演示文稿雙相不銹鋼的焊接

演示文稿雙相不銹鋼的焊接現(xiàn)在是1頁\一共有71頁\編輯于星期三第二章雙相不銹鋼的焊接現(xiàn)在是2頁\一共有71頁\編輯于星期三

30年代：法國最先研制出雙相不銹鋼，呈鐵素體和奧氏體雙相組織狀態(tài)，具有獨特的耐腐蝕性和較好的力學性能。但雙相不銹鋼的相組成比例難以控制及焊接困難，工業(yè)應用受到限制。40年代：美國開發(fā)出第一代雙相不銹鋼——329鋼，耐腐蝕性能好，但含碳量較高（≤0.1%），含鉬和鉻都較高，焊接性不好；50年代：蘇聯(lián)開發(fā)含穩(wěn)定元素鈦的雙相不銹鋼，德、法、英、日等國也相繼開發(fā)出雙相不銹鋼；60年代：瑞典開發(fā)出最具代表性的第一代雙相不銹鋼——超低碳（≤0.03%）雙相不銹鋼，3RE60鋼，使焊接接頭塑性、韌性和耐腐蝕性顯著改善。

2.1雙相不銹鋼的發(fā)展概況現(xiàn)在是3頁\一共有71頁\編輯于星期三70年代：開發(fā)出第二代雙相不銹鋼，即在超低碳的基礎上含氮雙相不銹鋼，并含有鉬、銅、硅等耐蝕性元素。包括18Cr型、22Cr型及25Cr型，如瑞典開發(fā)的SAF2205等。80年代：研發(fā)的超級雙相不銹鋼（SuperDSS）為第三代雙相不銹鋼，含碳量低（ωc0.01~0.02%）、高鉬（ωMo4%）、高氮（ωN0.3%），鋼中鐵素體含量40~45%，耐點蝕系數(shù)大于40。成功解決了Cr-Ni奧氏不銹鋼容易出現(xiàn)的孔蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞等問題?，F(xiàn)在是4頁\一共有71頁\編輯于星期三雙相不銹鋼的發(fā)展歷程可概括為“產(chǎn)量低、增速快”。2002年全球雙相不銹鋼年產(chǎn)量約占不銹鋼總產(chǎn)量的1%，但到了2009年這一比例上升到了15%，這種高增長的原因在于：一是質(zhì)量具備可靠性；二是成本具備經(jīng)濟性。目前雙相不銹鋼被廣泛應用于工業(yè)設備制造和工程項目建設。如：煉油行業(yè)中的催化裂化裝置、加氫處理裝置、油氣輸送管線；化工行業(yè)中的氯乙烯生產(chǎn)裝置；運輸行業(yè)中的海上化學品船；造紙行業(yè)中的漂白設備、建筑行業(yè)中的結(jié)構件；核電行業(yè)等?，F(xiàn)在是5頁\一共有71頁\編輯于星期三雙相不銹鋼的主要應用領域(1)中性氯化物環(huán)境雙相不銹鋼在中性氯化物環(huán)境中應用廣泛，在加工制造過程中，通常使用少量的含有氯離子的溶液作為冷卻水，從而導致普通的奧氏體不銹鋼(例如AISI304/316)有產(chǎn)生應力腐蝕的傾向，而雙相不銹鋼可以很好的解決這一問題，尤其適用于由孔蝕引起的應力腐蝕開裂的環(huán)境。衡量耐腐蝕性的好壞通常用孔蝕當量指數(shù)PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%表示，其中雙相不銹鋼PRE值大于24，而奧氏體PRE小于20。(2)石油和天然氣工業(yè)20世紀80年代以來，雙相不銹鋼在酸性氣和油的生產(chǎn)中用量逐漸增多，主要用作生產(chǎn)管襯里、熱交換器以及岸上和近海的管道系統(tǒng)等。尤其在石油和天然氣的生產(chǎn)中，雙相不銹鋼多數(shù)面臨的主要是酸性環(huán)境，即含有大量Cl—,CO2和一些H2S的環(huán)境。