畢業(yè)論文---不銹鋼的焊接工藝的研究

1、<p><b>　　前 言</b></p><p>　　進入20世紀90年代以來，我國不銹鋼的消費量增長很快。1997年我國不銹鋼的表觀消費量超過了 100萬1，2001年達到220萬t，居世界第一位。以后逐年大幅度增長，2005年達到522萬t。連續(xù)5年成為世界上最大的不銹鋼消費國家。</p><p>　　不銹鋼由于其優(yōu)良的耐腐蝕性能，在我國的經濟建設中占

2、有舉足輕重的地位，被廣泛應用于船舶、車輛、汽車、宇航、橋梁、建筑、壓力容器、貯罐、建筑機械、管線及家電設備等行業(yè)。在不銹鋼加工工藝中，焊接是最主要的必不可少的加工技術。焊接件的數(shù)量、品種、規(guī)格在不斷地增加，對焊接工藝和質量的要求也越來越高。而且隨著技術的引進，國外的不少不銹鋼的品種和牌號、新焊接材料、新焊接技術、新焊接工藝在國內市場所占的比重逐步增加，因此對國內的焊接技術人員也提出了許多新的問題。</p><p>

3、;　　焊接性是指同種金屬材料或異種金屬材料在焊接加工條件下，能夠形成具備一定使用性能的焊接接頭的特性。焊接性應包括兩個方面的意義:一是結合性，即一定的金屬材料在指定的焊接工藝條件下，對煶接缺陷的敏感性，即工藝焊接性；二是使用性能，是金屬材料在指定的焊接條件下所形成的焊接接頭適用使用條件的程度，也稱使用焊接性。焊接性與材料、工藝、結構和使用條件等因素都有密切的關系，不能脫離開這些因素而單純從材料本身的性能來評價焊接性。</p>

4、<p>　　與國外相比，我國的不銹鋼焊接技術水平存在一定的差距，主要表現(xiàn)在焊接設備（國內目前無一家具有自主知識產權的先進設備生產廠家，高端焊機完全依賴進口，中低端焊機廠家之間競爭激烈，在技術研發(fā)方面投入少）、焊接工藝（大部分焊接工程技術人員及焊工不熟悉不銹鋼的焊接）和焊接材料(焊材研發(fā)能力弱，優(yōu)質焊材主要靠進口）等方面。另外,我國執(zhí)行的標準同國外相比，也比較落后，因此，迫切需要我們加強不銹鋼焊接工藝與材料的研究工作，致力于

5、產品質量的提高，保證產品質量的穩(wěn)定，迅速縮小與國外先進水平的差距。同時加強對高品質特種不銹鋼焊材的研制開發(fā)與生產，適應市場的需求，降低成本，增強自身的競爭能力，為我國的經濟建設做貢獻。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　第一章 奧氏體不銹鋼

6、4</p><p>　　第一節(jié) 奧氏體不銹鋼的牌號、成分與力學性能4</p><p>　　第二節(jié) 奧氏體不銹鋼焊接工藝要點5</p><p><b>　　一、焊前準備5</b></p><p>　　二、焊接方法選擇6</p><p>　　三、焊接材料選擇6</p>&l

7、t;p>　　四、焊接工藝要點7</p><p><b>　　五、焊后清理7</b></p><p>　　第三節(jié) 奧氏體不銹鋼焊接常見問題7</p><p><b>　　一、焊接熱裂紋7</b></p><p>　　二、焊接接頭的晶間腐蝕9</p><p>　

8、　三、應力腐蝕開裂（SCC）12</p><p>　　第二章 雙相不銹鋼14</p><p>　　第一節(jié) 雙相不銹鋼的性能特點14</p><p>　　第二節(jié) 2205雙相不銹鋼成分與力學性能15</p><p>　　第三節(jié) 2205雙相不銹鋼焊接性能與工藝研究16</p><p>　　一、2205雙

9、相不銹鋼焊接性能16</p><p>　　二、焊接工藝參數(shù)16</p><p>　　三、焊接接頭的力學性能17</p><p>　　四、焊縫和熱影響區(qū)的金相組織17</p><p>　　五、焊接工藝中應注意的幾個因素18</p><p>　　第三章 鐵素體不銹鋼焊接性能研究19</p>&l

10、t;p>　　第一節(jié) 鐵素體不銹鋼的介紹19</p><p>　　一、鐵素體不銹鋼的組成和種類19</p><p>　　二、普通商鉻鐵素體不銹鋼存在的主要問題21</p><p>　　第二節(jié) 試驗材料和方法22</p><p>　　一、試驗材料化學成分22</p><p><b>　　二、試

11、驗方法22</b></p><p>　　三、焊接工藝裝備22</p><p>　　四、焊接工藝參數(shù)23</p><p>　　第三節(jié) 試驗結果及分析23</p><p>　　一、焊接接頭的無損檢測23</p><p>　　二、焊接接頭的機械性能測試23</p><p>　

12、　三、焊接接頭宏觀檢查24</p><p>　　四、焊接接頭的耐晶間腐蝕試驗24</p><p>　　五、焊接接頭微觀組織25</p><p><b>　　六、小結25</b></p><p>　　第四章 馬氏體不銹鋼26</p><p>　　第一節(jié) 馬氏體不銹鋼的化學組成及分類2

13、6</p><p>　　第二節(jié) 馬氏體不銹鋼的焊接工藝28</p><p><b>　　一、焊接性28</b></p><p><b>　　二、焊接工藝29</b></p><p>　　三、焊接材料的選用29</p><p>　　第三節(jié) 焊接工藝措施30<

14、/p><p>　　第四節(jié) 鉻系馬氏體不銹鋼的焊接性30</p><p><b>　　參考文獻32</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p>　　第一章 奧氏體不銹鋼</p><p>　　第一節(jié) 奧氏體不銹鋼的牌號、成分與力學性能<

15、/p><p>　　奧氏體鋼以鉻鎳為主要合金元素。一般奧氏體鋼的含鉻量為W Cr=18％，進一步增加含鉻量可提高其對一般酸的耐腐蝕能力。奧氏體不銹鋼主要靠鎳來完成奧氏體化，在此基礎上，有時用少量錳與氮部分取代鎳。在奧氏體鋼中可通過加入鈦或鈮，或把含碳量Wc降至0.03％及以下，達到碳的穩(wěn)定化，以防止出現(xiàn)晶間腐蝕。加入鉬可以提高鉻鎳奧氏體不銹鋼的抗點狀腐蝕和縫隙腐蝕能力。常用奧氏體鋼的牌號與成分見表1-1。力學性能見表1

16、-2。</p><p>　　表1-1 常用奧氏體鋼的牌號與化學成分w（％）</p><p>　　表1-2 常用奧氏體鋼的熱處理制度及力學性能</p><p>　　第二節(jié) 奧氏體不銹鋼焊接工藝要點</p><p><b>　　一、焊前準備</b></p><p><b>　　1、下料

17、方法的選擇</b></p><p>　　奧氏體不銹鋼中有較多的鉻，用一般的氧—乙炔切割有困難，可用機械切割、等離子弧切割及碳弧氣刨等方法進行下料或坡口加工。</p><p><b>　　2、坡口的制備</b></p><p>　　在設計奧氏體不銹鋼焊件坡口形狀和尺寸時，應充分考慮奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)會加劇接頭的變形，應適當減少V

18、形坡口角度。當板厚大于10mm時，應盡量選用焊縫截面較小的U形坡口。</p><p><b>　　3、焊前清理 </b></p><p>　　為了保證焊接質量，焊前應將坡口兩側20～30mm范圍內的焊件表面清理干凈，如有油污，可用丙酮或酒精等有機溶劑擦拭。對表面質量要求特別高的焊件，應在適當范圍內涂上用白粉調制的糊槳，以防飛濺金屬損傷表面。</p>&l

