不銹鋼及耐熱鋼的特點和焊接方法

1、不銹鋼及耐熱鋼的特點和焊接方法 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（wCr12%）、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，應(yīng)用十分廣泛，其焊接具有特殊性。4.1 不銹鋼及耐熱鋼的分類及特性4.1.1 不銹鋼的基本定義 不銹鋼的定義 不銹鋼是指能耐空氣、水、酸、堿、鹽及其溶液和其他腐蝕介質(zhì)腐蝕的，具有高度化學(xué)穩(wěn)定性的合金鋼的總稱4.1.2 不銹鋼及耐熱鋼的分類1按主要化學(xué)成分分類(1) 鉻不銹鋼 指Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于12%30%之間的不銹鋼，其基本類型為Cr13型。(2) 鉻鎳不銹鋼 指Cr

2、的質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于12%30%，Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于6%12%和含其他少量元素的鋼種，基本類型為Cr18Ni9鋼。(3) 鉻錳氮不銹鋼 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。這類鋼種如1Cr18Mn8Ni5N、1Cr18Mn6Ni5N等。2按用途分類(1)不銹鋼（指習(xí)慣型含義）(2) 抗氧化鋼(3) 熱強(qiáng)鋼3按組織分類 按空冷后室溫來分類，是應(yīng)用最廣泛的分類方法。(1)奧氏體鋼 是在高鉻不銹鋼中添加適當(dāng)?shù)逆嚕ㄦ嚨馁|(zhì)量分?jǐn)?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。 (2) 鐵素體鋼 顯微組織為鐵素體，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在11.

3、5%32.0%范圍。主要用作耐熱鋼（抗氧化鋼），也用作耐蝕鋼，如1Cr17、1Cr25Si2。鐵素體鋼以退火狀態(tài)供貨。 (3) 馬氏體鋼 顯微組織為馬氏體，這類鋼中鉻的質(zhì)量分?jǐn)?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) 鐵素體奧氏體雙相鋼 鋼中鐵素體占6040，奧氏體占4060，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。 (5) 沉淀硬化鋼 經(jīng)時效強(qiáng)化處理以形成析出硬化相的高強(qiáng)鋼，主要用作高強(qiáng)度

4、不銹鋼。典型鋼種，如0Cr17Ni4Cu4Nb，簡稱17-4PH；半奧氏體（奧氏體馬氏體）沉淀硬化鋼，如0Cr17Ni7Al，簡稱17-7PH。所以，也常稱這類鋼為PH不銹鋼（Precipitation Hardening Stainless Steels）。4.1.3 不銹鋼及耐熱鋼的特性1不銹鋼的物理性能不銹鋼的物理性能對焊接性構(gòu)成影響的主要有兩方面： 1 、導(dǎo)熱系數(shù)小，僅為低碳鋼的1/3 2 、熱膨脹系數(shù)大，比低碳鋼大50%2不銹鋼的耐蝕性能 不銹鋼的主要腐蝕形式有均勻腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕等。 （1）均勻腐蝕 均勻腐蝕是指接觸腐蝕介質(zhì)的金屬表面全部產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象。(2) 點腐

5、蝕 點腐蝕是指在金屬材料表面大部分不腐蝕或腐蝕輕微，而分散發(fā)生高度的局部腐蝕，又稱坑蝕或孔蝕（Pitting Corrosion），常見蝕點的尺寸小于1mm，深度往往大于表面孔徑，輕者有較淺的蝕坑，嚴(yán)重的甚至形成穿孔。不銹鋼常因Cl的存在而使鈍化層局部破壞以至形成腐蝕坑。 (3) 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，縫隙中溶液流動將發(fā)生遲滯現(xiàn)象，以至溶液局部Cl濃化，形成濃差電池，從而導(dǎo)致縫隙中不銹鋼鈍化膜吸附Cl而被局部破壞的現(xiàn)象稱為縫隙腐蝕 (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

6、粒彼此間已失去聯(lián)系，敲擊時已無金屬的聲音，鋼質(zhì)變脆。晶間腐蝕多半與晶界層“貧鉻”現(xiàn)象有聯(lián)系。(5) 應(yīng)力腐蝕 也稱應(yīng)力腐蝕開裂（Stress Corrosion Cracking，簡稱SCC），是指不銹鋼在特定的腐蝕介質(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。不銹鋼的應(yīng)力腐蝕大部分是由氯引起的。高濃度苛性堿、硫酸水溶液等也會引起應(yīng)力腐蝕。 3不銹鋼及耐熱鋼的高溫性能 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，同時又有足夠的強(qiáng)度即熱強(qiáng)性。(1)高溫性能 不銹鋼表面形成的鈍化膜不僅具有抗氧化和耐腐蝕的性能，而且還可提高使用溫度。(2) 合金化問題 耐熱鋼的高溫性能中首

