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1、不锈钢焊接基础知识PJOE焊接理论培训 -质检部1.不锈钢概述不锈钢概述 不锈钢是指主加元素铬含量能使钢处于钝化状态，又具有不锈特性的钢。为此，不锈钢wCr应高于12%（不锈钢是一类以Fe-Cr、Fe-Cr-C、Fe-Cr-Ni为合金系的高合金钢，作为此类的钢必须含有质量分数不低于10.5%的铬，含有这个最低铬含量的钢在其表面可以形成一个惰性氧化物层，这个惰性氧化物层可以保护内层的金属在不含腐蚀介质的空气中不被氧化和腐蚀。某些铬的质量分数低于11%的钢，比如用于电站的wCr）=9%铬的合金钢有时也被划为不锈钢，同时也要指出某些wCr）=12%的钢，甚至更高铬含量的钢，暴露在空气中也会生锈。这是
2、因为某些铬被结合成碳化物或其他化合物而降低了母材中的铬含量，使其低于形成连续氧化物保护层所必须的铬含量水平，如25%Cr-4%C）。此时，钢的表面能迅速形成致密的Cr2O3氧化膜，使钢的电极电位和在氧化性介质中的耐蚀性发生突变性提高。在非氧化介质HCl、H2SO4中，铬的作用并不明显，除了铬外，不锈钢中还须加 入能使钢钝化的Ni、Mo等其它元素。通常所说的不锈钢实际是不锈钢和耐酸钢的总称，不锈钢一般泛指在大气、水等弱酸、碱、盐等强腐蚀介质中耐蚀的钢。两者在化学成分上的共同特点是wCr均在12%以上，但由于合金化的差异，不锈钢并不一定耐酸，而耐酸钢一般具有良好的不锈钢性能。2. 不锈钢发展史不锈
3、钢发展史1、 1821：法国人Berthier 进行在钢中加铬的试验；2、 1897：德国人Goldschmidt开发了生产低碳含铬合金钢的技术；3、 1904-1909：在法国和德国生产了wCr）=13%和17%的合金钢；4、 1913：英国人Brearly在Thomas Firth and Sons公司浇铸了第一块商业铸锭，铸件号No.1008，成分质量分数）：0.24%C、0.2%Si、0.44%Mn、12.86%Cr。5、 1916：9月5日美国wCr）=9%16%，wCr）0.7%的钢发布专利：专利号1，197，256。 把铬加到钢中并揭示其耐腐蚀的有利效应要归功于法国人Berthi
4、er，他在1821年开发了一种wCr）=1.5%的合金并建议用于餐刀。然而对这种钢的早期实验发现：随铬含量增加其成型性剧烈变坏由于早期合金的碳含量很高），因而直到20世纪初期开发这种钢的兴趣仍然不大。对于耐蚀钢的兴趣在1900年到1915年期间又重新兴起，很多冶金学家为开发耐蚀钢而获得信贷。这各重新兴起开发耐蚀钢活动的催化剂是1897年Goldschmidt在德国开发了生产低碳含铬合金钢的技术。随后不久Guillet(1904), Portevin(1909) 和Giesen(1909)等发表了描述wCr）=13%的马氏体不锈钢和wCr）=18%的铁素体不锈钢的微观组织和性能的论文。1909年
5、Guillet还发表了一篇关于铬-镍钢研究的论文，这种钢的奥氏体类不锈钢的前驱。 英国人Brearly被认为是不锈钢的发明者，当时是为了研究由wCr）=5%钢制作的来复枪枪膛因内部腐蚀而失效的问题，通过研究在1913年8月他铸成了成份质量分数为12.86%Cr, 0.25%C, 0.20%Si, 和0.44%Mn的合格铸锭。这种钢被用来制造了12个实验枪管，虽然并没有像所期望的那样改进枪管的腐蚀问题，但其中某些材料被用来制造餐刀刀片而开始了应用不锈钢的纪元。3.不锈钢的种类、化不锈钢的种类、化学成分及其用途学成分及其用途不锈钢按照组织类型，可分为五类，即铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢
6、、双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢。不锈钢的重要特性之一是耐蚀性，然而不锈钢的不锈性和耐蚀性都是相对的，有条件的，受到诸多因素的影响，包括介质种类、浓度、纯净度、流动状态、使用环境的温度、压力等，目前还没有对任何腐蚀环境都具有耐蚀性的不锈钢。因此，不锈钢的选用应根据具体的使用条件加以合理选择，才能获得良好的使用效果。奥氏体不锈钢在各种类型不锈钢中应用最广泛，品种也最多。由于奥氏体不锈钢的Cr、Ni含量较高，因此在氧化性、中性以及弱还原性介质中均具有良好的耐蚀性。奥氏体不锈钢的塑韧性优良，冷热加工性能俱佳，焊接性优于其它类型不锈钢，因而广泛应用于建筑装饰、食品工业、医疗器械、纺织印染设备以及石油、化工