19、t;p><b>　　4、表面防護 </b></p><p>　　在搬運、坡口制備、裝配及定位焊過程中，應注意避免損傷鋼材表面，以免使產品的耐蝕性降低。如不允許用利器劃傷鋼材表面，不允許隨意到處引弧等。</p><p><b>　　二、焊接方法選擇</b></p><p>　　奧氏體不銹鋼具有較好的焊接性，可以采用焊條

20、電弧焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊、等離子弧焊等進行焊接。</p><p><b>　　1、焊條電弧焊</b></p><p>　　焊條電弧焊是最常用的焊接方法，具有操作靈活、方便等優(yōu)點。為提高焊縫金屬抗裂紋能力，宜選擇堿性藥皮的焊條；對于耐蝕性要求高、表面成形要求好的焊縫，宜選用工藝性良好的鈦鈣型藥皮的焊條。</p><p><

21、;b>　　2、氬弧焊</b></p><p>　　氬弧焊是焊接奧氏體不銹鋼的理想方法，焊接過程中合金元素燒損很小，焊縫表面潔凈無渣，焊縫成形好。此外，由于焊接熱輸入較低，特別適宜對過熱敏感的奧氏體不銹鋼的焊接。</p><p><b>　　3、埋弧焊</b></p><p>　　埋弧焊是一種高效的焊接方法，特別是熱輸入大，熔池

22、尺寸較大，冷卻速度和凝固速度慢，因此焊接熱裂紋敏感性增大。埋弧焊對母材稀釋率變化范圍大（10％～75％），這就會對焊縫金屬成分產生重大影響，關系到焊縫組織中鐵素體含量的控制。</p><p><b>　　4、等離子弧焊</b></p><p>　　等離子弧焊屬于惰性氣體保護的熔化焊方法，由于等離子弧能量集中、焊件加熱范圍小、焊接速度快、熱能利用率高及熱影響區(qū)窄等特點，

23、對提高接頭的耐蝕性，改善接頭組織非常有利。</p><p><b>　　三、焊接材料選擇</b></p><p>　　奧氏體不銹鋼焊接材料的選用原則，應使焊縫金屬的合金成分與母材成分基本相同，并盡量降低焊縫金屬中碳含量和S、P等雜質的含量。</p><p>　　對于工作在高溫條件下的奧氏體不銹鋼，填充材料選擇的原則是無裂紋的前提下保證焊縫金屬的

24、熱強性與母材基本相同，這就要求其選材料成分大致與母材成分相匹配，同時應當考慮焊縫金屬中鐵素體含量的控制。對于長期在高溫條件下運行的奧氏體不銹鋼焊接接頭，鐵素體含量不應超過5％，以免出現(xiàn)脆化。在鉻鎳的質量分數(shù)均大于20％的奧氏體不銹鋼中，為獲得抗裂性高的純奧氏體組織，選用WMn=6％～8％的焊接材料是一種行之有效且經濟的解決方法。</p><p>　　對在腐蝕介質中工作的奧氏體不銹鋼，主要按腐蝕介質和腐蝕性要求來選

25、擇焊接材料，一般選用與母材成分相近或相同的焊接材料。由于含碳量對抗腐蝕性有很大影響，因此熔敷金屬中碳的質量分數(shù)不能高于母材。腐蝕性弱或僅為避免銹蝕污染的設備，可選用含Ti或Nb等穩(wěn)定化元素或超低碳焊接材料；對于要求耐酸腐蝕性能較高的工件，常選用含Mo的焊接材料。</p><p><b>　　四、焊接工藝要點</b></p><p>　　根據(jù)奧氏體不銹鋼對抗裂性和耐蝕性

26、的要求，焊接時要注意以下幾點:</p><p><b>　　1、焊前不預熱</b></p><p>　　由于奧氏體不銹鋼具有較好的塑性，冷裂紋傾向較小，因此焊前不必預熱。多層焊時要避免道間溫度過高，一般應冷卻到100℃以下再焊下一層；否則接頭冷卻速度慢，將促使產生碳化鉻而造成耐晶間腐蝕性下降。在工件鋼性極大的情況下，有時為了避免裂紋的產生，不得已進行焊前預熱。<

27、/p><p><b>　　2、防止接頭過熱</b></p><p>　　具體措施有：焊接電流比焊低碳鋼時小10％～20％，短弧快速焊，直線運條，減少起弧、收弧次數(shù)，盡量避免重復加熱，強制冷卻焊縫（加銅墊板，噴水冷卻等）。</p><p>　　3、要保證焊件表面完好無損</p><p>　　焊件表面損傷是產生腐蝕的根源，避免碰

28、撞損傷，尤其避免在焊件表面進行引弧造成局部燒傷等。</p><p><b>　　4、焊后熱處理</b></p><p>　　奧氏體不銹鋼焊接后，原則上不進行熱處理。只有焊接接頭產生了脆化或要進一步提高其耐蝕能力時，才根據(jù)需要選擇固溶處理、穩(wěn)定化處理或消除應力處理。</p><p><b>　　五、焊后清理</b></

29、p><p>　　不銹鋼焊后，焊縫必須進行酸洗、鈍化處理。酸洗的目的是去除焊縫及熱影響區(qū)表面的氧化皮；鈍化的目的是使酸洗的表面重新形成一層無色的致密氧化膜，起到耐蝕作用。常用的酸洗方法有兩種：酸液酸洗。分為浸洗法和刷洗法。浸洗法是將焊件在酸洗槽中浸泡25～45min，取出后用清水沖凈，適用于較小焊件。刷洗法是用刷子或抹布反復刷洗，直到呈白亮色后用清水沖凈，適用于大型焊件。酸膏酸洗。適用于大型結構，是將配制好的酸膏敷于結

30、構表面，停留幾分鐘后，再用清水沖凈。酸洗前必須進行表面清理及修補，包括修補表面損傷、徹底清除焊縫表面殘渣及焊縫附近表面的飛濺物。鈍化在酸洗后進行，用鈍化液在部件表面揩一遍，然后用冷水沖洗，再用抹布仔細擦洗，最后用溫水沖洗干凈并干燥，經鈍化處理后的不銹鋼制品表面呈白色，具有較好的耐蝕性。</p><p>　　第三節(jié) 奧氏體不銹鋼焊接常見問題</p><p><b>　　一、焊接熱

31、裂紋</b></p><p>　　單相奧氏體不銹鋼焊接時，具有較高的熱裂紋敏感性，在焊縫及近縫區(qū)都有可能出現(xiàn)熱裂紋，最常見的是焊縫凝固裂紋，也可能在熱影響區(qū)（HAZ）或多層焊道間金屬出現(xiàn)液化裂紋。</p><p>　　1、焊接接頭產生熱裂紋的原因</p><p>　　奧氏體不銹鋼具有較大的熱裂紋敏感性，主要取決于其化學成分、組織與性能特點：</p&

32、gt;<p>　　（1）化學成分 奧氏體不銹鋼中合金元素較多，尤其是含有一定數(shù)量的鎳，它易與硫、磷等雜質形成低熔點共晶，如Ni-S共晶熔點為645℃ ，Ni-P共晶元素為880℃ ，比Fe-S、Fe-P共晶的熔點更低，危害性也更大。其他一些元素如硅、硼、鈮等元素，也能形成有害的易熔晶間層，這些低熔點共晶會促使熱裂紋的產生。</p><p>　?。?）組織 奧氏體不銹鋼焊縫易形成方向性強的粗大柱狀

