 產(chǎn) 生 。 對 于 不 允 許 存 在 鐵 素 體 的 純 奧 氏 體 焊 縫 ， 可 以 加 入 適 當(dāng) 的錳 ， 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

66、 不 銹 鋼 的 焊 接 工 藝 要 點(diǎn) 2)工 藝 措 施 采 用 適 當(dāng) 的 焊 接 坡 口 或 焊 接 方 法 ， 使 母 材 金 屬 在 焊 縫 金 屬 中 所占 的 分 量 減 少 (即 小 的 熔 合 比 )。 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 金 屬 ，以 防 止 熱 裂 紋 的 產(chǎn) 生 。 盡 量 選 用 低 氫 型 焊 條 和 無 氧 焊 劑 。 焊 接 參 數(shù) 應(yīng) 選 用 小 的 熱 輸 入(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 。 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 焊接 應(yīng) 力 ， 可 以 減 少 熱 裂 紋 的 產(chǎn)