材料焊接性第章 不锈钢及耐热钢的焊接

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1、第第4章章 不锈钢及耐热钢的焊接不锈钢及耐热钢的焊接不不锈锈钢钢不锈钢是耐蚀和耐不锈钢是耐蚀和耐 热高合金钢的统称。热高合金钢的统称。不锈钢通常含有不锈钢通常含有CrCr（w wCr12%Cr12%）、NiNi、MnMn、MoMo等元素，等元素， 具有良好的耐腐蚀性、具有良好的耐腐蚀性、耐热性和较好的力学耐热性和较好的力学性能，性能， 适于制造要求耐腐蚀、适于制造要求耐腐蚀、抗氧化、耐高温和超抗氧化、耐高温和超低温的零部件和设备低温的零部件和设备不锈钢焊接接头的宏观照片不锈钢焊接接头的宏观照片YAG-MAGYAG-MAG激光电弧复合焊激光电弧复合焊4.1 4.1 不锈钢及耐热钢的分类及特性不锈

2、钢及耐热钢的分类及特性4.1.1 4.1.1 不锈钢的基本定义不锈钢的基本定义不不锈锈钢钢的的定定 义义 原义原义 型型 习惯习惯 型型 广义广义 型型 仅指在无污染的大气仅指在无污染的大气环境中能够不生锈的钢环境中能够不生锈的钢 指原义型含义不锈钢与能耐指原义型含义不锈钢与能耐 酸腐蚀的耐酸不锈钢的统称酸腐蚀的耐酸不锈钢的统称泛指耐蚀钢和耐热钢，统称泛指耐蚀钢和耐热钢，统称为不锈钢为不锈钢Stainless SteelsStainless Steels4.1.2 4.1.2 不锈钢及耐热钢的分类不锈钢及耐热钢的分类按主要按主要化学成化学成 分分类分分类铬锰氮铬锰氮 不锈钢不锈钢 铬镍铬镍不锈

3、钢不锈钢铬铬不锈钢不锈钢 指指CrCr的质量分数介于的质量分数介于12%12%30%30%之间的不锈之间的不锈钢，其基本类型为钢，其基本类型为Cr13Cr13型型 CrCr的质量分数介于的质量分数介于12%12%30%30%，NiNi的质量分数介于的质量分数介于6%6%12%12%和和含其他少量元素的钢种，基含其他少量元素的钢种，基本类型为本类型为Cr18Ni9Cr18Ni9钢钢 属于节镍型奥氏体不锈钢，化学属于节镍型奥氏体不锈钢，化学成分中部分镍被锰、氮替代，可成分中部分镍被锰、氮替代，可减少镍的含量减少镍的含量如如1Cr18Mn8Ni5N1Cr18Mn8Ni5N、1Cr18Mn6Ni5N1

4、Cr18Mn6Ni5N 按按用用途途分分类类 超低碳超低碳Cr-NiCr-Ni钢钢( (如如00Cr25Ni22Mo200Cr25Ni22Mo2、00Cr22Ni5Mo3N)00Cr22Ni5Mo3N)等等低碳低碳Cr-NiCr-Ni钢（如钢（如0Cr19Ni90Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti） 高高CrCr钢（如钢（如1Cr131Cr13、2Cr132Cr13） 不不锈钢锈钢抗氧抗氧 化钢化钢 热热强钢强钢 高高CrCr钢（如钢（如1Cr171Cr17、1Cr25Si21Cr25Si2）如如1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti、1Cr16Ni25Mo61Cr16

5、Ni25Mo6、4Cr25Ni204Cr25Ni20、4Cr25Ni344Cr25Ni34等等 Cr-NiCr-Ni钢钢（如（如2Cr25Ni202Cr25Ni20、2Cr25Ni20Si22Cr25Ni20Si2）以以Cr12Cr12为基的多元合金化为基的多元合金化 高高CrCr钢（如钢（如1Cr12MoWV1Cr12MoWV） 按组织按组织分类分类奥氏体钢奥氏体钢 铁素体钢铁素体钢 马氏体钢马氏体钢 铁素体奥铁素体奥 氏体双相钢氏体双相钢 0Cr19Ni90Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti(18-8Ti) 1Cr18Ni9Ti(18-8Ti) 2Cr25Ni20Si22Cr25Ni20