33、晶組織，有利于有害雜質元素的偏析，從而促使形成連續(xù)的晶間液膜，增加了熱裂紋的敏感性。</p><p>　?。?）性能 從奧氏體不銹鋼的物理性能看，它具有熱導率小、線脹系數(shù)大的特點，因而在焊接局部加熱和冷卻條件下，易產生較大的焊接殘余拉應力，進一步促進焊接熱裂紋的產生。</p><p>　　從上述三個方面看，熱裂紋是奧氏體不銹鋼焊接時比較容易產生的一種缺陷，特別是含鉻較高的奧氏體不銹鋼更容

34、易產生。因此，奧氏體不銹鋼產生熱裂紋的傾向要比低碳鋼大得多。</p><p>　　2、防止奧氏體不銹鋼產生熱裂紋的主要措施</p><p><b>　?。?）冶金措施</b></p><p>　　嚴格控制焊縫金屬中有害雜質元素的含量。鋼中鎳含量越高，越應該嚴格控制硫、磷、硼、硒等有害元素的含量。調整焊縫化學成分。加入鐵素體元素，使焊縫金屬出現(xiàn)奧

35、氏體-鐵素體雙相組織，能夠有效地防止焊縫熱裂紋的產生。如18-8鋼焊縫組織中有少量鐵素體（δ）相存在，則抗裂性能大大提高，如圖1-1所示。這是因為δ相的存在打亂了奧氏體焊縫柱狀晶的方向性（如圖1-2所示）、細化了晶粒，低熔點的雜質被鐵素體分散和隔開，避免了低熔點雜質呈連續(xù)網狀分布，從而阻礙熱裂紋擴展和延伸；δ相能溶解較多的硫、磷等微量元素，使其在晶界上的數(shù)量大為減少，從而提高焊縫抗熱裂紋的能力。常用鐵素體化的元素有鉻、鉬、釩等。<

36、/p><p>　　圖1-1 δ相對含量對焊縫熱裂傾向的影響</p><p>　　圖1-2 δ相在奧氏體基體上的分布</p><p>　　控制焊縫金屬中的鉻鎳比。對于18-8型不銹鋼來說，當焊接材料的鉻鎳比小于1.61時，就易產生熱裂紋；而鉻鎳比達到2.3～3.2時，就可以防止熱裂紋的產生。這一措施的實質也是為保證有一定量的鐵素體存在。</p><

37、p>　　在焊縫金屬中加入少量的鈰、鋯、鉭等微量元素。這些元素可以細化晶粒，也可以減少焊縫對熱裂紋的敏感性。</p><p>　　上述冶金因素主要是通過選擇焊接材料來達到調整焊縫化學成分的目的。目前我國生產的18-8型不銹鋼焊條的熔敷金屬，都能獲得奧氏體-鐵素體雙相組織。</p><p><b>　?。?）工藝措施 </b></p><p>

38、;　　焊接時應盡量減小熔池過熱程度，以防止形成粗大的柱狀晶。為此焊接時宜采用小熱輸入及小截面的焊道；多層焊時，道間溫度不宜過高，以避免焊縫過熱；焊接過程中焊條不允許擺動，采用窄焊縫的操作技術。</p><p>　　此外，液化裂紋主要出現(xiàn)在25-20型奧氏體不銹鋼的焊接接頭中。為防止液化裂紋的產生，除了嚴格限制母材中的雜質含量、控制母材的晶粒度以外，在工藝上應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

39、度等措施，以減少母材的過熱和避免近縫區(qū)晶粒的粗化。</p><p>　　二、焊接接頭的晶間腐蝕</p><p>　　有些奧氏體不銹鋼的焊接接頭，在腐蝕介質中工作一段時間后可能發(fā)生局部沿著晶界的腐蝕，一般稱此種腐蝕為晶間腐蝕，0Cr18Ni9不銹鋼晶間腐蝕，如圖1-3所示。根據(jù)母材類型和所采用焊接材料與焊接工藝不同，奧氏體不銹鋼焊接接頭可能發(fā)生在焊縫區(qū)、HAZ敏化去（600～1000℃）和熔

40、合區(qū)，如圖1-4所示。</p><p>　　圖1-3 0Cr18Ni9不銹鋼晶間腐蝕</p><p>　　圖1-4 奧氏體不銹鋼焊接接頭</p><p>　　a—焊縫區(qū) b—HAZ敏化區(qū) c—熔合區(qū)</p><p><b>　　1、晶間腐蝕</b></p><p>　?。?）產生

41、晶間腐蝕的原因。奧氏體不銹鋼焊縫和HAZ敏化區(qū)的晶間腐蝕，都與敏化過程使晶界形成貧鉻層有關。焊縫產生晶間腐蝕可有兩種情況：一種是焊態(tài)下已有Cr23C6析出，如多層焊縫的重復加熱區(qū)域；另一種為接頭在焊態(tài)下無貧鉻層，但焊后經過敏化溫度區(qū)間，因而具有晶間腐蝕傾向。</p><p>　　奧氏體不銹鋼在加熱到450～850℃ 時，對晶間腐蝕最敏感，此溫度區(qū)間稱敏化溫度區(qū)。這是因為當溫度低于450℃時，碳原子活動能力很弱，C

42、r23C6析出困難不會形成貧鉻層；而當溫度高于850℃時,晶粒內部的鉻獲得了的動能，擴展到晶界，從而使已形成的貧鉻層消失；而在450～850℃溫度區(qū)間內，既有利于Cr23C6的析出，晶粒內部的鉻原子又不能擴散到晶界，最容易形成貧鉻層，對晶間腐蝕最敏感。當然，如果在450～850℃溫度區(qū)間加熱足夠長的時間，晶內的鉻原子也可以擴散到晶界使貧鉻層消失。</p><p>　?。?）防止焊接接頭產生晶間腐蝕的措施</

43、p><p><b>　?、僖苯鸫胧?lt;/b></p><p>　　使焊縫金屬具有奧氏體-鐵素體雙相組織，其鐵素體的體積分數(shù)應在4％～12％范圍內，不僅能提高焊縫金屬抗晶間腐蝕的能力和抗應力腐蝕的能力，同時還能提高焊縫金屬抗熱裂紋的能力。</p><p>　　在焊縫金屬中滲入比鉻更容易與碳結合的穩(wěn)定化元素，如鈦、鈮、鉭和鋯等。一般認為認為鈦碳比大于5時

44、，能提高抗晶間腐蝕的能力。試驗結果證明，鈦碳比大于或等于6.7時才有明顯的效果；大于7.8時，才能徹底地改善晶間腐蝕的傾向。這是由于鈦優(yōu)先地與全部的碳結合，消除了晶間的貧鉻地帶，從而改善了抗蝕性。</p><p>　　超低碳有利于防止晶間腐蝕。最大限度地降低碳在焊縫金屬中的含量，達到低于碳在不銹鋼中室溫溶解極限值以下，使碳不可能與鉻生成Cr23C6，從根本上消除晶界的貧鉻區(qū)。碳的質量分數(shù)在焊縫金屬中小于0.03％

45、時，就能提高焊縫金屬的抗晶間腐蝕能力。</p><p>　　如上所述，為了使焊縫金屬中含有恰當?shù)暮辖鹪胤N類和數(shù)量，只有從焊接材料著手，選擇滿足上述冶金因素條件的焊條、焊劑及焊絲，才能使焊縫金屬達到不產生晶間腐蝕的目的。</p><p><b>　?、诠に嚧胧?lt;/b></p><p>　　選擇合適的焊接方法，即選擇熱輸入最小的焊接方法，讓焊接接