在含Cl—的濕CO惡性環(huán)境中，雙相不銹鋼是一種理想材料的首選，可耐高流速的磨損腐蝕，比加緩蝕劑的碳素鋼及不銹鋼更能抵抗高流速的磨損腐蝕，并用于井上管道系統(tǒng)，可以減少大量的材料重量?，F(xiàn)在是6頁\一共有71頁\編輯于星期三(3)海水環(huán)境海水是自然環(huán)境中腐蝕性最強的一種介質(zhì)，尤其在金屬表面粘附著微生物薄膜時將產(chǎn)生腐蝕電位增加，同時也增加了孔蝕和縫隙腐蝕的傾向。就熱海水而言，目前大多使用超級雙相不銹鋼，例如，用SAF2507超級雙相不銹鋼制造的海水交換器，使用3年未發(fā)現(xiàn)腐蝕，而鈦管由于不耐F—腐蝕，只能用3個月。(4)紙漿和造紙工業(yè)雙相不銹鋼在紙漿和造紙工業(yè)中的發(fā)展應用中已經(jīng)有40多年的歷史了，3RE60雙向不銹鋼最早就是在這一領域起步應用的。除3RE60鋼外，其它雙相不銹鋼如UR45N(SAF2205)、UR47N(00Cr25Ni6.5Mo3N)、UR52N+(00Cr25Ni6.5Mo3.5CuN)等都應用在各工業(yè)領域。由于雙相不銹鋼具有優(yōu)秀的力學性能，以及耐磨損腐蝕、耐應力腐蝕以及耐疲勞腐蝕性能好等特長，所以在制造紙漿和工業(yè)用的造紙木屑預蒸器、造紙壓力滾筒、連續(xù)式和間歇式紙漿蒸煮器和回收設備中都取得了良好的應用效果?，F(xiàn)在是7頁\一共有71頁\編輯于星期三(5)化肥工業(yè)尿素工業(yè)也是最早使用雙相不銹鋼的部門之一，其裝置中含氯離子水的熱交換設備使用得較多，例如尿素裝置中CO2壓縮機三段冷卻器原先使用304L奧氏體不銹鋼管束，l個月后即因應力腐蝕破裂而導致泄漏，而雙相不銹鋼可用5年以上，隨后一、二段冷卻器也都換用了18－5Mo或SAF2205雙相不銹鋼。由于雙相不銹鋼在尿素介質(zhì)中有良好的抗腐蝕疲勞性能，很適合用于制造尿素生產(chǎn)的關鍵設備——甲按泵泵體。國產(chǎn)的00Cr25Ni6Mo2N雙向不銹鋼能夠通過Huey法的晶間腐蝕傾向的檢驗，已用于洞庭氮肥廠（五柱塞式）、黑龍江化肥廠等大型化肥廠。國內(nèi)中一些小化肥廠的甲按泵泵體基本上采用18－5Mo鋼制造，也有數(shù)十家采用的是高鉻含鉛雙相不銹鋼。此外這種鋼的泵閥鍛件通過了日本JISG0573、G0591硝酸法和硫酸法的檢驗，批量出口日本，價格要比日本當?shù)厣a(chǎn)的優(yōu)惠。此外，采用國產(chǎn)0Cr25Ni6Mo3CuN時效強化雙相不銹鋼，利用其優(yōu)異的耐磨損腐蝕性能，用于加工多種規(guī)格的尿素裝置主工藝管路高壓截止閥的內(nèi)件等，能起到不錯的效果?，F(xiàn)在是8頁\一共有71頁\編輯于星期三(6)運輸業(yè)最近幾年海上化學品運輸船行業(yè)是國外最大的雙相不銹鋼用戶，消費量約占熱軋板的50％。化學品船裝載的液體貨物多種多樣，包括化學和石化產(chǎn)品，要求船艙材料既能耐腐蝕，又有較高的強度和優(yōu)良的塑性。目前，SAF2205雙相不銹鋼已取代316L和317L等奧氏體不銹鋼，成為海上化學品船的首選材料。我國在這方面起步較晚，中國長江航運集團青山船廠采用歐洲建造標準，使用進口的SAF2205鋼板，自行制造成功第一艘18500t化學品船，鋼板消耗量大約1200t，已出口比利時。實現(xiàn)了我國用雙相不銹鋼建造化學品船零的突破，該廠已形成規(guī)模生產(chǎn)能力?，F(xiàn)在是9頁\一共有71頁\編輯于星期三2.2.1主要成分：Cr、Ni、Mo、N。其中，Cr、Mo—鐵素體形成元素Ni、N—奧氏體形成元素N—主要固溶強化元素Cr、Mo、N—提高耐氯化物點蝕性能