7、先要保證抗氧化性能。為此鋼中一般均含有Cr、Si或Al，可形成致密完整的氧化膜而防止繼續(xù)發(fā)生氧化。 熱強(qiáng)性是指在高溫下長時間工作時對斷裂的抗力（持久強(qiáng)度），或在高溫下長時間工作時抗塑性變形的能力（蠕變抗力）。 為提高鋼的熱強(qiáng)性，其措施主要是： 1) 提高Ni量以穩(wěn)定基體，利用Mo、W固溶強(qiáng)化，提高原子間結(jié)合力。 2) 形成穩(wěn)定的第二相，主要是碳化物相（MC、M6C、或M23C6）。因此，為提高熱強(qiáng)性希望適當(dāng)提高碳含量（這一點恰好同不銹鋼的要求相矛盾）。如能同時加入強(qiáng)碳化物形成元素Nb、Ti、V等就更有效。 3) 減少晶界和強(qiáng)化晶界，如控制晶粒度并加入微量硼或稀土等，如奧氏體鋼0Cr15Ni26

8、Ti2MoVB中添加wB 0.003%。(3) 高溫脆化問題 耐熱鋼在熱加工或長期工作中，可能產(chǎn)生脆化現(xiàn)象。除了Cr13鋼在550附近的回火脆性、高鉻鐵素體鋼的晶粒長大脆化，以及奧氏體鋼沿晶界析出碳化物所造成的脆化之外，值得注意的還有475脆性和相脆化。 1）475脆性主要出現(xiàn)在Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過15%的鐵素體鋼中。在430480之間長期加熱并緩冷，就可導(dǎo)致在常溫時或負(fù)溫時出現(xiàn)強(qiáng)度升高而韌性下降的現(xiàn)象，稱之為475脆性。 2）相脆化：在高溫條件下由相中析出一種硬度高達(dá)68HRC的脆性相導(dǎo)致的脆化。4.2 奧氏體不銹鋼的焊接奧氏體鋼由高溫冷卻下來時不發(fā)生任何組織變化，直到室溫或更低的溫度下仍保持

9、奧氏體組織。顯微組織：奧氏體 一般屬于耐蝕鋼成分：高鉻不銹鋼+適量的Ni 825%典型鋼種：18-8鋼 0Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti25-20鋼 2Cr25Ni20Si2 4Cr25Ni2025-35鋼 0Cr21Ni32 4Cr25Ni35 4Cr25Ni35Nb4.2.2 奧氏體不銹鋼焊接性分析奧氏體鋼的焊接性問題主要有：熱裂紋、接頭耐蝕性、脆化1奧氏體不銹鋼焊接接頭的耐蝕性(1) 晶間腐蝕 18-8鋼焊接接頭有三個部位能出現(xiàn)晶間腐蝕現(xiàn)象，如圖4-3所示。 圖4-3 18-8鋼焊接接頭晶間腐蝕現(xiàn)象 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

10、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。 焊縫中鐵素體()的作用：其一，可打亂單一 相柱狀晶的方向性，不形成連續(xù)貧Cr層；其二，鐵素體()富Cr，有良好的供Cr條件，可減少 相 晶粒形成貧Cr層，一般鐵素體()在412左右 鉻當(dāng)量 Creq=Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb+3Al+5V 鎳當(dāng)量 2）熱影響區(qū)敏化區(qū)晶間腐蝕 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。 和恒溫加熱不同，由于焊接是一個快速連續(xù)加熱的過程，所以