46、頭盡可能地縮短在敏化溫度區(qū)間停留的時間。對于薄件、小型規(guī)則的焊接接頭，應選用能量集中的真空電子束焊、等離子弧焊、鎢極氬弧焊；對于中等厚度的板材的焊縫，可采用熔化極氣體保護焊；而大厚度的板材的焊接，選用埋弧焊、焊條電弧焊為常用的焊接方法，氣焊不宜采用。</p><p>　　焊接參數(shù)應在保證焊縫質量的前提下，采用小的焊接電流，最快的焊接速度。在操作上盡量采用窄焊縫，多道多層焊，并注意每焊完一道焊縫后要等焊接處冷卻至室

47、溫再進行下一道焊縫的焊接。在施焊過程中，不允許焊條或焊絲擺動；焊接管子采用氬弧焊打底時，可以不加填充材料進行熔焊，在可能的條件下，管內通氬氣保護。其作用是保護熔池不易氧化，加快焊縫的冷卻速度，有利于背面焊縫的成形。對于接觸腐蝕介質的焊縫，在有條件的情況下一定要最后施焊，以減少接觸介質焊縫的受熱次數(shù)。強制焊接區(qū)的快速冷卻。對于有的規(guī)則的焊縫，在可能的條件下焊縫背面可用純銅墊，在銅墊上通水或通保護氣體等方式進行強迫冷卻，有利于防止焊接接頭的

48、晶間腐蝕，因為快速冷卻可以防止貧鉻層的形成。</p><p>　　進行固溶處理或穩(wěn)定化處理。奧氏體不銹鋼的熱處理方法有固溶處理和穩(wěn)定化處理。固溶處理是把鋼加熱到1050～1150℃，得到成分均勻的單相奧氏體組織，然后快冷，使高溫過飽和固溶體組織狀態(tài)保持到室溫。固溶處理后，奧氏體不銹鋼具有最低的強度和硬度，最好的耐蝕性，是防止晶間腐蝕的重要手段。出現(xiàn)敏化現(xiàn)象的奧氏體不銹鋼可再次用固溶處理來消除。</p>

49、<p>　　穩(wěn)定化處理是針對含穩(wěn)定劑的奧氏體不銹鋼而設計的一種熱處理工藝。奧氏體不銹鋼中加穩(wěn)定劑（Ti或Nb）的目的是讓鋼中的碳與Ti或Nb形成穩(wěn)定的TiC或NbC，而不形成Cr23C6,從而防止晶間腐蝕。穩(wěn)定化處理加熱溫度高于Cr23C6的溶解溫度，低于TiC或NbC的溶解溫度，一般在850～900℃，并保溫2～4h。穩(wěn)定化處理也可用于消除因敏化加熱而產生的晶間腐蝕傾向。</p><p>　　2、

50、刀狀腐蝕產生的原因</p><p>　　刀狀腐蝕簡稱刀蝕，它是焊接接頭中特有的一種晶間腐蝕，只發(fā)生在含有Ti、Nb等穩(wěn)定化元素的奧氏體不銹鋼焊接接頭中。腐蝕部位沿熔合線發(fā)展，處于HAZ的過熱區(qū)，由于區(qū)域很窄（電弧焊一般為1.0～1.5mm），形狀有如刀削切口，故稱為刀狀腐蝕。</p><p>　　高溫過熱和中溫敏化是導致焊接接頭過熱區(qū)產生刀蝕的重要條件。刀蝕產生的原因也與Cr23C6析出沉

51、淀造成貧鉻層有關。含有穩(wěn)定劑的奧氏體不銹鋼，鋼中的大部分碳與Ti、Nb形成TiC、NbC。焊接時在溫度超過1200℃的過熱區(qū)，鈦和鈮的碳化物溶入固溶體中。在高溫的作用下，由于碳的擴散能力強，故溶解的碳能迅速向晶界處遷移，冷卻后偏聚在晶界附近呈過飽和狀態(tài)，而鈦和鈮則因擴散能力低而留于晶內。如果焊接接頭在敏化溫度區(qū)間再次加熱時，過飽和的碳將在奧氏體晶界以Cr23C6形式析出，而Ti、Nb由于在奧氏體相里的擴散速度非常慢，很難遷移到晶界與碳再

52、次結合，這樣Ti、Nb就失去了穩(wěn)定化元素的作用，使晶界形成貧鉻層，在腐蝕介質的作用下就會產生刀蝕。</p><p><b>　　3、防止刀蝕的措施</b></p><p>　　降低母材的含碳量。這是防止刀蝕的有效措施，如超低碳奧氏體不銹鋼的焊接接頭就不會產生刀蝕。采用合理的焊接工藝。在保證焊縫質量的前提下，盡量選擇較小的熱輸入，以減小過熱區(qū)在高溫停留時間，并注意避免在

53、焊接過程中產生“中溫敏化”的效果；雙面焊時，與腐蝕介質接觸的焊縫應盡量最后施焊，如不能實施，則應調整焊接參數(shù)及焊縫形狀，盡量避免與腐蝕介質接觸的過熱區(qū)再次受到敏化加熱，如圖1-5所示；焊接過程中或焊后采用強制冷卻的方法，使焊縫快速冷卻；焊后矯正時應采用冷矯正方法進行；對腐蝕性能要求較高的焊件，必要時要進行焊后的穩(wěn)定化處理或固溶處理。</p><p>　　圖1-5 第二面焊縫的敏化區(qū)對刀蝕的影響</p>

54、;<p>　　a圖敏化區(qū)與腐蝕介質不接觸 b圖敏化區(qū)與腐蝕介質接觸</p><p>　　三、應力腐蝕開裂（SCC）</p><p>　　1、應力腐蝕開裂產生原因</p><p>　　應力腐蝕開裂是在拉應力和特定腐蝕介質共同作用下而發(fā)生的一種破壞形式。隨著拉應力的不斷加大，發(fā)生破壞的時間縮短；當拉應力減小時，腐蝕量也隨之減小，甚至不發(fā)生破壞。應力腐蝕

55、開裂是奧氏體不銹鋼非常敏感且經常發(fā)生的腐蝕破壞形式。據(jù)有關統(tǒng)計資料表明：應力腐蝕開裂引起的事故占整個腐蝕破壞事故的60％以上。</p><p>　　奧氏體不銹鋼由于導熱性差、線脹系數(shù)大、屈服點低，焊接時很容易變形，當焊接變形受到限制時，焊接接頭中必然會殘留較大的焊接殘余拉應力，加速腐蝕介質的作用。因此，奧氏體不銹鋼焊接接頭容易出現(xiàn)應力腐蝕開裂，這是焊接奧氏體不銹鋼時最不易解決的問題之一，特別是在化工設備中，應力腐

56、蝕開裂現(xiàn)象經常出現(xiàn)。</p><p>　　應力腐蝕開裂的表面特征是：裂紋均發(fā)生在焊縫表面上；裂紋多平行且近似垂直焊接方向；裂紋細長并曲折，常常貫穿有黑色點蝕的部位。從表面開始向內部擴展，點蝕往往是裂紋的根源，裂紋通常表現(xiàn)為穿晶擴展，裂紋尖端常出現(xiàn)分枝，裂紋整體為樹枝狀。嚴重的裂紋可穿過熔合區(qū)進入熱影響區(qū)。</p><p>　　2、防止應力腐蝕開裂的措施</p><p&g