耐點蝕當量：PREN=ω(Cr)+3.3ω(Mo)+16ω(N)正常含Mo雙相不銹鋼：PREN=30～36超級雙相不銹鋼：PREN>402.2雙相不銹鋼的成分、組織和性能現(xiàn)在是10頁\一共有71頁\編輯于星期三根據(jù)成分和PREN值分類：⑴低合金型，23%Cr無Mo雙相不銹鋼：Cr:23%Ni:4%N:0.1-0.2%

PREN=24～25⑵中合金型，22%Cr標準雙相不銹鋼：Cr:22%Ni:5-5.5%Mo:3%N:0.14-0.17%PREN=30～36⑶高合金型，25%Cr+(0-2.5%)Cu雙相不銹鋼：Cr:25-27%Ni:4-7%Mo:1.5-3.3%N:0.15-0.25%

PREN=32～40⑷25%Cr超級雙相不銹鋼：Cr:25-26%Ni:6-7%Mo:3.5-4%N:0.25-0.28%PREN>40現(xiàn)在是11頁\一共有71頁\編輯于星期三不銹鋼的PREN值的比較現(xiàn)在是12頁\一共有71頁\編輯于星期三2.2.2組織α相（鐵素體）+γ相（奧氏體）雙相組織，其中α相與γ相的體積分數(shù)之比（α/γ）約各占50%。其中：鐵素體—提供高的屈服強度、耐氯化物應力腐蝕性能；奧氏體—提供好的韌性和耐全腐蝕性能。α相含量過高—引起脆化；γ相含量過高—降低耐應力腐蝕性能。2.2.3性能1)具有良好的耐氯化物應力腐蝕的能力；

2)具有良好的抗點蝕和縫隙腐蝕性能，優(yōu)于奧氏體不銹鋼；3)有良好的耐腐蝕疲勞和耐磨損腐蝕性能；現(xiàn)在是13頁\一共有71頁\編輯于星期三

4)綜合力學性能好。有較高的強度（包括疲勞強度），屈服強度是普通Cr-Ni奧氏體不銹鋼的2倍；5)焊接性好，熱裂傾向小。一般不需要焊前預熱和焊后熱處理，可與18-8型奧氏體不銹鋼及碳鋼進行異種鋼焊接；6)低鉻（ωCr18%）的雙相不銹鋼熱加工溫度范圍比18-8型奧氏體不銹鋼寬，抗力小，高鉻（ωCr25%）的雙相不銹鋼熱加工比18-8型奧氏體不銹鋼困難；7)雙相不銹鋼比18-8型奧氏體不銹鋼加工硬化效應大；8)與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的熱導率大，線脹系數(shù)??；9)仍有高鉻鐵素體不銹鋼的各種脆化傾向，不宜在高于300°C的溫度下使用。若含鉻量較低，脆性相析出危害性較小?，F(xiàn)在是14頁\一共有71頁\編輯于星期三現(xiàn)在是15頁\一共有71頁\編輯于星期三現(xiàn)在是16頁\一共有71頁\編輯于星期三奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的性能主要受鐵素體和奧氏體比例的影響，奧氏體和鐵素體各占50%時，具有良好的耐腐蝕性和焊接性。在平衡狀態(tài)下，兩相的比例主要由鋼中的合金元素，即鉻當量和鎳當量來決定。

Creq=ωCr+ωMo+1.5ωSi

Nieq=ωNi+30ωC+N+0.5ωMn現(xiàn)在是17頁\一共有71頁\編輯于星期三2.3.1焊縫凝固與奧氏體形成母材組織：(50%)Vα相+(50%)Vγ相，其中γ相呈長條狀分布在α相基體中。焊縫組織：焊接熔化后形成鑄態(tài)組織。2.3雙相不銹鋼的焊接冶金現(xiàn)在是18頁\一共有71頁\編輯于星期三Fe-Cr-Ni偽二元相圖：液態(tài)下凝固：L→α冷卻到1300℃：α→γ在固態(tài)下γ在α晶粒邊界形核和生長。冷卻到室溫：α+γ

其中，γ相的形態(tài)和數(shù)量：①化學成分②冷卻速度基于TTT圖：冷卻速度增加→γ相含量減少。在焊縫快速冷卻條件下形成的γ相，一般呈魏氏組織形態(tài)。現(xiàn)在是19頁\一共有71頁\編輯于星期三現(xiàn)在是20頁\一共有71頁\編輯于星期三現(xiàn)在是21頁\一共有71頁\編輯于星期三現(xiàn)在是22頁\一共有71頁\編輯于星期三合金元素的作用：

