第九章耐熱鋼、不銹鋼的焊接

會(huì)計(jì)學(xué)1第九章耐熱鋼、不銹鋼的焊接第1節(jié)耐熱鋼、不銹鋼概述耐熱鋼及不銹鋼的主要成分為Cr和Ni。一、耐熱鋼分類(lèi)及特性

在高溫下工作，具有一定強(qiáng)度和抗氧化性、耐蝕能力的鐵基合金。耐熱鋼的分類(lèi)按特性分類(lèi)：熱穩(wěn)定鋼，熱強(qiáng)鋼按合金元素含量分：低合金～、中合金～、高合金～。按正火后組織：珠光體～、馬氏體～、鐵素體～和奧氏體～。2023/1/192第1頁(yè)/共25頁(yè)第1節(jié)耐熱鋼、不銹鋼概述耐熱鋼的特性高溫化學(xué)穩(wěn)定性/抗氧化性：Cr、Al、Si等能在鋼材表面形成堅(jiān)固保護(hù)膜，可提高鋼的抗氧化性；Mo、B、V等生成氧化物熔點(diǎn)較低，對(duì)抗氧化性不利。高溫力學(xué)性能/熱強(qiáng)性：Mo、W固溶強(qiáng)化；沉淀強(qiáng)化（提高碳含量，同時(shí)加入強(qiáng)碳化物形成元素Nb、V等）2023/1/193第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接第2頁(yè)/共25頁(yè)第1節(jié)耐熱鋼、不銹鋼概述耐熱鋼焊接接頭性能的特殊要求接頭的熱強(qiáng)性與母材相當(dāng)接頭的抗氧化性基本相同接頭的組織穩(wěn)定性接頭的熱物理性能與母材基本相同2023/1/194第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接第3頁(yè)/共25頁(yè)第1節(jié)耐熱鋼、不銹鋼概述二、不銹鋼分類(lèi)及特性在大氣或一定介質(zhì)中具有耐蝕性的鋼的統(tǒng)稱。（一）不銹鋼的分類(lèi)按室溫下基體組織分：奧氏體～（高鉻鎳鋼、高鉻錳氮鋼，如18-8）、鐵素體～和馬氏體～（高鉻鋼）、鐵素體-奧氏體雙相～2023/1/195第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接第4頁(yè)/共25頁(yè)第1節(jié)耐熱鋼、不銹鋼概述（二）不銹鋼的耐蝕性能耐蝕性是不銹鋼性能的基本要求。腐蝕形式有化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，更多的表現(xiàn)為電化學(xué)腐蝕。加入Cr形成Fe-Cr固溶體，電極電位顯著提高從而提高耐蝕性。加入Ni、Mn、Cu獲得單相固溶體組織，減少微電池?cái)?shù)目提高耐蝕性。加入Cr、Si、Al、Mo使鋼的表面形成結(jié)構(gòu)致密、不溶于腐蝕介質(zhì)、電阻又高的保護(hù)膜。2023/1/196第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接第5頁(yè)/共25頁(yè)第1節(jié)耐熱鋼、不銹鋼概述不銹鋼腐蝕失效形式均勻腐蝕（表面腐蝕）局部腐蝕晶間腐蝕點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕

應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂晶間腐蝕產(chǎn)生的原因：碳化鉻的析出

相的析出晶界吸附穩(wěn)定化元素高溫溶解2023/1/197第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接第6頁(yè)/共25頁(yè)第1節(jié)耐熱鋼、不銹鋼概述三、不銹鋼、耐熱鋼的物理性能

熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)、電阻率等對(duì)焊接性影響顯著。合金元素含量越多，熱導(dǎo)率越小，膨脹系數(shù)和電阻率越大。2023/1/198第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接第7頁(yè)/共25頁(yè)第2節(jié)珠光體耐熱鋼的焊接珠光體耐熱鋼是一種以Cr（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%～5%）、Mo（0.5%或1%）為主要合金元素的低、中合金鋼。往往還加入V、W、Nb、B等元素（總含量小于5%）。合金元素偏高的組織會(huì)出現(xiàn)較多貝氏體組織。一、珠光體耐熱鋼的分類(lèi)Mo鋼：0.5%的Mo主要作用是固溶強(qiáng)化，提高熱強(qiáng)性。Cr-Mo鋼：鉻溶入Fe3C使碳化物熱穩(wěn)定性提高。Cr-Mo-V等：固溶強(qiáng)化+V、Ti、B時(shí)效強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化。供貨狀態(tài)一般為正火+回火。2023/1/199第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接第8頁(yè)/共25頁(yè)第2節(jié)珠光體耐熱鋼的焊接二、珠光體耐熱鋼的焊接性主要焊接問(wèn)題：焊縫及HAZ的冷裂紋敏感性、過(guò)熱區(qū)再熱裂紋敏感性、回火脆性。1、冷裂紋