11、有一個過熱度，敏化區(qū)溫度范圍不是450-850，而是600-1000。 只有普通的18-8鋼才會有敏化區(qū)，含有鈦、鈮的奧氏體不銹鋼、含有一定數(shù)量鐵素體的雙相不銹鋼、以至超低碳的奧氏體不銹鋼母材，不易有敏化區(qū)出現(xiàn)。 為防止敏化區(qū)腐蝕，一般傾向采用含鈦、鈮或低碳18-8鋼，比如1Cr18Ni9Ti,也可以采用超低碳不銹鋼00Cr18Ni11；在焊接工藝上應(yīng)采取小熱輸入、快速焊過程，以減少處于敏化加熱的時間。 圖4-5 0Cr18Ni9鋼熱影響區(qū)敏化區(qū)晶間腐蝕3）刀狀腐蝕 在熔合區(qū)產(chǎn)生的晶間腐蝕，有如刀削切口形式，故稱為“刀狀腐蝕”（Knife-line Corrosion），簡稱刀蝕，如圖4-7所

12、示。腐蝕區(qū)寬度初期不超過35個晶粒，逐步擴(kuò)展到。 圖4-7 刀狀腐蝕發(fā)生材質(zhì)：含有鈮、鈦的18-8鋼的過熱區(qū)產(chǎn)生原因：加入鈦的18-8型不銹鋼材料，固溶處理態(tài)（供貨態(tài)）時，鋼中只有很少量的碳和鈦溶入固溶體，其余大部分碳和鈦結(jié)合成游離的TiC。焊接時，這種鋼的焊接接頭的過熱區(qū)內(nèi)，加熱溫度超過1200的部位，NbC或TiC將全部或大部固態(tài)溶解于奧氏體晶粒內(nèi)。冷卻時，體積小且活潑的碳原子向奧氏體晶界擴(kuò)散并聚集于此，而Ti來不及擴(kuò)散留在晶內(nèi)。這種狀態(tài)如果再經(jīng)歷6001000中溫敏化加熱，就會在晶界產(chǎn)生Cr23C6沉淀，造成該區(qū)晶粒邊界的貧鉻。在一定腐蝕介質(zhì)作用下，將從表面開始產(chǎn)生晶間腐蝕，直至形成刀切

13、狀腐蝕破壞。形成刀蝕的必要條件是高溫過熱和中溫敏化。不含鈦或不含鈮的18-8鋼不應(yīng)有刀蝕發(fā)生，超低碳不銹鋼不但不發(fā)生敏化區(qū)腐蝕，也不會有刀蝕。 圖4-6 Cr23C6、TiC的析出溫度對于含有穩(wěn)定化元素的不銹鋼，可以采取以下方法來減少或避免晶間腐蝕的發(fā)生： 含碳量。近縫區(qū)的過熱避免在敏化溫度下工作焊后熱處理固溶處理：T1050-1150，使Cr23C6分解固溶。淬火冷卻，消除貧鉻層穩(wěn)定化退火處理：T850-9002h，使Cr23C6充分析出，Cr也擴(kuò)散均勻，消除貧鉻層。(2) 應(yīng)力腐蝕開裂（SCC） 應(yīng)力腐蝕開裂是構(gòu)件在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下所發(fā)生的脆性開裂現(xiàn)象。引起應(yīng)力腐蝕開裂須具備三個條

14、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。 要減小SCC的傾向，具體可以采取下列措施：選擇合適的材料改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工工藝注意保護(hù)奧氏體不銹鋼表面的鈍化膜 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 （4-4） 式中 T加熱溫度（）； t保溫時間（h）。 LMP越大，殘余應(yīng)力消除程度越大。 圖4-10 應(yīng)力腐蝕裂紋(3) 點蝕 奧氏體鋼焊接接頭有點蝕傾向，其實即使耐點蝕性優(yōu)異的雙相鋼有時也會有點蝕產(chǎn)生。提高耐點蝕性

15、能，措施：1.不能進(jìn)行自熔焊接；2.采用較母材更高Cr、Mo含量的“超合金化”焊接材料； 3.必須考慮母材的稀釋作用，以保證足夠的合金含量； 4.提高Ni量有利于減少微觀偏析，必要時考慮采用Ni基合金焊絲。 2熱裂紋奧氏體不銹鋼具有較高的焊接熱裂紋敏感性焊縫結(jié)晶裂紋和HAZ液化裂紋。25-20型奧氏體鋼焊接熱裂傾向最大，其次是18-8鋼。18-8型不銹鋼的熱裂紋主要是產(chǎn)生在焊縫中，如果鋼中含有鈮HAZ也可以產(chǎn)生液化裂紋。奧氏體鋼焊接易于熱裂的原因 1 導(dǎo)熱系數(shù)小、線膨脹系數(shù)大，焊縫凝固時產(chǎn)生的拉應(yīng)力較大； 2 奧氏體焊縫為方向性強(qiáng)的柱狀晶，易形成偏析 3 焊縫成分復(fù)雜（S、P、Sn、Sb、Si