合金元素直接影響焊縫金屬的組成，Creq越大，Nieq越小，焊縫中奧氏體含量越少。

合金元素在鐵素體和奧氏體所占的比例也不一樣。

焊接參數(shù)的作用：

由于焊接參數(shù)影響到冷卻速度，即影響到合金元素的擴散，所以，也影響到合金元素在兩相中的分配，焊接線能量越大，冷卻速度越慢，由于擴散比較充分，鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變進行的就比較充分，奧氏體含量增加，合金元素在兩相中的含量差別也會拉大。

析出相的問題：

析出相會影響到焊縫金屬中的力學性能及耐腐蝕性?，F(xiàn)在是23頁\一共有71頁\編輯于星期三A.當焊縫成分與母材相同時：降低焊縫的冷卻速度。冷卻速度過快時，焊縫中γ相含量不足，而α相含量可超過80%，導致焊縫韌性下降，氫脆敏感性增加。B.當焊縫的冷卻速度難以降低時，提高焊縫中Ni、Mn、N等奧氏體形成元素含量，其中N的作用最為顯著。通過焊縫過合金化，促使γ相增加，使焊縫獲得與母材同樣的組織。

N對α→γ轉(zhuǎn)變的作用：（由TTT圖）

例如：焊縫和母材為獲得60%α+40%γ的雙相組織：要求焊縫0.219%N，而母材只需0.141%N。

注：焊縫中α相體積分數(shù)一般推薦為22-70%。為獲得足夠的耐腐蝕性并避免氫致裂紋，α相最大含量應限制在60%?，F(xiàn)在是24頁\一共有71頁\編輯于星期三焊縫室溫組織預測：⑴Schaeffler圖：鐵素體含量的精度±4%⑵DeLong圖：鐵素體含量的精度±2%⑶WRC1992組織圖—美國焊接研究委員會推薦現(xiàn)在是25頁\一共有71頁\編輯于星期三Creq=Cr%+Mo%+1.5×Si%+0.5×Nb%Nieq=Ni%+30×C%+30×N%+0.5×Mn%舍夫勒組織圖

現(xiàn)在是26頁\一共有71頁\編輯于星期三

Creq=Cr%+Mo%+1.5×Si%+0.5×Nb%

Nieq=Ni%+30×C%+30×N%+0.5×Mn%

德龍圖現(xiàn)在是27頁\一共有71頁\編輯于星期三2.3.2熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變

早期雙相不銹鋼：焊后HAZ中α相含量過高，甚至接近單相α組織（γ<5%），導致脆化和耐腐蝕性下降。

現(xiàn)代雙相不銹鋼：通過提高N含量和控制Cr/Ni當量，使鋼中α/γ接近于1，保證焊后HAZ不會出現(xiàn)單相α組織。

B=Creq-Nieq-11.59當B?7時，焊接熱影響區(qū)過熱區(qū)的組織為比較理想的奧氏體+鐵素體的雙相組織。但是，單道焊時，B?7，奧氏體只是在部分鐵素體的晶界析出，晶內(nèi)析出大量的氮化物，影響鋼的塑、韌性及耐腐蝕性。當B?4時，才能保證單道焊時焊接熱影響區(qū)過熱區(qū)的組織為比較理想的奧氏體+鐵素體雙相組織。但多層焊時，B?7仍然有效?，F(xiàn)在是28頁\一共有71頁\編輯于星期三

存在的重要問題：

——如何控制焊接熱影響區(qū)的組織？

問題一：HAZ中α相析出過多問題。近縫HAZ加熱至接近熔化溫度，處于α單相組織狀態(tài)；隨后冷卻速度較快，α→γ轉(zhuǎn)變來不及進行，在HAZ中保有較多α相。

影響因素：1）鋼中N含量

2）冷卻速度：①熱輸入量②板厚現(xiàn)在是29頁\一共有71頁\編輯于星期三含N量較高的鋼材：HAZ中α相含量受冷速影響較小；含N量較低的鋼材：HAZ中α相含量受冷速影響較大?，F(xiàn)在是30頁\一共有71頁\編輯于星期三例如：700℃下冷速為70℃/s時，含N量0.130%的鋼，HAZ中α含量達85%；含N量0.396%的鋼，HAZ中α含量僅43%。仍能保持滿意的力學性能和耐腐蝕性能。Φ（α）為85%Φ（α）為43%不同N含量雙相不銹鋼的HAZ組織現(xiàn)在是31頁\一共有71頁\編輯于星期三