6、Si2、4Cr25Ni20 4Cr25Ni20 0Cr21Ni320Cr21Ni32、4Cr25Ni35 4Cr25Ni35 沉淀沉淀硬化钢硬化钢 1Cr171Cr17、1Cr25Si21Cr25Si2 000Cr30Mo2 000Cr30Mo2Cr13Cr13、2Cr132Cr13、3Cr133Cr13、4Cr134Cr13及及1Cr17Ni12 1Cr17Ni12 、1Cr12MoWV 1Cr12MoWV 00Cr18Ni5Mo3Si200Cr18Ni5Mo3Si2、0Cr25Ni5Mo3N0Cr25Ni5Mo3N、00Cr22Ni5Mo3N00Cr22Ni5Mo3N 0Cr17Ni4Cu

7、4Nb0Cr17Ni4Cu4Nb，简称，简称17-4PH 17-4PH 0Cr17Ni7Al0Cr17Ni7Al，简称，简称17-7PH17-7PH4.1.3 4.1.3 不锈钢及耐热钢的特性不锈钢及耐热钢的特性表表4-1 4-1 不锈钢及耐热钢的物理性能不锈钢及耐热钢的物理性能不锈钢的不锈钢的耐蚀性能耐蚀性能应力腐蚀（应力腐蚀（SCC):不锈钢在特定的腐蚀介质和拉应力作用下出现的低于强度极限的脆性开裂现象。晶间腐蚀：在晶粒边界附近发生的有选择性晶间腐蚀：在晶粒边界附近发生的有选择性 的腐蚀现象。的腐蚀现象。 缝隙腐蚀：缝隙腐蚀：在电解液中，如在氯离子环境中，不锈钢间或与异物接触的表面间存在间

8、隙时，缝隙中不锈钢钝化膜吸附Cl而被局部破坏的现象。点腐蚀（孔蚀或坑蚀）：点腐蚀（孔蚀或坑蚀）：金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微，而分散发生的局部腐蚀均匀腐蚀：均匀腐蚀：接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象 相相脆脆化化：是Cr的质量分数约45%的典型FeCr金 属 间 化 合 物 ， 无 磁 性 ， 硬 而 脆 。475脆脆性性：主要出现在Cr15%的铁素体钢中。430480之间长期加热并缓冷，导致在常温时或负温时出现强度升高而韧性下降的现象。热热强强性性：在高温下长时间工作时对断裂的抗力（持久强度），或在高温下长时间工作时抗塑 性 变 形 的 能 力 （ 蠕 变 抗 力 ） 。数据：

9、刘会杰书186表7-3耐耐热热性性能能：耐热性能是指高温下，既有抗氧化或耐气体介质腐蚀的性能即热稳定性，同时又有足够的强度即热强性。不锈钢及不锈钢及耐热钢的耐热钢的高温性能高温性能4.1.4 Fe-Cr4.1.4 Fe-Cr，Fe-NiFe-Ni相图及合金元素的影相图及合金元素的影 响响图图4-1 4-1 Fe-CrFe-Cr二元合金状态图二元合金状态图图图4-2 4-2 Fe-Fe-NiNi二元合金状态图二元合金状态图 合金合金元素元素对相对相图的图的影响影响 碳的碳的影响影响氮的氮的 影响影响 锰的锰的影响影响钼的钼的影响影响 碳是强奥氏体化元素，会使碳是强奥氏体化元素，会使 相区增大，而

10、相区增大，而相区减小相区减小 氮是强奥氏体化元素氮是强奥氏体化元素 MoMo也是铁素体形成元素也是铁素体形成元素 MoMo对对相区有强烈的缩小作用相区有强烈的缩小作用MnMn是奥氏体形成元素，是奥氏体形成元素，与与NiNi相似，会扩大相似，会扩大相区，相区，使使-的转变向低温移动的转变向低温移动4.2 4.2 奥氏体不锈钢的焊接奥氏体不锈钢的焊接4.2.1 4.2.1 奥氏体不锈钢的类型奥氏体不锈钢的类型类类型型18-818-8型奥型奥氏体不锈钢氏体不锈钢 18-12Mo18-12Mo型型奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢为克服晶间腐蚀倾开发了为克服晶间腐蚀倾开发了 1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9