16、、Nb）易形成多種低熔共晶。 熱裂紋與凝固模式 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。全鐵素體凝固模式(F) 晶粒界面： - 2.先鐵素體凝固模式(FA) 晶粒界面： (不會有熱裂傾向）3 .先奧氏體凝固模式 (AF) 晶粒界面： 4 .全奧氏體凝固模式(A) 晶粒界面： - 圖4-13 凝固模式對熱裂紋的影響 圖4-14 Fe-Cr-Ni三元合金一個70%Fe的偽二元相圖 圖4-17 熱裂傾向 (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)

17、行冶金化，還未能獲得完全有規(guī)律的認(rèn)識。因為，任何鋼種都是一個復(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發(fā)生的作用，往往不盡相同，甚至可能相反。 1）Mn的影響 2）S、P的影響3）Si的影響 4）鈮的影響 5）鈦的影響6）碳的影響7）硼的影響 (4) 焊接工藝的影響 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)降低焊接電流。增大焊接電流，焊接熱裂紋的產(chǎn)生傾向也隨之增大。 3. 析出現(xiàn)象 在不銹鋼中，相通常只有在鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于16%時才會析出，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

18、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。有時還增加了材料的腐蝕敏感性。相的產(chǎn)生，是或是。 4低溫脆化 為了滿足低溫韌性要求，有時采用18-8鋼，焊縫組織希望是單一相，成為完全面心立方結(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。 4.2.3 奧氏體不銹鋼的焊接工藝特點焊接方法的選擇焊接材料的選擇，不能只考慮焊接工藝性（如保證焊縫的外觀成形），而應(yīng)注意到焊縫成分要求，以保證抗晶間腐蝕性能和抗熱裂性能。P13

19、22.操作工藝 主要是采取措施避免焊縫HAZ過熱，這既有利于預(yù)防晶間腐蝕，又可以減小焊接變形。具體可以采取以下措施：（1）采用小電流焊接（2）盡量避免重復(fù)加熱（3）電弧要短（4）避免在焊件或焊縫上引弧，如果變形較大，只能冷矯，不能熱矯。（5）控制焊縫成形、保護(hù)焊件的工作表面應(yīng)處于正常狀態(tài)（6）.盡可能控制焊接工藝穩(wěn)定以保證焊縫金屬成分穩(wěn)定 4.3 鐵素體及馬氏體不銹鋼的焊接4.3.1 鐵素體不銹鋼焊接性分析1鐵素體不銹鋼的類型(1)普通鐵素體鋼 低鉻：00Cr12、0Cr13、0Cr13Al 中鉻：0Cr17Ti、1Cr17Mo 高鉻：1Cr25Ti、1Cr28(2)高純鐵素體鋼:限制C+N的

20、含量 2焊接性分析(1)晶間腐蝕(2)接頭脆化1）高溫脆性2）相脆化3） 475脆化 4.3.2 鐵素體不銹鋼的焊接工藝特點1焊接方法 2焊接材料的選擇同質(zhì)焊材：焊縫金屬呈粗大的鐵素體鋼組織，引起粗晶脆化，室溫下韌性低，易產(chǎn)生裂紋。應(yīng)盡量限制雜質(zhì)含量，提高其純度，同時進(jìn)行合理的合金化。異質(zhì)焊縫：A焊接材料（在不宜進(jìn)行預(yù)熱或焊后熱處理的情況下），焊后不可進(jìn)行退火處理，因F鋼退火溫度范圍（787843），正好處在A鋼敏化溫度區(qū)間，容易產(chǎn)生晶間腐蝕及脆化。3低溫預(yù)熱及焊后熱處理預(yù)熱溫度的選擇要慎重，一般控制在100200，隨著母材金屬中鉻含量的提高，預(yù)熱溫度可相應(yīng)提高。但預(yù)熱溫度過高，又會使焊接接頭