結(jié)論：含N量較高的雙相不銹鋼采用低熱輸入的焊接工藝，不會對HAZ組織產(chǎn)生不良影響，且無需進行焊后固溶退火處理。現(xiàn)在是32頁\一共有71頁\編輯于星期三

問題二：HAZ中Cr2N析出問題

冷速較快時，在HAZ中α相含量增加的同時，也增加了由α相中析出的Cr2N。焊接冷速提高，隨著α相增加，Cr2N也增加，對韌性和耐蝕性不利。現(xiàn)在是33頁\一共有71頁\編輯于星期三

t12/8表示由1200℃冷卻至800℃所需要的時間。

t12/8越小，冷卻速度越快，熱影響區(qū)中的α相越多，同時析出的Cr2N的量也越多，這顯然對韌性和耐蝕性不利?，F(xiàn)在是34頁\一共有71頁\編輯于星期三現(xiàn)在是35頁\一共有71頁\編輯于星期三

近縫區(qū)以內(nèi)的HAZ：組織變化嚴重；近縫區(qū)以外的HAZ：同樣存在組織變化，但沒有近縫區(qū)嚴重。

一般規(guī)律為：隨著峰值溫度的提高，——α相增加，而γ相減少；——α相晶粒尺寸增大；

——在α相晶界和晶內(nèi)析出的Cr2N總量增加。

現(xiàn)在是36頁\一共有71頁\編輯于星期三

此外，由于鋼中Cr、Mo含量高，故在800℃高溫附近停留時間較長時，會析出一些硬脆的金屬間化合物，如σ相（FenCrm：HV800-1000）。在正常焊接條件下一般不會析出，但在制定焊接工藝時應注意避免HAZ在高溫停留時間過長，導致σ相脆化和失去耐腐蝕性能?，F(xiàn)在是37頁\一共有71頁\編輯于星期三雙相不銹鋼焊接性兼有奧氏體鋼和鐵素體鋼各自的優(yōu)點,并減少了其各自的不足,焊接冷裂紋和熱裂紋的敏感性都較小,具有良好的焊接性。通常焊前不預熱,焊后不熱處理。由于有較高的氮含量,熱影響區(qū)的單相鐵素體化傾向較小,當焊接材料選擇合理,焊接線能量控制適當時,焊接接頭具有良好的綜合性能。熱裂紋雙相不銹鋼熱裂紋的敏感性比奧氏體不銹鋼小得多。這是由于含鎳量不高,易形成低熔點共晶的雜質(zhì)極少,不易產(chǎn)生低熔點液膜。另外,晶粒在高溫下沒有急劇長大的危險。冷裂紋的敏感性也比一般低合金高強鋼小得多。

熱影響區(qū)脆化雙相不銹鋼焊接的主要問題不在焊縫,而在熱影響區(qū)。因為在焊接熱循環(huán)作用下,熱影響區(qū)處于快冷非平衡態(tài),冷卻后總是保留更多的鐵素體,從而增大了腐蝕傾向和氫致裂紋(脆化)的敏感性。2.4雙相不銹鋼的焊接性現(xiàn)在是38頁\一共有71頁\編輯于星期三σ相析出雙相不銹鋼焊接接頭有析出σ相脆化的可能,σ相是鉻和鐵的金屬間化合物,它的形成溫度范圍600~1000℃。不同鋼種形成σ相的溫度不同,如00Cr18Ni5Mo3Si2鋼在800~900℃,而雙相不銹鋼00Cr25Ni7Mo3CuN在750~900℃形成,

850℃最敏感。形成σ相需經(jīng)一定的時間，一般1~2min萌生，3~5minσ相增多并長大，因此，焊接時應采用小熱量輸入,快速冷卻。消除應力處理時,采用較低的溫度,如550~600℃為宜。這樣可以防止σ相的產(chǎn)生。