11、Ti和和0Cr18Ni11Nb0Cr18Ni11Nb等等 主要牌号有主要牌号有1Cr18Ni91Cr18Ni9和和0Cr18Ni9 0Cr18Ni9 25-2025-20型奥型奥氏体不锈钢氏体不锈钢 超低碳超低碳18-818-8型不锈钢，型不锈钢，如如00Cr19Ni1000Cr19Ni10等等 0Cr17Ni12Mo20Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti0Cr18Ni12Mo2Ti等等 牌号有牌号有0Cr25Ni200Cr25Ni20等等 4.2.2 4.2.2 奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体不锈钢焊接性分析奥氏体奥氏体不锈钢不锈钢焊接性焊接性分析分析奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢

12、焊接接头的耐蚀性焊接接头的耐蚀性热裂纹热裂纹 析出现象析出现象 低温脆化低温脆化晶间晶间 腐蚀腐蚀 应力腐应力腐蚀开裂蚀开裂（SCCSCC）热影响区敏化区晶间腐蚀热影响区敏化区晶间腐蚀焊缝区晶间腐蚀焊缝区晶间腐蚀点点蚀蚀刀状腐蚀刀状腐蚀 腐蚀介质的影响腐蚀介质的影响 焊接应力的作用焊接应力的作用合金元素的作用合金元素的作用奥氏体钢焊接接头有点蚀奥氏体钢焊接接头有点蚀倾向，双相钢有时也会有倾向，双相钢有时也会有点蚀产生。点蚀产生。焊接接头的耐蚀性焊接接头的耐蚀性焊缝区晶间腐蚀焊缝区晶间腐蚀防止途径防止途径 选择超低碳焊接材料选择超低碳焊接材料调整焊缝成分获得一定调整焊缝成分获得一定相相 图图4-

13、5 0Cr18Ni94-5 0Cr18Ni9不锈钢不锈钢HAZHAZ晶间腐蚀晶间腐蚀图图4-3 18-84-3 18-8不锈钢焊接接头可能出现晶间腐蚀的部位不锈钢焊接接头可能出现晶间腐蚀的部位1 1HAZHAZ敏化区敏化区 22焊缝区焊缝区 3 3熔合区熔合区 图4-4舍夫勒焊缝组织图铬当量 镍当量奥氏体不锈钢焊接热影响区可划分为过热区、相脆化区和敏化区三个区。铁素体不锈钢的热影响区可分为过热区、相脆化区、475脆性区。图29为不锈钢热影响区的划分示意图。 (一)过热区 加热温度在TksTm。 (二) 相脆化区 加热温度在650850。 (三)敏化区 加热温度在450850。 (四)475脆性

14、区 加热温度在400600HAZ晶间腐蚀晶间腐蚀晶晶间间腐腐蚀蚀的的机机理理是是什什么么呢呢？贫贫铬铬区区：不不锈锈钢钢表表面面或或内内部部局局部部铬铬含含量量低低于于平平均均含含量量的的区区域域。贫贫铬铬区区的的出出现现，通通常常是是碳碳化化铬铬析析出出的的结结果果。由由于于铬铬是是保保证证不不锈锈钢钢耐耐腐腐蚀蚀性性的的元元素素，贫贫铬铬区区往往往往优优先先发发生生腐腐蚀蚀。例例如如不不锈锈钢钢中中沿沿晶晶界界析析出出碳碳化化铬铬后后导导致致晶晶界界附附近近贫贫铬铬，从从而而容容易易发发生生晶晶 间间 腐腐 蚀蚀。 什什么么是是敏敏化化区区？1 18 8- -8 8钢钢型型奥奥氏氏体体不不