57、t;　?。?）合理地設計焊接接頭。避免腐蝕介質在焊接接頭部位聚集，降低或消除焊接接頭應力集中。</p><p>　?。?）消除或降低焊接接頭的殘余應力。焊后進行消除應力處理是常用工藝措施，加熱溫度在850～900℃之間才可得到比較理想的消除應力效果；采用機械方法，如表面拋光、噴丸和錘擊來造成表面壓應力；結構設計時要盡量采用對接接頭，避免十字交叉焊縫，單V形坡口改用Y形坡口等。</p><p&g

58、t;　?。?）正確選用材料。選用母材和焊接材料時，應根據(jù)介質的特性選用對應力腐蝕開裂敏感性低的材料。</p><p>　　第二章 雙相不銹鋼</p><p>　　所謂雙相不銹鋼是在其固溶組織中鐵素體相與奧氏體相約各占一半，一般量少相的含量也需要達到30％。在含C較低的情況下，Cr含量在18％～28％，Ni含量在3％～10％。有些鋼還含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。該類鋼兼有奧氏

59、體和鐵素體不銹鋼的特點，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導熱系數(shù)高，具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比，強度高且耐晶間副食和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節(jié)鎳不銹鋼。雙相不銹鋼已成為一種重要的工程材料，廣泛應用于石油、天然氣和化工等領域，80年代以來已成為和馬氏體型、奧氏體型和鐵素體型不銹鋼并列的一個鋼類。&l

60、t;/p><p>　　第一節(jié) 雙相不銹鋼的性能特點</p><p>　　含鉬雙相不銹鋼在低應力下有良好的耐氯化物應力腐蝕性能。一般18-8型奧氏體不銹鋼在60℃以上中性氯化物溶液中容易發(fā)生應力腐蝕斷裂，在微量氯化物及硫化氫工業(yè)介質中用這類不銹鋼制造的熱交換器、蒸發(fā)器等設備都存在著產生應力腐蝕斷裂的傾向，而雙相不銹鋼卻有良好的抵抗能力。</p><p>　　含鉬雙相不銹

61、鋼有良好的耐孔蝕性能。在具有相同的孔蝕抗力當量值（PRE=Cr％+3.3Mo％+16N％）時，雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼的臨界孔蝕電位相仿。雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼耐孔蝕性能與AISI 316L目當。含25％Cr的，尤其是含氮的高鉻雙相不銹鋼的耐孔蝕和縫隙腐蝕性能超過了AISI 316L。具有良好的耐腐蝕疲勞和磨損腐蝕性能。在某些腐蝕介質的條件下，適用于制作泵、閥等動力設備。</p><p>　　綜合力學性能好。有

62、較高的強度和疲勞強度，屈服強度是18-8型奧氏體不銹鋼的2倍。固溶態(tài)的延伸率達到25％，韌性值AK（V型槽口）在100J以上?？珊感粤己?，熱裂傾向小，一般焊前不需預熱，焊后不需熱處理，可與18-8型奧氏體不銹鋼或碳鋼等異種焊接。</p><p>　　含低鉻（18％Cr）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，可不經過鍛造，直接軋制開坯生產鋼板。含高鉻（25％Cr）的雙相不銹鋼熱加工比奧氏體不

63、銹鋼略顯困難，可以生產板、管和絲等產品。冷加工時比18-8型奧氏體不銹鋼加工硬化效應大，在管、板承受變形初期，需施加較大應力才能變形。與奧氏體不銹鋼相比，導熱系數(shù)大，線膨脹系數(shù)小，適合用作設備的襯里和生產復合板。也適合制作熱交換器的管芯，換熱效率比奧氏體不銹鋼高。仍有高鉻鐵素體不銹鋼的各種脆性傾向，不宜用在高于300℃的工作條件。雙相不銹鋼中含鉻量愈低，α等脆性相的危害性也愈小。</p><p>　　雙相不銹鋼（

64、Duplex Stainless Steel，簡稱DSS），指鐵素體與奧氏體各約占50％，—般較少相的含量最少也需要達到30％的不銹鋼。雙相不銹鋼從20世紀40年代在美國誕生以來，已經發(fā)展到第三代。它的主要特點是屈服強度可達400-550MPa，是普通不銹鋼的2倍，因此可以節(jié)約用材，降低設備制造成本。在抗腐蝕方面，特別是介質環(huán)境比較惡劣（如海水，氯離子含量較高）的條件下，雙相不銹鋼的抗點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕及腐蝕疲勞性能明顯優(yōu)于普通的

65、奧氏體不銹鋼，可以與高合金奧氏體不銹鋼媲美。</p><p>　　雙相不銹鋼具有良好的焊接性能，與鐵素體不銹鋼及奧氏體不銹鋼相比，它既不像鐵素體不銹鋼的焊接熱影響區(qū)，由于晶粒嚴重粗化而使塑韌性大幅降低，也不像奧氏體不銹鋼那樣，對焊接熱裂紋比較敏感。雙相不銹鋼由于其特珠的優(yōu)點，廣泛應用于石油化工設備、海水與廢水處理。雙相不銹鋼無論在生產還是加工方面都逐漸成熟。不僅鋼種和產品種類齊全、質量高而且有價格競爭力，有望成為

66、奧氏體不銹鋼的替代產品。但是雙相不銹鋼的使用溫度有限。只能在300℃以下使用，這是由于其具有一定的脆化傾向。全世界雙相不銹鋼產量的80％是2205雙相不銹鋼。隨著2205雙相不銹鋼在我國的大量推廣使用，越來越多的化工反應器、換熱器、儲存容器和管道等都用其制造。由于該鋼的抗拉強度下限標準值達540MPa，可用來制造三類壓力容器。對它的制造、檢驗和使用國家都有嚴格的標準法規(guī)。焊接是壓力容器制造最重要的工序。因此，對2205雙相不銹鋼的焊接工

67、藝進行研究具有十分重要的意義。</p><p>　　第二節(jié) 2205雙相不銹鋼成分與力學性能</p><p>　　2205雙相不銹鋼是一種含N的不銹鋼，其合金元素主要為Cr、Ni、Mo，化學成分見表2-1。 2205屬高強不銹鋼，其力學性能見表2-2。</p><p>　　表2-1 2205雙相不銹鋼化學成分（％）</p><p>　　表

68、2-2 2205雙相不銹鋼的力學性能</p><p>　　2205雙相不銹鋼力學性能與鋼材的回火溫度有關，回火溫度越高，強度越低?；鼗饻囟葹?00℃，屈服強為400MPa,抗拉強度為650MPa。與鐵素體不銹鋼相比，其韌性高，韌脆轉變溫度低，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時保留了鐵素體不銹鋼導熱系數(shù)高、膨脹系數(shù)小、具有超塑性等特性；而與奧氏體不銹鋼相比較，屈服強度和抗疲勞強度顯著提高，約為奧氏體不銹鋼的2

69、倍，且耐晶間腐蝕、應力腐蝕和腐蝕疲勞等性能有明顯改善[2]。氮在強化2205雙相不銹鋼中起著重要的作用，但當?shù)馁|量分數(shù)超過0.2％時，氮的間隙固溶強化使得奧氏體的強度大于鐵素體。增加鐵素體的含量，會導致沖擊韌性降低，也導致氮在鐵素體中的析出，生成氮化鉻，因為氮在鐵素體中比在奧氏體中的溶解度低。而280～350℃區(qū)間過渡時效也會導致韌性降低。</p><p>　　第三節(jié) 2205雙相不銹鋼焊接性能與工藝研究&l