雙相不銹鋼固溶處理及σ相和475℃脆性的溫度范圍名稱2205雙相鋼及2507等超級雙相鋼00Cr25Ni7Mo3CuN固溶溫度/℃10401025~1100空氣氧化起皮溫度/℃10001000σ相形成溫度/℃600~1000600~1000475℃脆化溫度/℃300~525300~525現(xiàn)在是39頁\一共有71頁\編輯于星期三現(xiàn)在是40頁\一共有71頁\編輯于星期三鐵素體475℃脆化雙相不銹鋼含有50%左右的鐵素體，同樣也存在475℃脆性，但不如鐵素體不銹鋼那樣敏感，雙相不銹鋼中的鐵素體在300~525℃長期保溫會析出高鉻α′相，在475℃最敏感，使雙相鋼脆化，由于α′相析出時間較長，故對一般焊接影響不大，但應限制雙相不銹鋼的工作溫度不高于250℃。焊接工藝焊接工藝參數(shù)對雙相組織的平衡起著關鍵的作用。由于雙相不銹鋼在高溫下是100%的鐵素體組織，若線能量過小，熱影響區(qū)冷卻速度快，奧氏體來不及析出，過量的鐵素體就會在室溫下過冷保持下來。若線能量過大，冷卻速度太慢，盡管可以獲得足量的奧氏體，但也會引起熱影響區(qū)鐵素體晶粒長大以及σ相等有害金屬相的析出，造成接頭脆化。為避免上述情況的發(fā)生，最佳的措施是控制焊接線能量和層間溫度，并使用填充金屬?，F(xiàn)在是41頁\一共有71頁\編輯于星期三焊接材料

雙相不銹鋼焊接材料在近年來才得到快速發(fā)展，美國于1992年和1993年首次在焊接材料標準中列入雙相不銹鋼焊條和焊絲，而且均僅有2個型號:AWSA5·4-1992和AWSA5·9-1993中的E2209-XX、E2553-XX(焊條)和ER2209、ER2553(焊絲)。目前在國內(nèi)的焊接標準中尚未列入雙相不銹鋼焊條和焊絲，國內(nèi)有些廠商生產(chǎn)的焊接材料(以焊條為主)大都參考國外的相關標準。具體到焊接材料的開發(fā)研制，采用能形成較多γ相的焊接材料，可以抑制焊縫中鐵素體相的過量增加，因而一般采用鎳的質(zhì)量分數(shù)比母材高2%~4%的焊接材料。但應注意，鎳的質(zhì)量分數(shù)不宜過高。因為這樣有可能使單一的鐵素體凝固模式轉(zhuǎn)變?yōu)殡p相凝固時發(fā)生元素偏析，還會存在由于母材稀釋得少，鐵素體含量過低，使鉻、鉬相對集中，促使金屬間相析出的可能性。現(xiàn)在是42頁\一共有71頁\編輯于星期三氮元素在通過維持必要的相平衡來提高焊接接頭的耐蝕性方面的能力，是其他合金元素無法替代的。焊接材料一般都是在提高鎳的基礎上，再加入與母材含量相當?shù)牡?，只要加?.1%以上的氮就會改善焊接接頭的力學性能。除了在焊接材料中加入氮以外，還可以從焊接工藝上控制相平衡，如在保護氣體中加氮(如TIG焊、MIG焊)，以氮元素對焊縫金屬合金化，或?qū)⑵涑煞种墟嚨馁|(zhì)量分數(shù)提高10%左右，可獲得奧氏體體積分數(shù)不少于60%~70%的焊縫金屬組織?，F(xiàn)在是43頁\一共有71頁\編輯于星期三鋼種2304(Cr18)2205(Cr22)255(Cr25)超級雙相鋼2304(Cr18)E2209E2203E2209E2209E22092205(Cr22)E2209E2209E2501E2501255(Cr25)E2209E2501E2501E2501超級雙相鋼E2209E2501E2501E2501304E309LMoE2209E309LMoE2209E309LMoE2209E309LMo316E309LMoE2209E309LMoE2209E309LMoE2209E309LMoE2209低合金高強鋼E309LE309LE309LE309L雙相不銹鋼及異種金屬焊接材料現(xiàn)在是44頁\一共有71頁\編輯于星期三2.4.1含N量對焊縫組織與性能的影響

⑴含N量對焊縫組織的影響Ar+N2混合氣體保護TIG焊，混合氣體中N2的分壓PN2增加，焊縫N含量開始時迅速增加，然后變化很??；

焊縫中α相隨含N量的增加呈線性下降?，F(xiàn)在是45頁\一共有71頁\編輯于星期三⑵含N量對焊縫強度和塑性的影響純Ar氣體保護TIG焊時，焊縫含N量最低[0.122%N]，其抗拉強度、伸長率明顯低于母材[0.1414%N]。