15、锈锈钢钢在在4 45 50 0- -8 85 50 0温温度度范范围围内内加加热热后后对对晶晶间间腐腐蚀蚀最最为为敏敏感感，通通常常把把这这一一温温度度区区间间成成为为敏敏化化温温度度区区间间，在在此此区区间间内内加加热热的的过过程程称称为为敏敏化化过过程程。超超低低碳碳以以及及含含T Ti i或或N Nb b的的奥奥氏氏体体不不锈锈钢钢不不易易有有敏敏化化区区出出现现。图4-6Cr23C6、TiC的析出温度C r2 3C6的 析 出温度：600-850； T i C的析出温 度 ：1100 刀状腐蚀刀状腐蚀定义：定义：在熔合区产生的晶间腐蚀，如刀削切口形式，故称为刀状腐蚀。发发 生生 部部

16、位位 ：只 发 生 在 含 或 的18-8和 18-8钢 的 熔 合 区 。实实质质：与 M2 3C6沉淀形成贫铬层有关。必必 要要 条条 件件 ：高 温 过 热 和 中 温 敏 化 的 相 继 作 用 。图图4-8 18-8Ti4-8 18-8Ti钢热影响区中碳化物的分布特征钢热影响区中碳化物的分布特征WMWM焊缝焊缝 WIWI焊缝边界焊缝边界图图4 4-7 -7 不锈钢刀状腐蚀形貌不锈钢刀状腐蚀形貌 500 500 图图4 4-10 0Cr17Ni12Mo2-10 0Cr17Ni12Mo2不锈钢不锈钢 焊趾处的应力腐蚀裂纹焊趾处的应力腐蚀裂纹 1010应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂1）腐蚀介质的

17、影响 腐蚀介质与材料组合上的选择性，在此特定组合之外不会产生应力腐蚀。2）焊接应力的作用 应力腐蚀开裂是应力和腐蚀介质共同作用的结果。由于低热导率及高热膨胀系数，不锈钢焊后常常产生较大的残余应力。合金元素的作用 在晶界上的合金元素偏析引起合金晶间开裂是应力腐蚀的主要因素之一。三个条件：三个条件： 环境环境 选择性的腐蚀介质选择性的腐蚀介质 拉应力拉应力点蚀点蚀 奥氏体钢焊接接头有点蚀倾向，点蚀指数PI越小的钢，点蚀倾向越大。 易产生部位：焊缝中的不完全混合区 焊接材料选择不当时，焊缝中心部位也会有点蚀产生，主要原因：耐点蚀成分Cr与Mo的偏析。 TIG自熔焊易形成点蚀，甚至填送同质焊丝时也是如

18、此，仍不如母材。为提高耐点蚀性能：一方面须减少Cr、Mo的偏析；一方面采用较母材更高Cr、Mo含量的所谓“超合金化”焊接材料（Overalloyed Filler Metal）。提高Ni含量，晶轴中Cr、Mo的负偏析显著减少。凝固模式对热裂纹的影响凝固模式对热裂纹的影响凝固裂纹最易产生于单相奥氏体（）组织的焊缝中，如果为双相组织，则不易于产生凝固裂纹。所谓凝固模式，首先是指以何种初生相（或）开始结晶进行凝固过程，其次是指以何种相完成凝固过程。可有四种凝固模式：FAFFAA奥氏体钢焊接热裂纹的原因：奥氏体钢焊接热裂纹的原因：1.奥氏体钢的热导率小和线膨胀系数大，较大拉应力2.奥氏体钢易于联生结晶

19、形成方向性强的柱状晶的焊缝组织，有利于有害杂质偏析3.奥氏体钢合金组成较复杂，易溶共晶多热裂纹热裂纹化学成分对热裂纹的影响化学成分对热裂纹的影响任何钢种都是一个复杂的合金系统，某一元素单独作用和其他元素共存时发生的作用，往往不尽相同，甚至可能相反。MnSPSiNbTiCB焊接工艺对热裂纹的影响焊接工艺对热裂纹的影响有一定影响图4-13凝固模式对热裂纹的影响图4-14Fe-Cr-Ni三元合金一个70%Fe的伪二元相图图4-17热裂倾向关键是Creq/Nieq比值，而并非室温相数量。18-8系列奥氏体钢，因Creq/Nieq处于1.52.0之间，一般不会轻易发生热裂。而25-20系列奥氏体钢，因C