70、t;/p><p>　　一、2205雙相不銹鋼焊接性能</p><p>　　焊接是一個冶金過程，2205雙相不銹鋼的焊接質量，決定于其焊縫和熱影響區(qū)的鐵素體和奧氏體含量的平衡和兩相組織的均勻性。在焊接過程中，金屬從熔融到冷卻，從凝固點到1200℃為鐵素體組織；1200～800℃奧氏體從鐵素體中析出；800～475℃將可能有中間相（σ相、碳化物、氮化物）析出。因此，焊接線能量的輸入大小，直接影響著

71、焊縫和熱影響區(qū)中鐵素體的含量。線能量太小，不利于奧氏體析出；線能量太大，則會引起合金元素Cr、Ni、Mo的燒損，導致材料的耐腐蝕性能下降、機械性能劣化，不能得到良好的相組織，更容易析出中間相。</p><p>　　焊接熱循環(huán)的最高溫度和快速冷卻可促使雙相不銹鋼組織鐵素體化，由于δ鐵素體含量的增加導致了沖擊韌性和耐蝕性降低。因此，選擇合適的焊接工藝參數(shù)十分重要。</p><p>　　與奧氏體

72、不銹鋼的焊接相比，2205雙相不銹鋼的焊接對污染更敏感，特別是對濕氣和水分。任何類型的油污、油脂和水分等污染物都會影響材料的抗腐蝕性及力學性能，因此在焊接前要對材料嚴格清理。雙相不銹鋼的焊接接頭形式應預先經過充分地準備，如采用熱加工方法切割坡口 ，應將坡口表面打磨至露出金屬光澤，并對坡口表面進行滲透檢測，焊接坡口最好采用機械加工。通常情況下，雙相不銹鋼的焊接不采用預熱，因為預熱會降低焊接熱影響區(qū)的冷卻速度。當然，預熱對于降低鋼材表面的濕

73、氣是有益的，當采用預熱的方法降低濕氣時，首先必須清理焊接表面，然后均勻地加熱到95℃。如果焊縫的冷卻速度太快，使得焊接熱影響區(qū)的鐵素體含量增加太大時，采用預熱是有意義的。例如，將薄板焊接到厚板上和容器上焊接襯墊等情況下冷卻速度是很快的，可以考慮預熱。</p><p>　　與奧氏體鋼相比，雙相不銹鋼具有導熱性好和熱膨脹系數(shù)低的特點，因此不會產生很大的殘余應力，具有更高的抵抗熱裂紋的能力，故雙相不銹鋼可以采用較大線能

74、量焊接，最大的層間溫度為150℃。在實際焊接中，必須保證層間溫度不高于工藝試驗設定的層間溫度。當焊接量很大時，應合理地安排焊接順序以保證焊縫層間有足夠的冷卻時間，這樣既能保證層間溫度，又能提高勞動生產率。焊接工藝評定的試板尺寸會影響冷卻速度和層間溫度，要注意焊接工藝評定確定的層間溫度應比實際焊接時低。因此，工藝評定不能預測由于在實際中采用較高的層間溫度而導致冷卻速度降低的程度。</p><p>　　焊后不必熱處理

75、，雙相不銹鋼在300～1000℃對溫度很敏感：在300～700℃進行消除應力處理會導致σ相析出而產生475℃脆化現(xiàn)象，引起韌性和抗腐蝕性降低；在700～1000℃進行應力消除處理，會導致金屬間化合物的析出，也會引起韌性和抗腐蝕性的降低。</p><p><b>　　二、焊接工藝參數(shù)</b></p><p>　　試板材料：SAF2205，瑞典生產。焊接材料：2205-P

76、W，瑞典Avesta公司生產。焊接試板尺寸為400mm×125mm×6mm對接焊縫，坡口V形，焊接位置：平焊，焊接溫度23℃（室溫），層間度小于150 ℃。焊接設備為ZX5-400硅整流焊機，直流反接。2205試樣化學成分見表2-3, 2205試樣力學性能見表2-4。</p><p>　　表2-3 2205試板母材化學成分 ％</p><p>　　表2-4 2205

77、試板母材力學性能</p><p>　　焊接時采用多層單道焊，共3層，直徑3.25mm焊條1層，直徑4mm焊條2層。焊接工藝參數(shù)見表2-5。</p><p>　　表2-5 焊接工藝參數(shù)</p><p>　　焊接完成后進行外觀檢查，不存在咬邊、氣孔、裂紋和夾渣等缺陷。焊縫余高0.8mm，按JB4730-2005標準無損檢測，照相質量AB級，Ⅱ級合格。</p>

78、;<p>　　三、焊接接頭的力學性能</p><p>　　根據(jù)JB47078-2000《壓力容器焊接工藝評定》標準加工試樣，進行力學性能試驗。拉伸試樣2件，面彎、背彎各2件，焊縫和熱影響區(qū)沖擊試樣各3件。焊接接頭的力學性能試驗數(shù)據(jù)見表2-6。</p><p>　　表2-6 焊接接頭的力學性能實驗數(shù)據(jù)</p><p>　　四、焊縫和熱影響區(qū)的金相組織&

79、lt;/p><p>　　很多的研究結果都表明，雙相不銹鋼焊縫中鐵素體和奧氏體含量的平衡，對焊縫的力學性能和抗蝕性能有著重要的影響。因此，為了評估結構的工作性能，需要測定焊縫的兩相含量。采用鐵素體檢測儀檢測了焊縫、母材、熱影響區(qū)的鐵素體含量見表2-7。</p><p>　　表2-7 焊縫、母材和熱影響區(qū)的鐵素體含量 ％</p><p>　　采用PME3金相顯微鏡，對焊接

80、接頭的焊縫區(qū)、熱影響區(qū)和母材取樣進行金相分析。對試樣進行機械拋光，采用5％三氯化鐵鹽酸水溶液浸蝕。其顯微組織分別如圖2-1，2-2，2-3所示。</p><p>　　圖2-1 2205雙相不銹鋼金相組織 ×500 圖2-2 焊縫金相組織 ×500 圖2-3 焊接熱影響區(qū)金相組織 ×500</p><p>　　五、焊接工藝中應注意的幾個

81、因素</p><p>　　1. 2205雙相不銹鋼有很高的強度,其延伸率小于奧氏體不銹鋼。因此,在焊縫組對時,應嚴格控制組對質量,如果強力組對,焊接完成后很難矯形,既使能夠矯形,也會產生很大的殘余應力,使力學性能劣化,抗腐蝕性能下降。</p><p>　　2. 2205 雙相不銹鋼的焊接對污染更敏感,任何類型的油污、油脂和水分均會影響材料的抗腐蝕性及力學性能。因此,焊接前應對焊接區(qū)域用丙酮

82、進行清洗,徹底清除油污、泥土、灰塵和水分等污染。</p><p>　　3. 選擇合理的焊接線能量非常重要。當采用很小焊接線能量時, 由于快速冷卻使得焊接熱影響區(qū)和焊縫的鐵素體含量偏高,對耐腐蝕性能和力學性能不利;但是過高的焊接線能量會燒損合金元素、冷卻太慢而使得中間相析出,引起相組織的不平衡,同樣對耐腐蝕性能和力學性能不利。因此,通過調整焊接線能量輸入可以得到最佳的焊縫和焊接熱影響區(qū)性能。</p>

83、<p>　　4. 焊接完成后,應對焊縫和焊縫熱影響區(qū)進行鐵素體檢測,檢驗焊接工藝的合理性。當鐵素體含量低于30％時, 2205雙相不銹鋼會產生脆化。</p><p>　　第三章 鐵素體不銹鋼焊接性能研究</p><p>　　第一節(jié) 鐵素體不銹鋼的介紹</p><p>　　焊接性是指同種金屬材料或異種金屬材料在焊接加工條件下，能夠形成具備一定使用性能的焊