21、過熱而脆硬。 焊接時應(yīng)盡量采取小的熱輸入和較快的冷卻速度；多層焊時，還應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度。由于這類鋼在加熱和冷卻過程中不發(fā)生相變，所以晶粒長大后無法通過熱處理細(xì)化晶粒。焊后熱處理的目的僅在于使接頭組織均勻化而提高塑性和耐腐蝕性。一般采用回火處理。有時為了消除析出的脆性相，可在900以下加熱水淬，以得到單一的鐵素體組織。焊接工藝要點 從焊接工藝上應(yīng)防止過熱，即采用小線能量和窄焊道，并嚴(yán)格控制層間溫度，等前一焊道冷到預(yù)熱溫度時再焊下道焊縫。此外，焊條最好不要擺動。4.3.3 馬氏體不銹鋼焊接性分析馬氏體鋼含鉻量不高（12%以上），具有一定的耐蝕性，但對于具有如晶間腐蝕、點蝕、應(yīng)力腐蝕等特殊腐蝕形式

22、的場合不宜選用。 馬氏體不銹鋼的分類1. 普通Cr13鋼(作不銹鋼使用） 1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13 2 . 熱強(qiáng)馬氏體鋼（作熱強(qiáng)鋼使用）2Cr12WMoV、2Cr12MoV、2Cr12Ni3MoV3 .超低碳復(fù)相馬氏體鋼 圖4-20 淬火與硬度的關(guān)系2焊接性分析問題：冷裂紋、脆化，焊接性較差1焊接材料的選擇考慮兩點：為了保證使用性能要求，焊接成分應(yīng)力求與母材相近；為了防止冷裂，也可采用奧氏體鋼焊條或焊絲，使焊縫成為奧氏體組織，但此時焊縫強(qiáng)度必然低于母材。3 .焊前預(yù)熱及焊后熱處理的制定預(yù)熱可以防止冷裂紋。鋼的淬硬傾向越大，預(yù)熱溫度也應(yīng)選得高些，一般在150 400之間。但

23、從接頭質(zhì)量看，預(yù)熱溫度過高，會在接頭中引起晶間碳化物沉淀和形成鐵素體，對韌性不利。為了防止冷裂紋，焊后應(yīng)立即進(jìn)行高溫回火。馬氏體鋼一般在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，焊后只需回火處理。但有些馬氏體鋼不允許焊后立即回火，而需焊后冷到一定溫度再回火處理。在焊接工藝上如適當(dāng)提高線能量，則有利于減少冷裂傾向，但此時應(yīng)防止晶粒粗化。4.4 奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的焊接 雙相不銹鋼是在固溶體中鐵素體相和奧氏體相各約占一半，一般較少相的含量至少也需要達(dá)到30%的不銹鋼。這類鋼綜合了奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的優(yōu)點，具有良好的韌性，強(qiáng)度及優(yōu)良的耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能。4.4.1 奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的類型1低合金型雙相

24、不銹鋼 00Cr23Ni4N鋼是瑞典最先開發(fā)的一種低合金型的雙相不銹鋼，不含鉬，鉻和鎳的含量也較低。由于鋼中wCr為23%，有很好的耐孔蝕、縫隙腐蝕和均勻腐蝕的性能，可代替304L和316L等常用奧氏體不銹鋼。 2中合金型雙相不銹鋼 典型的中合金型不銹鋼有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti。這兩種鋼是了為節(jié)鎳，分別代替0Cr18Ni9Ti和1Cr18Ni9Ti而設(shè)計的，但比后者具有更好的力學(xué)性能， 尤其是強(qiáng)度更高（約為1Cr18Ni9Ti的2倍）。 4.4.2 雙相不銹鋼的耐蝕性1耐應(yīng)力腐蝕性能 與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼具有強(qiáng)度高，對晶間腐蝕不敏感和較好的耐點腐蝕和耐縫隙腐蝕的能

25、力，其中優(yōu)良的耐應(yīng)力腐蝕是開發(fā)這種鋼的主要目的。其耐應(yīng)力腐蝕機(jī)理主要有以下幾點： 1) 雙相不銹鋼的屈服強(qiáng)度比18-8型不銹鋼高，即產(chǎn)生表面滑移所需的應(yīng)力水平較高，在相同的腐蝕環(huán)境中，由于雙相不銹鋼的表面膜因表面滑移而破壞的應(yīng)力較大，即應(yīng)力腐蝕裂紋難以形成。 2) 雙相不銹鋼中一般含有較高的鉻、鉬合金元素，而加入這些元素都可延長孔蝕的孕育期，使不銹鋼具有較好的耐點腐蝕性能，不會由于點腐蝕而發(fā)展成為應(yīng)力腐蝕；而18-8型不銹鋼中不含鉬或很少含鉬，其含鉻量也不是很高，所以其耐點腐蝕能力較差，由點腐蝕擴(kuò)展成孔蝕，成為應(yīng)力腐蝕的起始點而導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕裂紋的延伸。 3) 雙相不銹鋼的兩個相的腐蝕電極電位不