20、req/Nieq1.5，Ni含量越高，其比值越小，所以具有明显的热裂敏感性。析出现象析出现象低温脆化低温脆化相通常只有在铬的质量分数大于16%时才会析出，由于铬有很高的扩散性，相在铁素体中的析出比奥氏体中的快。 相的析出使材料的韧性降低，硬度增加。有时还增加了材料的腐蚀敏感性。相的产生，是或是。 为了满足低温韧性要求，有时采用18-8钢，焊缝组织希望是单一相，成为完全面心立方结构，尽量避免出现相。 相的存在，总是恶化低温韧性4.2.3 4.2.3 奥氏体不锈钢的焊接工艺特点奥氏体不锈钢的焊接工艺特点焊接材焊接材料选择料选择应注意应注意 的问题的问题 应坚持应坚持“适用性原则适用性原则” ” 根

21、据所选各焊接材料的根据所选各焊接材料的具体成分来确定是否适用具体成分来确定是否适用考虑具体应用的焊接方法和工考虑具体应用的焊接方法和工 艺参数可能造成的熔合比大小艺参数可能造成的熔合比大小 根据技术条件规定的全面根据技术条件规定的全面焊接性要求来确定合金化程度焊接性要求来确定合金化程度 不仅要重视焊缝金属合金系统，不仅要重视焊缝金属合金系统，而且要注意具体合金成分在该而且要注意具体合金成分在该合金系统中的作用；不仅考虑合金系统中的作用；不仅考虑使用性能要求，也要考虑防止使用性能要求，也要考虑防止焊接缺陷的工艺焊接性的要求焊接缺陷的工艺焊接性的要求 焊接焊接工艺工艺 要点要点 合理选择焊接方法合

22、理选择焊接方法控制焊接参数，避免控制焊接参数，避免接头产生过热现象接头产生过热现象 接头设计的合理性接头设计的合理性应给以足够的重视应给以足够的重视 尽可能控制焊接工艺稳尽可能控制焊接工艺稳定以保证焊缝金属成分稳定定以保证焊缝金属成分稳定控制焊缝成形控制焊缝成形防止焊件工作表面的污染防止焊件工作表面的污染4 4.3 .3 铁素体及马氏体不锈钢的焊接铁素体及马氏体不锈钢的焊接4.3.1 4.3.1 铁素体不锈钢焊接性分析铁素体不锈钢焊接性分析铁素铁素体不体不锈钢锈钢的类的类型型普通铁普通铁 素体钢素体钢 高纯度高纯度 铁素体钢铁素体钢 低低CrCr（w wCr=12Cr=121414）钢）钢 如

23、如00Cr1200Cr12、0Cr130Cr13、0Cr13Al0Cr13Al等等 中中CrCr（w wCr=16Cr=161818）钢）钢如如0Cr17Ti0Cr17Ti、1Cr17Mo1Cr17Mo等等 高高CrCr（w wCr=25Cr=253030）钢钢，如如1Cr25Ti1Cr25Ti、1Cr281Cr28等等 w wC Cw wN N0.0350.0350.0450.045如如00Cr18Mo200Cr18Mo2等等 w wC Cw wN N0.03%0.03%，如如00Cr18Mo2Ti00Cr18Mo2Ti等等 w wC Cw wN N0.010.01% %0.0150.015

24、如如000Cr18Mo2Ti000Cr18Mo2Ti、000Cr26Mo1000Cr26Mo1等等焊接性焊接性分析分析焊接接头焊接接头的晶间腐蚀的晶间腐蚀 焊接接头焊接接头的脆化的脆化高温高温 脆性脆性 相相 脆化脆化 475475脆化脆化从铁素体组织的塑性、韧性以及线膨胀系数分析，其焊接热裂纹和冷裂纹的问题并不突出。但是焊接接头耐蚀性和高温下长期服役可能出现的脆化脆化问题需要引起重视。高纯铁素体钢比普通铁素体钢的焊接性要好得多。焊接接头的晶间腐蚀焊接接头的晶间腐蚀发生腐蚀的条件稍有不同。从900 C以上快速冷却，铁素体铬不锈钢对腐蚀很敏感，但经过650800C的回火后，又可恢复其耐蚀性。所以