84、接接頭的特性，焊接性與材料、工藝、結構和使用條件等因素都有密切的關系。在不銹鋼加工工藝中，焊接是最主要的必不可少的加工技術之一。焊接件的數(shù)量、品種、規(guī)格在不斷地增加，對焊接工藝和質量的要求也越來越高。</p><p>　　不銹鋼由于其具有優(yōu)異的耐蝕性、成型性、相容性以及在很寬溫度范圍內的強韌性等一系列特點，被廣泛應用于化工、石油、冶金、航天、航空、核工業(yè)、交通運輸、輕工業(yè)、紡織、電子等工業(yè)部門及日常生活用品，作為

85、耐蝕材料、耐熱材料、低溫材料、無磁材料、耐磨材料及功能材料等 。</p><p>　　鐵素體不銹鋼的焊接工藝性不如奧氏體不銹鋼，一般要求焊前預熱和焊后熱處理。對于可以焊前預熱或焊后進行熱處理的焊接構件，可選用與母材金屬相同化學成分的焊接材料；對于不允許預熱或焊后不能進行熱處理的焊接構件，應選用奧氏體不銹鋼焊接材料，以保證焊縫具有良好的塑性和韌性引。</p><p>　　不銹鋼是指具有抵抗大

86、氣、酸、堿、鹽等腐蝕作用的臺金鋼的總稱。按其金相組織可分為五類：即鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼 下面分別介紹。</p><p>　　一、鐵素體不銹鋼的組成和種類</p><p>　　鐵素體是指鐵和其它元素形成的體心立方晶格結構的固溶體。對一般鋼而言，通常是指碳和其它元素在a鐵中的間隙固溶體（a相）組織，不會發(fā)生奧氏體相變。鐵素體不銹鋼則是指含有大于1

87、2鉻在a鐵中的間隙固溶體。其中還含有相當?shù)偷奶己丸F素體的形成元素如A1、Mo等，以保證鋼的組織主要是鐵素體。它具有強烈的磁性．不能用淬火方法使之硬化。含鉻量一般在l2 ～3o 之間，含碳量大多數(shù)低于0．12 。鐵素體不銹鋼可分為普通類和高純類；按鉻含量又可分為低鉻類和高鉻類。</p><p>　　1、普通鐵素體不銹鋼</p><p>　?。?） 12％～14％Cr型 12％～14％Cr鋼

88、只有在碳含量很低的情況下，才屬于鐵素體型不銹鋼，如0Crl2、0Crl3等。有的還加有少量鐵素體形成元素A1的鋼，如0Crl3Al等。低鉻鐵素體不銹鋼綜合性能良，但耐蝕性不如高鉻類。</p><p>　?。?） 16％～18％Cr型 16％～18％Cr鉻的鋼只有在碳含量很低時（一般碳不大于0.12 ）。才屬于鐵素體型不銹鋼，例如0Crl 7Ti、1Crl7Mo等鋼 當鉻低碳高時，會有～定數(shù)量的珠光體如1Crl7

89、鋼。碳含量更高時，如7Cr17等鋼，已屬于馬氏型不銹鋼?？傊?，Crl7型不銹鋼是否屬于鐵素體型，主要取決于碳含量和添加鐵素體形成元素。</p><p>　?。?） 25％～30％Cr型 25％～30％Cr鉻型不銹鋼因含鉻量很高，均為鐵素體組織。在鐵素體不銹錒中是耐蝕性能和抗高溫氧化性能最好的一類。但因鉻含量高，普通鐵素體型不銹鋼的多種脆性等缺點更加突出和嚴重。</p><p>　　2、高

90、純高鉻鐵素體不銹鋼</p><p>　　1969年美國首次采用CRP法（真空感應爐與電子束聯(lián)合精煉法）生產出C+N≤0.0l％的EB26-1鋼，即ASTMXM-27（我國于1975年試制成功）1979年，日本采用真空感應爐與真空自耗爐雙聯(lián)工藝生產了高純Crl8Mo2鋼（我國于1980年采用真空感應爐生產）。這是兩類具有代表性的高純高鉻鐵素體不銹鋼。</p><p>　　高純高鉻（16％～3

91、O％Cr）鐵素體不銹鋼常含有l(wèi)％～4％的Mo，以改善其耐非氧化性介質和耐點蝕、縫騰l腐蝕等性能，對晶間腐蝕還起到一定的延遲敏化作用。C+N總量的最大允許量，隨鋼種成分和用途要求而異 在C+N總含量極低時，經焊接或高溫固溶淬火后，可以消除晶間腐蝕敏感性然而，由于要求臨界含量很低（一般高純級的C+N≤0.01％～O.015％ ），在大規(guī)模生產上不是難以實現(xiàn)，就是價格昂貴 目前除繼續(xù)采用大型真空感應爐生產外，已采用爐外精煉技術和適當放寬控制含

92、量，并輔以加入穩(wěn)定化元素（如鈦、鈮等），發(fā)展了超低碳、氮（C+N≤0.03％）和低碳、氮（C+N=0.035％～0.045％）高鉻鐵素體不銹鋼，在一定程度上能克服普通鐵素體不銹鋼的某些缺點和不足。表3-1給出上述各類已列入國家標準的鐵素體不銹鋼的牌號及化學成分。</p><p>　　表3-1 鐵素體不銹鋼的牌號及化學成分</p><p>　　二、普通商鉻鐵素體不銹鋼存在的主要問題<

93、/p><p>　　1、脆性轉變溫度和缺口敏感性</p><p>　　高鉻鐵素體不銹鋼的韌性一脆性轄變溫度，一般都在室溫以上。隨含鉻量的提高或缺口尖銳度的增加，其脆性轉變溫度也明顯升高，當溫度升到870℃時，缺口敏感性才完全消失造成脆性轉變溫度高和對缺口敏感性大的主要原因是，鋼中間隙元素，尤其是碳、氮和氧等含量較高，并與其化合物沉淀有關。這些夾雜物和析出相往往是應力集中處和裂紋起源處。</

94、p><p>　　2、475℃脆性和δ相脆性</p><p>　?。?） 475℃脆性 含鉻量超過l2％的鐵素體不銹鋼，加熱至340～540℃時，經一定時間后，鋼的硬度增加，沖擊韌性顯著降低，尤其是470℃時，最為嚴重，故稱為475℃脆性。產生475℃脆性的基本原因是一種富鉻（61％～83％Cr）的α＇相的沉淀析出所致。它具有體心立方晶格結構，無磁性。α＇相的析出不僅帶來脆性，而且顯著降低鋼的

95、耐蝕性能。475℃脆性可以通過將鏹加熱到600℃以上溫度，并保溫一定時間，快速冷卻至室溫的辦法來消除。溫度愈高，脆性消脒更加容易，通常是在700～800℃之問處理。</p><p>　?。?） δ相脆性根據(jù)Fe-Cr相圖，當鉻含量在15％～70％范圍內，于500～800℃時存在δ相。它是一種金屬閫化臺物，含鉻42％～5O％，無磁性，具有四方晶格結構，屬高硬度脆性相。δ相首先產生于晶粒邊界，呈鏈網小島形狀，使鋼的硬

96、度提高，卻顯著降低鋼的塑性、缺口韌性及耐蝕性能。添加某些元素，如鉬、硅等，可以擴大δ相區(qū)存在范圍，使δ相區(qū)向低鉻濃度方向移動，有利于δ相的形成。冷加工也會增大 相的析出速度。提高鉻含量將顯著加速δ相的形成。δ相可以通過加熱至800℃以上溫度，保溫一定時間使其溶解后快速冷卻至室溫的辦法來消除。</p><p><b>　　3、高溫脆性</b></p><p>　　普通高