26、同，裂紋在不同相中和在相界的擴(kuò)展機(jī)制不同，其中必有對裂紋擴(kuò)展起阻止或抑制作用的階段，此時應(yīng)力腐蝕裂紋發(fā)展極慢。 4) 雙相不銹鋼中，第二相的存在對裂紋的擴(kuò)展起機(jī)械屏障作用，延長了裂紋的擴(kuò)展期。此外，兩個相的晶體形面取向差異，使擴(kuò)展中的裂紋頻繁改變方向，從而大大延長了應(yīng)力腐蝕裂紋的擴(kuò)展期。 2耐晶間腐蝕性能 雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼一樣也會發(fā)生晶間腐蝕，均與貧鉻有關(guān)，只是發(fā)生晶間腐蝕的情況不同。如00Cr18Ni5Mo3Si2雙相不銹鋼在650850進(jìn)行敏化加熱處理不會出現(xiàn)晶間腐蝕。當(dāng)敏化加熱到12001400時，空冷的試樣無晶間腐蝕現(xiàn)象，但空冷時則有輕微的晶間腐蝕傾向，這是由于加熱到1200以

27、上時，鐵素體晶粒急劇長大，奧氏體數(shù)量隨加熱溫度的升高而迅速減少。到1300以上溫度時，鋼內(nèi)只有單一的鐵素體組織且為過熱的粗大晶粒，水冷后，粗大的鐵素體晶粒被保留下來，在-相界面容易析出鉻的 氮化物，如Cr2N等，在其周圍形成貧鉻層，導(dǎo)致晶間腐蝕。3耐點蝕性能 雙相不銹鋼中含有Cr、Mo、N等元素，可使PI值增大，明顯地降低點蝕速率，尤其N的作用更為明顯，PI中N的系數(shù)可以增大到30。此外，增大焊接熱輸入，可提高HAZ中的相數(shù)量，也有利于提高耐點蝕性能。 4.4.3 奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的焊接性分析 與純奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼焊后具有較低的熱裂傾向；與純鐵素體不銹鋼相比，焊后具有較低的

28、脆化傾向，且焊接熱影響區(qū)粗化程度也較低，因而具有良好的焊接性。但雙相不銹鋼中因有較大比例鐵素體存在，而鐵素體鋼所固有的脆化傾向，如475脆性，相析出脆化和晶粒粗化依然存在，只是因奧氏體的平衡作用而 獲得一定緩解，焊接時，仍應(yīng)引起注意。選用合適的焊接材料不會發(fā)生焊接熱裂紋和冷裂紋；雙相不銹鋼具有良好的耐應(yīng)力腐蝕性能、耐點腐蝕性能、耐縫隙腐蝕性能及耐晶間腐蝕性能。 雙相不銹鋼焊接的最大特點是焊接熱循環(huán)對焊接接頭組織的影響。無論焊縫或是焊接HAZ都會有相變發(fā)生，因此，焊接的關(guān)鍵是要使焊縫金屬和焊接熱影響區(qū)均保持有適量的鐵素體和奧氏體的組織。1雙相不銹鋼焊接的冶金特性 (1) 焊縫金屬的組織轉(zhuǎn)變 事實

29、上所有雙相不銹鋼從液相凝固后都是完全的鐵素體組織，這一組織一直保留至鐵素體溶解度曲線的溫度，只有在更低的溫度下部分鐵素體才轉(zhuǎn)變成奧氏體，形成奧氏體鐵素體雙相組織。(2) 焊接熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變 焊接加熱過程，使得整個熱影響區(qū)受到不同峰值溫度的作用，如圖4-26所示。最高溫度接近鋼的固相線（此處為1410）。但只有在加熱溫度超過原固熔處理溫度的區(qū)間（圖4-26中的點d以上的近縫區(qū)域），才會發(fā)生明顯的組織變化。一般情況下，峰值低于固溶處理溫度的加熱區(qū)，無顯著的組織變化，相雖有些增多，但與兩相比例變化不大。通常下也不會見到析出相，如相。超過固溶處理溫度的高溫區(qū)（圖4-26的d-c區(qū)間），會發(fā)生晶粒長