25、，焊接接头产生晶间腐蚀的位置是紧挨焊缝的高温区。高温高温 脆性脆性 相相 脆化脆化 475475脆化脆化焊接接头的脆化焊接接头的脆化铁素体不锈钢焊接接头加热至9501000以上后急冷至室温，焊接热影响区的塑性和韧性显著降低，称为“高温脆性”。其脆化程度与合金元素碳和氮的含量有关。普通纯度铁素体不锈钢中wCr21%时，若在520820之间长时间加热，可析出相。相的形成与焊缝金属中的化学成分、组织、加热温度、保温时间以及预先冷变形等因素有关。wCr15%的普通纯度铁素体不锈钢在400500长期加热后，即可出现475脆性。 475脆化可通过焊后热处理消除。4.3.2 4.3.2 铁素体不锈钢的焊接工

26、艺特点铁素体不锈钢的焊接工艺特点焊接焊接方法方法 焊接焊接材料材料的选择的选择 低温预热低温预热及焊后及焊后热处理热处理可采用焊条电弧焊、药芯焊丝可采用焊条电弧焊、药芯焊丝电弧焊、熔化极气体保护焊、电弧焊、熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊和埋弧焊钨极氩弧焊和埋弧焊 同质铁素体型、同质铁素体型、奥氏体型和镍基合金奥氏体型和镍基合金 预热预热在在100100200200600-700600-700焊后热处理焊后热处理4.3.3 4.3.3 马氏体不锈钢焊接性分析马氏体不锈钢焊接性分析马氏体马氏体不锈钢不锈钢的类型的类型 Cr13Cr13系钢系钢1Cr131Cr13、2Cr132Cr13、3Cr133C

27、r13、4Cr134Cr13 热强马氏体钢热强马氏体钢 2Cr12WMoV2Cr12WMoV、2Cr12MoV2Cr12MoV、超低碳复相马氏体钢超低碳复相马氏体钢 0.01C-13Cr-7Ni-3Si0.01C-13Cr-7Ni-3Si、0.03C-12.5Cr-4Ni-0.3Ti 0.03C-12.5Cr-4Ni-0.3Ti 焊接性焊接性分析分析 焊接接头焊接接头的冷裂纹的冷裂纹 焊接接头焊接接头的硬化现象的硬化现象 超低碳复相马氏体钢无淬硬倾向，并具有较高的塑性和韧性。常见马氏体钢均有脆硬倾向，含碳量越高，脆硬倾向越大。因此，首先遇到的问题是含碳量较高的马氏体钢淬硬性导致的冷裂纹的问题和

28、脆化问题。焊接接头的冷裂纹焊接接头的冷裂纹 马氏体型不锈钢Cr12%，增加钢的奥氏体稳定性,适量的碳和镍，淬硬性和淬透性高，经固溶再空冷也会发生马氏体转变。马氏体型不锈钢焊缝和热影响区焊后状态的组织为硬脆的马氏体组织。马氏体型不锈钢导热性较碳钢差，焊后残余应力较大，如果焊接接头刚度又大或焊接过程中含氢量又较高，当从高温直接冷至120100以下时，很容易产生冷裂纹。焊接接头的硬化现象焊接接头的硬化现象Cr13类马氏体不锈钢以及Cr12系列的热强钢，可以在退火状态或淬火状态下进行焊接。无论焊前原始状态如何，冷却速度较快时，近缝区必会出现硬化现象，形成粗大马氏体的硬化区。在冷却速度较小时，近缝区会出