Cr、Mo提高鋼的淬硬性。2023/1/1910第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接2.25Cr1Mo鋼CCT圖氬弧焊第9頁(yè)/共25頁(yè)第2節(jié)珠光體耐熱鋼的焊接2、再熱裂紋珠光體耐熱鋼中含有V、Nb、Ti、Cr、Mo等強(qiáng)碳化物形成元素，粗晶部位容易出現(xiàn)再熱裂紋。2023/1/1911第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接第10頁(yè)/共25頁(yè)第2節(jié)珠光體耐熱鋼的焊接2023/1/1912第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接3、回火脆性Cr-Mo鋼及其焊接接頭在370～565℃長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生漸進(jìn)的脆變現(xiàn)象，稱為回火脆性或長(zhǎng)時(shí)脆性。產(chǎn)生原因：P、As、Sb和Sn等沿晶界擴(kuò)散偏析。焊縫脆性指數(shù)：=（10P+5Sb+4Sn+As）/100（×10-6）不應(yīng)超過(guò)20。母材J指數(shù)：J=（Mn+Si）×（P+Sn）×104（%）超過(guò)150，具有明顯的回火脆性。第11頁(yè)/共25頁(yè)第2節(jié)珠光體耐熱鋼的焊接三、珠光體耐熱鋼的焊接工藝1、焊接方法焊條電弧焊：低氫型堿性焊條；埋弧焊：用于厚壁件，特種厚壁容器要求采用抗回火脆性的高純度焊絲及燒結(jié)焊劑。TIG焊：低氫，可采用抗回火脆性能力的低硅焊絲，用于打底焊或小直徑薄壁管焊接；MIG焊：細(xì)焊絲低電流短路過(guò)渡，用于薄板焊接或打底焊，粗焊絲噴射過(guò)渡，用于厚壁接頭焊接；電渣焊：接頭經(jīng)正火處理以細(xì)化晶粒。2023/1/1913第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接第12頁(yè)/共25頁(yè)第2節(jié)珠光體耐熱鋼的焊接2、焊接材料的選擇：與母材一致3、預(yù)熱和焊后熱處理預(yù)熱是防止冷裂紋和再熱裂紋的有效措施之一。預(yù)熱溫度根據(jù)碳當(dāng)量、接頭拘束度和焊縫金屬的擴(kuò)散氫含量決定。2023/1/1914第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接第13頁(yè)/共25頁(yè)第2節(jié)珠光體耐熱鋼的焊接焊后熱處理不僅消除焊接殘余應(yīng)力，更重要的是改善組織。珠光體耐熱鋼一般采用高溫回火處理。2023/1/1915第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接第14頁(yè)/共25頁(yè)第3節(jié)奧氏體不銹鋼的焊接一、奧氏體不銹鋼的分類(lèi)和特性含18%Cr和9%Ni，稱為18-8鋼。加入Ti、Nb消除晶間腐蝕；加入Mo、Cu提高耐酸腐蝕能力。奧氏體鋼不能用淬火強(qiáng)化，可通過(guò)形變強(qiáng)化。奧氏體鋼固溶處理得到單相奧氏體組織，再加熱到400～800℃容易沿晶界析出Cr23C6（敏化處理）。奧氏體鋼穩(wěn)定化處理讓鋼中的碳與Ti或Nb形成穩(wěn)定的TiC或NbC，而不形成Cr23C6。2023/1/1916第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接第15頁(yè)/共25頁(yè)第3節(jié)奧氏體不銹鋼的焊接二、奧氏體不銹鋼的焊接性主要問(wèn)題：熱裂紋、耐蝕性、脆化1、熱裂紋合金元素，尤其是鎳易和硫、磷等雜質(zhì)形成低熔點(diǎn)共晶相。硼、硅等的偏析，也將促使產(chǎn)生熱裂紋。奧氏體鋼焊縫易形成方向性強(qiáng)的粗大柱狀晶組織，有利于有害雜質(zhì)元素的偏析，從而促使形成連續(xù)的晶間液膜，提高了熱裂紋敏感性。奧氏體鋼的熱導(dǎo)率小、線膨脹系數(shù)大，在焊接不均勻加熱時(shí)易形成較大的拉應(yīng)力，進(jìn)一步促進(jìn)焊接熱裂的產(chǎn)生。2023/1/1917第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接第16頁(yè)/共25頁(yè)第3節(jié)奧氏體不銹鋼的焊接防止措施嚴(yán)格控制有害雜質(zhì)硫、磷的含量調(diào)整焊縫化學(xué)成分，使焊縫金屬中出現(xiàn)雙相組織。焊接工藝措施：盡量采用高能量密度的焊接方法、小熱輸入和提高接頭的冷卻速度等措施，減少母材的過(guò)熱和避免近焊縫區(qū)晶粒的粗化，防止形成粗大的柱狀晶。2023/1/1918第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接第17頁(yè)/共25頁(yè)0Cr18Ni9鋼熱影響區(qū)敏化區(qū)晶間腐蝕第3節(jié)奧氏體不銹鋼的焊接2、耐蝕性晶間腐蝕焊縫和HAZ敏化區(qū)晶間腐蝕：焊態(tài)下析出了Cr23C6相。防止方法：選用含Ti、Nb等穩(wěn)定劑的奧氏體焊接材料，也可選用超低碳焊材(wC≤0.03％);采用焊縫有少量鐵素體組織的填充材料；焊接工藝上選用小的焊接熱輸入，快速冷卻等措施。對(duì)于有Cr23C6相析出的焊接接頭，可通過(guò)固溶處理(一般只適用于較小的工件)或穩(wěn)定化處理來(lái)消除。2023/1/1919第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接第18頁(yè)/共25頁(yè)第3節(jié)奧氏體不銹鋼的焊接刀狀腐蝕只發(fā)生在含有Ti、Nb等穩(wěn)定化元素的奧氏體鋼焊接接頭中。腐蝕部位沿熔合線發(fā)展，處于HAZ的過(guò)熱區(qū)，由于區(qū)域很窄，形狀有如刀削切口。高溫過(guò)熱和中溫敏化是導(dǎo)致接頭過(guò)熱區(qū)產(chǎn)生刀蝕的重要條件。刀蝕產(chǎn)生原因也與晶界碳化鉻沉淀造成貧鉻層有關(guān)。防止刀蝕主要的措施如下：降低母材含碳量采用合理的焊接工藝