30、大和相數(shù)量明顯減少，但仍保持扎制態(tài)的條狀組織形貌。緊鄰熔合線的加熱區(qū)，相當(dāng)圖4-26的c-b區(qū)間，相將全部溶入相中，成為粗大的單相等軸組織。這種相在冷卻下來時可轉(zhuǎn)變形成相，但已無扎制方向而呈羽毛狀，有時具有魏氏體組織特征。因焊接冷卻過程造成不平衡的相變，室溫所得到的相數(shù)量在近縫區(qū)常具有 圖4-25 相區(qū)域?qū)挾?圖4-26 峰值溫度對熱影響區(qū)的影響 低值。這一相最少的區(qū)域?qū)挾葲Q定于圖4-25中b-c區(qū)間大小。 除相圖外，還可利用各種線性關(guān)系來判定雙相不銹鋼焊接HAZ和焊縫金屬的組織特性。母材成分或Creq、Nieq對HAZ能否形成“健全”的-兩相組織有重要影響。所謂“健全”組織是指不存在-或-相

31、界?？捎卯?dāng)量指數(shù)B來衡量： B = CreqNieq 11.6 （4-6） 其中 Creq（%）； Nieq =Ni+0.5Mn+30（N+C）（%）。 單層焊時雖然B7，過熱區(qū)的相僅在部分晶界上析出，未形成“健全”的組織，性能不理想。多層焊時，B7是可行的。母材原始相比例/為接近50/50時，B4可以獲得理想的效果。2雙相不銹鋼焊接接頭的析出現(xiàn)象 雙相不銹鋼焊接時，有可能發(fā)生三種類型的析出，即鉻的氮化物（如Cr2N、CrN）、二次奧氏體（2）及金屬間相（如相等）。 當(dāng)焊縫金屬鐵素體數(shù)量過多或為純鐵素體組織時，很容易有氮化物的析出，這與在高溫時，氮在鐵素體中的溶解度高，而快速冷時溶解度又下降有

32、關(guān)。尤其是在焊縫近表面，由于氮的損失，使鐵素體量增加，氮化物更易析出。焊縫若是健全的兩相組織，氮化物的析出量很少。因此，為了增加焊縫金屬的奧氏體數(shù)量，可在填充金屬中提高鎳、氮元素的含量。另外，若采用大的熱輸入焊接，也可防止純鐵素體晶粒的生成而引起的氮化物的析出。當(dāng)熱影響區(qū)/相比例失調(diào)，致使相增多而相減少，出現(xiàn)-相界時，也會在這種相界上有析出相存在，如Cr2N、CrN以及Cr23C6等，也可能出現(xiàn)相。氮化物常居主要地位。 在含氮量高的超級雙相不銹鋼多層焊時會出現(xiàn)二次奧氏體的析出。特別是前道焊縫采用低熱輸入而后續(xù)焊縫采用大熱輸入焊接時，部分會轉(zhuǎn)變成細(xì)小分散的二次奧氏體2，這種2也和氮化物一樣會降低

33、焊縫的耐腐蝕性能，尤其以表面析出影響更大。 一般來說，采用較高的熱輸入和較低的冷卻速度有利于奧氏體的轉(zhuǎn)變，減少焊縫金屬的鐵素體量，但是熱輸入過高或冷卻速度過慢又會帶來金屬間相的析出問題。通常雙相不銹鋼焊縫金屬不會發(fā)現(xiàn)有相析出，但在焊接材料或熱輸入選用不合理時，也有可能出現(xiàn)相。4.4.4 奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的焊接工藝特點1焊接方法 除電渣焊外，基本上所有的熔焊方法都可以用來焊接奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼。常用的方法為焊條電弧焊及鎢極氬弧焊。藥芯焊絲由于熔敷效 率高，也已在雙相不銹鋼焊接領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。埋弧焊可用于雙相不銹鋼厚板的焊接，但問題是稀釋率大，應(yīng)用不多。2焊接材料 采用奧氏體相占比例大的焊接材料，來提高焊接金屬中奧氏體相的比例，對提高焊縫金屬的塑性、韌性和耐蝕性均是有益的。對于含氮的雙相不銹鋼和超級雙相不銹鋼的焊接材料，通常采用比母材高的鎳含量和母材相同的含氮量，以保證焊縫金屬有足夠的奧氏體量。一般來說，通過調(diào)整焊縫化學(xué)成分