焊縫含N量增加，則焊縫抗拉強度、延伸率逐漸增大，當含N量約0.4%時，焊縫抗拉強度和延伸率接近于母材。

原因：含N量增加，焊縫中α相減少，而γ相增加。現(xiàn)在是46頁\一共有71頁\編輯于星期三

焊縫中α相增加，其抗拉強度、延伸率則逐漸減小，當α相達60%時，焊縫的抗拉強度和延伸率均低于母材。

現(xiàn)在是47頁\一共有71頁\編輯于星期三原因：顯微組織不同母材——細小的軋制組織；焊縫——粗大的鑄態(tài)組織。

母材焊縫鐵素體含量相同的母材和焊縫組織現(xiàn)在是48頁\一共有71頁\編輯于星期三拉伸斷口母材：韌窩斷裂焊縫：0.136%N—(準)解理斷裂0.219%N—準解理斷裂0.395%N—韌窩斷裂現(xiàn)在是49頁\一共有71頁\編輯于星期三⑶含N量對焊縫沖擊韌性的影響焊縫含N量增加，則焊縫在室溫和高溫下的沖擊功增大，但都低于母材。焊縫金屬的脆性轉(zhuǎn)變溫度都高于母材金屬。

原因：焊縫韌度主要受γ相和CrN2的影響。焊縫含N量增加，γ相增加、CrN2析出減少，使沖擊韌性提高；而焊縫中α相晶粒粗大，故韌性始終低于母材。

現(xiàn)在是50頁\一共有71頁\編輯于星期三

思考題：從斷裂機制上解釋焊縫中的γ相和CrN2析出相的含量是決定焊縫沖擊韌性的主要因素。

解理面小且較平坦

解理平面有延性斷裂區(qū)，該區(qū)對應γ相板條。

γ相板條阻止解理裂紋擴展現(xiàn)在是51頁\一共有71頁\編輯于星期三2.4.2焊接熱輸入對熱影響區(qū)沖擊韌度的影響與焊縫不同，熱影響區(qū)含N量不變，主要受熱輸入影響。

熱輸入太低——α相含量增加，Cr2N析出增多，導致沖擊韌度下降；

熱輸入太高——晶粒嚴重粗大，也使沖擊韌度下降。如：2205雙相不銹鋼：Cr22%,Ni5.5%,Mo3%,N0.15%焊條：Cr22%,Ni9.5%,Mo3%,N0.13%

熱輸入：0.4kJ/mm,0.8kJ/mm,1.1kJ/mm,1.6kJ/mm,沖擊功：41.2J，48J，49J，35.3J除焊接熱輸入外，板厚、層間溫度等影響冷速的因素，都會影響HAZ韌性。現(xiàn)在是52頁\一共有71頁\編輯于星期三如：瑞典SAF2507超級雙相不銹鋼，焊條選擇BOEHLERFOXCN25/9Cu(AWSA5.4-06E2595-15)，現(xiàn)在是53頁\一共有71頁\編輯于星期三2.4.3雙相不銹鋼及其焊縫的σ相脆化焊縫和母材再熱過程中，先由δ相形成細小的γ’，然后析出σ相。

σ相在焊縫中析出要比在母材中快的多；引起的韌性降低也比母材快的多。

母材Cr25Ni5Mo2,

焊條Cr25Ni9Mo3(DP3),Cr22Ni9Mo3(DP8)

現(xiàn)在是54頁\一共有71頁\編輯于星期三

斷口分析表明：脆性開裂發(fā)生在σ相及其與基體的界面上。

母材斷口：在σ相周圍的區(qū)域呈韌窩狀。由于δ區(qū)較寬，只有析出大量的σ相才使韌性降低；

焊縫斷口：在焊縫中δ區(qū)是細條的，斷口為帶有清晰撕裂嶺的脆性斷裂，只要少量的σ相就足以引起焊縫韌性降低。

因此，焊縫σ相脆化傾向比母材大得多，引起脆化的再熱時間也比母材短得多。

現(xiàn)在是55頁\一共有71頁\編輯于星期三現(xiàn)在是56頁\一共有71頁\編輯于星期三2.4.4焊接接頭的氫脆和氫致裂紋⑴熱影響區(qū)氫脆及氫致裂紋敏感性