29、现粗大的铁素体，塑性和韧性也明显下降。所以，焊接时冷却速度的控制是一个难题。所以，焊接时冷却速度的控制是一个难题。图图4 4-21 -21 高强度马氏体钢高强度马氏体钢TIGTIG焊后的硬度焊后的硬度11Cr13 22Cr13 300Cr13Ni7Si3 11Cr13 22Cr13 300Cr13Ni7Si3 4.3.4 4.3.4 马氏体不锈钢的焊接工艺特点马氏体不锈钢的焊接工艺特点同质焊缝焊接时，宜预热。预热温度与材料厚度、填充金属种类、焊接方法和构件的拘束度有关，与碳含量关系最大。焊接构件不能进行预热或不便进行热处理时，可采用奥氏体不锈钢焊接材料。对于热强型马氏体钢，最希望焊缝成分接近母

30、材。焊接材料的选择+预热及焊后热处理最好采用同质填充金属来焊接马氏体钢，同时应考虑合理的合金化，加少量Ti、Al、N、Nb等以细化晶粒，降低淬硬性。马氏体型不锈钢的预热温度不宜过高，否则将使奥氏体晶粒粗大，并且随冷却速度降低，还会形成粗大铁素体加晶界碳化物组织，使焊接接头塑性和强度均有所下降。图图4 4-22 -22 正确的焊后热处理工艺正确的焊后热处理工艺 图图4 4-23 -23 不正确的焊后热处理工艺不正确的焊后热处理工艺 4.4 4.4 奥氏体奥氏体- -铁素体双相不锈钢的焊接铁素体双相不锈钢的焊接4.4.1 4.4.1 奥氏体奥氏体- -铁素体双相不锈钢的类型铁素体双相不锈钢的类型中

31、合金型中合金型双相不锈钢双相不锈钢 低合金型低合金型 双相不锈钢双相不锈钢 高合金高合金双相不锈钢双相不锈钢 超级超级双相不锈钢双相不锈钢00Cr25Ni6Mo2N00Cr25Ni6Mo2N 00Cr25Ni7Mo3WcuN 00Cr25Ni7Mo3WcuN 0Cr21Ni5Ti0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti1Cr21Ni5Ti00Cr18Ni5Mo3Si200Cr18Ni5Mo3Si200Cr23Ni4N00Cr23Ni4N钢钢 00Cr22NI5Mo3N00Cr22NI5Mo3N 00Cr25Ni7Mo4N00Cr25Ni7Mo4N 00Cr25Ni6.5Mo3.5CuN 00

32、Cr25Ni6.5Mo3.5CuN 4.4.2 4.4.2 双相不锈钢的耐蚀性双相不锈钢的耐蚀性双相不双相不锈钢的锈钢的耐蚀性耐蚀性耐应力腐蚀性能耐应力腐蚀性能 耐晶间腐蚀性能耐晶间腐蚀性能 耐点蚀性能耐点蚀性能 4.4.3 4.4.3 奥氏体奥氏体- -铁素体双相不锈钢的焊接铁素体双相不锈钢的焊接性分析性分析双相不锈钢双相不锈钢焊接的冶金焊接的冶金特性特性 双相不锈钢双相不锈钢焊接接头的焊接接头的析出现象析出现象 焊缝金属焊缝金属的组织转变的组织转变 焊接热影响区焊接热影响区的组织转变的组织转变 铬的氮化物铬的氮化物（如（如Cr2N、CrN）、）、二次奥氏体（二次奥氏体（2） 及金属间相（如

33、及金属间相（如相等）相等） 图4-25 相区域宽度图4-26 峰值温度对热影响区的影响双相不锈钢焊接的析出现象双相不锈钢焊接的析出现象有可能发生三种类型的析出，即铬的氮化物（如Cr2N、CrN）、二次奥氏体（2）及金属间相（如相等）。当焊缝金属铁素体数量过多或为纯铁素体组织时，很容易有氮化物的析出，这与在高温时，氮在铁素体中的溶解度高，而快速冷时溶解度又下降有关。尤其是在焊缝近表面，由于氮的损失，使铁素体量增加，氮化物更易析出。焊缝若是健全的两相组织，氮化物的析出量很少。因此，为了增加焊缝金属的奥氏体数量，可在填充金属中提高镍、氮元素的含量。另外，若采用大的热输入焊接，也可防止纯铁素体晶粒的生