97、鉻鐵素體不銹鋼，加熱至950～1000℃以上，急冷至室溫，其塑性和缺口韌性顯著降低，稱為高溫脆性。若重新加熱至750～850℃，可以恢復其塑性。這種高溫脆性十分有害，在進行焊接、950℃以上等溫熱處理或鑄造過程中，均可能出現(xiàn)這種脆性；同時耐蝕性也顯著降低。產生高溫脆性的基本原因是與碳、氮等間隙元素的化臺物在晶界和晶內位錯上析出有關。降低鋼中的碳、氮含量，減少甚至避免碳、氮化合物的沉淀析出，可以大大改善高溫脆性。</p>&

98、lt;p><b>　　4、晶問腐蝕敏感性</b></p><p>　　普通高鉻鐵素體不銹鋼在加熱過程中存在著475℃脆性、δ相脆性和高溫脆性的三個脆化溫度區(qū) 由于富鉻的α＇相δ相或碳、氮化合物的析出等原因，不僅引起脆化，而且?guī)砭чg腐蝕敏感性，使耐蝕性能顯著降低。尤其是當溫度超過900～950℃以上而后快冷時。具有十分敏感的晶間腐蝕傾向。即使鋼中碳、氮含量較低，奶在自來水這樣弱的腐蝕條

99、件下。經高溫空冷或焊縫區(qū)也會發(fā)生晶間腐蝕。若重新加熱至700～850℃熱處理．其晶問腐蝕敏感性可以消除。</p><p>　　對普通高鉻鐵素體不銹鋼從高溫快冷后產生晶間腐蝕傾向機理的解釋：是由于富鉻碳化物的析出造成其附近貧鉻引起的。碳、氮在鐵索體中的固溶度比在奧氏體中小得多，而鉻在鐵素體中的擴散速度比在奧氏體中大的多。當高鉻鐵素體不銹鋼加熱至950℃以上，富鉻的碳氮化合物溶解于鐵索體中但在陜速淬火玲卻過程中，由于

100、高度過飽和的間隙固溶體具有強烈析出傾向和在鐵素體中碳、氮元素的擴散速度極快（比鉻還陜．比在奧氏體中快數(shù)百倍），經過中溫時也難以阻止富鉻碳、氮化合物的快速析出 當重新加熱至700～850℃時，困鉻的快速擴散，增加了貧鉻區(qū)的鉻含量 雖有晶間析出物存在，但耐晶間腐蝕性能良好。</p><p>　　第二節(jié) 試驗材料和方法</p><p>　　一、試驗材料化學成分（見表3-2）</p>

101、<p>　　表3-2 試樣化學成分（％）</p><p><b>　　二、試驗方法</b></p><p>　　采用手工鎢極氬弧焊方法進行焊接性能研究。</p><p><b>　　三、焊接工藝裝備</b></p><p>　　1、焊接試驗設備。選用日本產（OTC）P-300交直流氬

102、弧焊機設備。焊接電源為直流電源，由兩只流量計來控制正面和背面的保護氣體，焊接用電極為鈰鎢極。</p><p>　　2、焊接評定用材料。綜合考慮各個方面的適應性，試驗擬采用奧氏體不銹鋼焊接材料，且考慮到鐵素體不銹鋼母材（高Cr無Ni）對焊接接頭的稀釋作用，決定選擇較高Ni含量的ER309L焊絲。焊接過程中，盡量減少焊接接頭在高溫的停留時間，有助于焊接接頭的熱影響區(qū)鐵素體組織的晶粒不致很快長大，從而提高焊接接頭塑性。

103、可采取焊后強制的冷卻方式來減少高溫脆化和475℃脆化，防止裂紋的形成。ER309L焊絲的化學成份見表3-3，機械性能見表3-4，焊接用保護氣體成分含量見表3-5。</p><p>　　表3-3 ER309L焊絲化學成份（％）</p><p>　　表3-4 ER309L焊絲機械性能</p><p>　　表3-5 保護氣體成分</p><p&g

104、t;　　3、試板坡口形式（如圖3-1所示）。</p><p>　　圖3-1 試板坡口形式</p><p><b>　　四、焊接工藝參數(shù)</b></p><p>　　通過工藝試驗，確定了最終的焊接工藝參數(shù)（見表3-6）。</p><p>　　表3-6 焊接工藝參數(shù)</p><p>　　第三節(jié)

105、試驗結果及分析</p><p>　　為檢驗焊接質量，按照相關標準，對焊接接頭進行了焊接工藝評定。</p><p>　　一、焊接接頭的無損檢測</p><p>　　工藝評定試板焊接接頭按JB4730／T-2005《承壓設備無損檢測》、JB4730．2-2005的要求進行了RT（射線檢測）100％ 檢測，檢測設備為x光射線儀XXQ2515，管電壓250 kV，管電流15

106、 mA。對接接頭內不存在裂紋、未熔合、未焊透和條形缺陷，評片結果為I級。</p><p>　　二、焊接接頭的機械性能測試</p><p>　　1、依據(jù)JB4708-2000{鋼制壓力容器工藝評定》要求，分別進行了拉伸及彎曲試驗。</p><p>　　2、按照GB／T228．1987（金屬材料室溫拉伸試驗方法》規(guī)定的試驗方法測定焊接接頭的抗拉強度。合格指標：每個試樣的

107、抗拉強度應不低于母材鋼號標準規(guī)定。</p><p>　　3、按照GB／T232．1999《金屬材料彎曲試驗方法》和表3-7的規(guī)定測定焊接接頭的完好性和塑性。合格指標：試樣彎曲到規(guī)定的角度后，其拉伸面上沿任何方向不得有單條長度大于3 mm的裂紋或缺陷，試樣的棱角開裂一般不計，但由夾渣或其它焊接缺陷引起的棱角開裂長度應計入。</p><p>　　表3-7 彎曲試驗尺寸規(guī)定</p>

108、<p>　　表3-8 1號試樣拉伸及彎曲試驗結果</p><p>　　表3-9 2號試樣拉伸及彎曲試驗結果</p><p>　　表3-10 3號試樣拉伸及彎曲試驗結果</p><p>　　由表3-8，3-9，3-10的拉伸及彎曲試驗結果可知：焊接接頭抗拉強度均高于要求值，且有較大富裕量；面彎和背彎試樣彎曲后，未產生裂紋或缺陷，表明焊接接頭連續(xù)、致

109、密，塑性較好。</p><p>　　三、焊接接頭宏觀檢查</p><p>　　按照GB／TI3298—1991《金屬顯微組織檢驗方法》制備試樣，經5％鉻酸電解溶液腐蝕后，進行焊接接頭宏觀檢查，受檢面焊縫均未發(fā)現(xiàn)任何焊接缺陷。</p><p>　　四、焊接接頭的耐晶間腐蝕試驗</p><p>　　按照標準ASTM A 763-93{Standa

110、rd Practices forDetecting Susceptibility to Intergranular Attack in Fer—rite Stainless Steels）要求制備試樣三件，放置于盛有硫酸-硫酸銅腐蝕溶液的燒瓶中，將燒瓶放在加熱裝置，通以冷卻水，加熱試驗溶液，使之保持微沸狀態(tài)，試驗連續(xù)24 h。試驗結束后取出試樣，洗凈、干燥、彎曲180。后，在10倍放大鏡下觀察彎曲試樣外表面。經對試樣檢驗，未發(fā)現(xiàn)明顯的晶