2023/1/1920第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接Cr23C6、TiC的析出溫度刀狀腐蝕第19頁(yè)/共25頁(yè)第3節(jié)奧氏體不銹鋼的焊接應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SCC)SCC是在拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下發(fā)生的，是奧氏體不銹鋼非常敏感且經(jīng)常發(fā)生的腐蝕破壞形式。奧氏體不銹鋼由于導(dǎo)熱性差、線膨脹系數(shù)大、屈服強(qiáng)度低，當(dāng)焊接變形受到限制時(shí)，接頭中必然會(huì)殘留較大的焊接拉伸應(yīng)力，加速腐蝕介質(zhì)的作用。消除或降低焊接接頭殘余應(yīng)力；焊后進(jìn)行消除應(yīng)力處理。2023/1/1921第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接應(yīng)力腐蝕裂紋第20頁(yè)/共25頁(yè)第3節(jié)奧氏體不銹鋼的焊接3、接頭脆化475℃脆性出現(xiàn)在含鐵素體的奧氏體鋼焊接接頭中。相脆化：脆硬的金屬間化合物FeCr從δ相或相中產(chǎn)生，在晶界析出。避免措施：限制焊縫中δ相；采用較小的線能量；固溶處理。2023/1/1922第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接第21頁(yè)/共25頁(yè)第3節(jié)奧氏體不銹鋼的焊接三、奧氏體鋼的焊接工藝1、焊接方法焊條電弧焊為提高抗熱裂能力，宜選擇堿性藥皮焊條。鎢極氬弧焊熱輸入小，適宜薄板和薄壁管件的奧氏體鋼焊接。熔化極氬弧焊

中厚板采用射流過(guò)渡；薄板采用短路過(guò)渡。埋弧焊熱輸入大、熔深大，注意焊縫中心區(qū)熱裂紋和HAZ耐蝕性。等離子弧焊

CO2保護(hù)焊不適合焊接奧氏體不銹鋼。2023/1/1923第九章耐熱鋼鋼、不銹鋼的焊接第22頁(yè)/共25頁(yè)第3節(jié)奧氏體不銹鋼的焊接2、焊接材料的選擇高溫條件下工作，應(yīng)考慮焊縫金屬中鐵素體含量的控制，以免出現(xiàn)脆化。腐蝕介質(zhì)下工作，熔敷金屬含C量不要高于母材。腐蝕性弱可選18-8型焊接材料；腐蝕性強(qiáng)要選含Ti或Nb等穩(wěn)定化元素或超低C焊接材料；耐酸腐蝕