34、成而引起的氮化物的析出。在含氮量高的超级双相不锈钢多层焊时会出现二次奥氏体的析出。特别是前道焊缝采用低热输入而后续焊缝采用大热输入焊接时，部分会转变成细小分散的二次奥氏体2，这种2也和氮化物一样会降低焊缝的耐腐蚀性能，尤其以表面析出影响更大。 一般来说，采用较高的热输入和较低的冷却速度有利于奥氏体的转变，减少焊缝金属的铁素体量，但是热输入过高或冷却速度过慢又会带来金属间相的析出问题。通常双相不锈钢焊缝金属不会发现有相析出，但在焊接材料或热输入选用不合理时，也有可能出现相图4-27 两种奥氏体-铁素体双相钢的TTT图4.4.4 4.4.4 奥氏体奥氏体- -铁素体双相不锈钢的焊接铁素体双相不锈钢

35、的焊接工艺特点工艺特点焊接焊接方法方法 焊接焊接材料材料 焊接工焊接工艺措施艺措施 控制热输入控制热输入 采用奥氏体相占比例大的采用奥氏体相占比例大的焊接材料焊接材料 除电渣焊外，基本上所除电渣焊外，基本上所有的熔焊方法都可以用有的熔焊方法都可以用 多层多道焊多层多道焊 焊接顺序及工艺焊缝焊接顺序及工艺焊缝 图4-28材料厚度与冷却时间的关系1.1.不锈钢焊接时，为什么要控制不锈钢焊接时，为什么要控制焊缝中的含碳量？如何控制焊焊缝中的含碳量？如何控制焊缝中的含碳量？缝中的含碳量？2.2.为什么为什么18-818-8奥氏体不锈钢焊缝奥氏体不锈钢焊缝中要求含有一定数量的铁素体中要求含有一定数量的铁

36、素体组织？通过什么途径控制焊缝组织？通过什么途径控制焊缝中的铁素体含量？中的铁素体含量？ 3. 18-83. 18-8不锈钢焊接接头区域在不锈钢焊接接头区域在哪些部位可能产生晶间腐蚀，哪些部位可能产生晶间腐蚀，是由于什么原因造成的？如何是由于什么原因造成的？如何防止？防止？4. 4. 简述奥氏体不锈钢产生热裂简述奥氏体不锈钢产生热裂纹的原因？在母材和焊缝合金纹的原因？在母材和焊缝合金成分一定的条件下，焊接时应成分一定的条件下，焊接时应采取何种工艺措施防止热裂纹采取何种工艺措施防止热裂纹？ 5. 5. 奥氏体钢焊接时为什么常采奥氏体钢焊接时为什么常采用用“超合金化超合金化”焊接材料？焊接材料？6

37、. 6. 铁素体不锈钢焊接中容易出铁素体不锈钢焊接中容易出现什么问题？焊条电弧焊和气现什么问题？焊条电弧焊和气体保护焊时如何选择焊接材料体保护焊时如何选择焊接材料？在焊接工艺上有什么特点？在焊接工艺上有什么特点？ 7. 7. 何谓何谓“脆化脆化”现象？铁素体现象？铁素体不锈钢焊接时有哪些脆化现象，不锈钢焊接时有哪些脆化现象，各发生在什么温度区域？如何避各发生在什么温度区域？如何避免？免？8. 8. 马氏体不锈钢焊接中容易出马氏体不锈钢焊接中容易出现什么问题，在焊接材料的选用现什么问题，在焊接材料的选用和工艺上有什么特点？制定焊接和工艺上有什么特点？制定焊接工艺时应采取哪些措施？工艺时应采取哪些措施？ 9. 9. 双相不锈钢的成分和性能有双相不锈钢的成分和性能有何特点？与一般奥氏体不锈钢相何特点？与一般奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的焊接性有何不比，双相不锈钢的焊接性有何不同？在焊接工艺上有什么特点？同？在焊接工艺上有什么特点？10. 10. 从双相不锈钢组织转变的角从双相不锈钢组织转变的角度出发，分析焊缝中的度出发，分析焊缝中的NiNi含量为含量为什么比母材要高及焊接热循环对什么比母材要高及焊接热循环对焊接接头组织、性能的影响？焊接接头组织、性能的影响？