焊接HAZ峰值溫度升高，氫脆敏感性增加。

原因：隨著峰值溫度升高，γ相減少，δ相增加，在δ相邊界和內(nèi)部析出Cr2N增加。

在Ar+H2中進行低熱輸入MIG焊

含N量較高(0.4)的675鋼：即使低熱輸入也不會在HAZ產(chǎn)生冷裂紋；

含N量較低(0.13)的UR45N鋼：HAZ中δ相高達82%，產(chǎn)生冷裂紋；通過調(diào)整熱輸入將HAZ中δ相降到75%可避免冷裂。現(xiàn)在是57頁\一共有71頁\編輯于星期三⑵焊縫金屬氫脆及氫致裂紋敏感性焊縫不出現(xiàn)冷裂紋臨界擴散氫質(zhì)量分數(shù)：直Y形坡口裂紋試驗——34×10-4%G-Bop焊縫裂紋試驗——25×10-4%

一般地，焊縫中δ相低于50%，焊縫金屬對氫致裂紋不敏感；當δ相超過50%，隨著δ相的增加，氫致裂紋敏感性顯著增加?，F(xiàn)在是58頁\一共有71頁\編輯于星期三2.4.5焊接接頭的應力腐蝕開裂氫脆型應力腐蝕裂紋(HESCC)：

母材(BM)—臨界應力達到破壞應力的90%，HESCC敏感性低；

焊縫(WM)—臨界應力達到破壞應力的70%，相當于σ0.2的95%，而焊縫周圍的殘余應力可以超過σ0.2，因此HESCC敏感性提高?！锪鸭y萌生于δ

/γ界面的δ相一側(cè)，并在δ相中擴展。γ相在母材中呈層狀分布，有效阻擋裂紋擴展；而在焊縫中呈魏氏組織形態(tài)，對裂紋的阻擋作用受到抑制?，F(xiàn)在是59頁\一共有71頁\編輯于星期三

熱影響區(qū)(HAZ)—

敏化處理前，反映應力腐蝕開裂（SCC）敏感性的斷裂應變?nèi)Q于γ相含量；

敏化處理后，斷裂應變與γ相含量無關，斷口呈現(xiàn)與σ相有關的二次裂紋。現(xiàn)在是60頁\一共有71頁\編輯于星期三2.4.6焊接接頭的點蝕問題⑴成分對點蝕的影響

Fe>60%時，δ+γ雙相的點蝕電位處于純α相與純γ相之間；

Fe<60%時，δ+γ雙相的點蝕電位與純δ相和純γ相基本相同。注：Fe增加時，對應的Cr、Ni相應減少?，F(xiàn)在是61頁\一共有71頁\編輯于星期三

⑵組織對點蝕的影響

隨著δ相含量的增加，點蝕電位開始時增加較快，當δ相達到40%后則基本不變。注：Fe含量降低時，即合金含量提高時，點蝕電位降低。A：低鐵系列合金（Fe≤50%）B：高鐵系列合金（Fe=68-70%）現(xiàn)在是62頁\一共有71頁\編輯于星期三

⑶冷卻速度對點蝕的影響

隨著含N量增加，點蝕電位提高，但與冷速有關。

N=0.13%時，冷速對SCE影響顯著。冷卻快：析出大量Cr2N，SCE低；冷卻慢：基本沒有析出Cr2N，SCE高。

N=0.25%時，冷速快慢Cr2N基本沒有析出，故對SCE沒有影響。結(jié)論：含N量較低的雙相鋼，其點蝕電位（SCE）對冷卻速度很敏感，因此焊接含N量較低的雙相不銹鋼時，要嚴格控制冷卻速度?，F(xiàn)在是63頁\一共有71頁\編輯于星期三

思考題：分析在不同的冷卻速度條件下，雙相不銹鋼的含N量對δ相和Cr2N析出相體積分數(shù)的影響規(guī)律?，F(xiàn)在是64頁\一共有71頁\編輯于星期三

為了獲得滿意的α/γ比，以及最佳的力學性能與耐腐蝕性能的組合，通常需要控制兩個因素：

因素1：焊縫化學成分—填充金屬，保護氣體，母材稀釋率等

因素2：接頭冷卻速度—熱輸入量，層間溫度，材料厚度