7、 、原子能等工业领域。铁素体不锈钢的应用比较广泛，其中Cr13和Cr17型铁素体不锈钢主要用于腐蚀环境不十分苛刻的场合，例如室内装饰、厨房设备、家电产品、家用器具等。超低碳高铬含钼铁素体不锈钢因对氯化物应力腐蚀不敏感，同时具有良好的耐点蚀、缝隙腐蚀性能，因而广泛用于热交换设备、耐海水设备、有机酸及制碱设备等。马氏体不锈钢应用较为普遍的是Cr13型马氏体不锈钢。为获得或改善某些性能，添加Ni、Mo等合金元素，形成一些新的马氏体不锈钢。马氏体不锈钢主要用于硬度、强度要求较高，耐腐蚀要求不太高的场合，如量具、刀具、餐具、弹簧、轴承、气轮机叶片、水轮机转轮、泵、阀等。双相不锈钢是金相组织由奥氏体和铁素
8、体两相组成的不锈钢，而且各相占有较大的比例。双相不锈钢具有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的一些特点，韧性良好 、强度较高，耐氯化物应力腐蚀。适于制作海水处理设备、冷凝器，热交换器等，在石油、化工领域应用广泛。沉淀硬化不锈钢是在不锈钢中单独或复合添加硬化元素，通过适当热处理获得高强度、高韧性并具有良好腐蚀性的一类不锈钢。通常作为耐磨、耐蚀、高强度结构件，如轴、齿轮、叶片等转动部件和螺栓、销子、垫圈、弹簧、阀、泵等零部件以及高强度压力容器、化工处理设备等。4.不锈钢的组织特点不锈钢的组织特点因化学元素含量的上下限和热处理状态的差异，从各元素对不锈钢组织的影响和作用程度来看，基本上有两类元素。一类是形成
9、或稳定奥氏体的元素：C、Ni、Mn、N和Cu等，其中C和N作用程度最大。另一类是缩小甚至封闭相区即形成铁素体的元素：Cr、Si、Mo、Ti、Nb、Ta、V、W和Al等，其中Nb的作用程度最小。不锈钢的组织有以下几种组织类型：1奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢有Fe-Cr-Ni、Fe-Cr-Ni-Mo、Fe-Cr-Ni-Mn等系列。为改善某些性能，满足特殊用途要求，在一些钢中单独或复合添加了N、Nb、Cu、Si等合金元素。奥氏体不锈钢通常在室温下为纯奥氏体组织，也有一些奥氏体不锈钢室温下的组织为奥氏体加少量铁素体，这种少量铁素体有助于防止热裂纹的产生。奥氏体不锈钢不能用热处理方法强化，但由于这类钢具有明
10、显的冷加工硬化性，可通过冷变形方法提高强度。经冷变形产生的加工硬化，可采用固溶处理使之软化。2铁素体不锈钢今年来铁素体不锈钢逐渐向低碳高纯度发展，使铁素体不锈钢的脆化倾向和焊接性得到明显改善。该类钢在固溶状态下为铁素体组织。当钢中wCr超过16%时，仍存在加热脆化倾向。在400600温度区间停留易出现475脆化，在650850温度区间易引起相析出而导致的脆化，加热至900以上易造成晶粒粗化，使韧性降低。这类钢还有脆性转变特性，其脆性转变温度与钢中碳、氮含量，热 处理时的冷却速度以及截面尺寸有关，碳、氮含量越低，截面尺寸越小，脆性转变温度越低。475脆化和相析出引起的脆化，可通过热处理方法予以消
11、除。采用516以上短时加热后空冷，可消除475脆化，加热到900以上急冷可消除相脆化。3马氏体不锈钢马氏体不锈钢wCr范围在12%18%，wC范围在0.1%1.0%，也有一些含碳量更低的马氏体不锈钢，如0Cr13Ni5Mo等。马氏体不锈钢加热时可形成奥氏体，一般在油或空气中冷却即可得到马氏体组织，含碳量较低的马氏体不锈钢淬火状态的组织为板条马氏体加少量铁素体，如1Cr13、1Cr17Ni2、0Cr16Ni5Mo等。当wC超过0.3%时，正常淬火温度加热时碳化物不能完全固溶，淬火后的组织 为马氏体加碳化物。马氏体不锈钢可以达到很宽的强度范围，屈服强度可以从退火状态下的275MPa到淬火+回火状态
12、下的1900MPa。对于大多数的工程应用，淬火后的钢一般要进行回火，以得到所需的韧性和塑性。4铁素体-奥氏体双相不锈钢铁素体-奥氏体双相不锈钢室温下的组织为铁素体加奥氏体，通常铁素体的体积分数不低于50。双相不锈钢与奥氏体不锈钢相比，具有较低的热裂倾向，而与铁素体不锈钢相比，则具有较低的加热脆化倾向，其焊接热影响区铁素体的粗化程度也较低。但这类钢仍然存在铁素体不锈钢的各种加热脆性倾向。5沉淀硬化不锈钢沉淀硬化不锈钢包括马氏体沉淀硬化不锈钢、半奥氏体沉淀硬化不锈钢和奥氏体沉淀硬化不锈钢。由于这类钢中含有较多硬化元素，比普通奥氏体不锈钢的焊接性差。5.不锈钢的物理性能不锈钢的物理性能和力学性能和力
13、学性能1不锈钢物理性能奥氏体不锈钢比电阻可达碳钢的5倍，线膨胀系数比碳钢的约大50%，而马氏体不锈钢和铁素体不锈钢的线膨胀系数大体上和碳钢的相等。奥氏体不锈钢的热导率为碳钢的1/2左右。奥氏体不锈钢通常是非磁性的。铬当量和镍当量较低的奥氏体不锈钢在冷加工变形较大的情况下，会产生形变诱导马氏体，从而产生磁性。用热处理方法可消除这种马氏体和磁性。2不锈钢的力学性能马氏体不锈钢在退火状态下，硬度最低，可淬火硬化，正常使用时的回火状态的硬度又稍有下降。铁素体钢的特点是常温冲击韧性低。当高温长时间加热时，力学性能将进一步恶化，可能导致475脆化、脆性或晶粒粗大等。奥氏体不锈钢常温具有低的 屈强比40%5
14、0%），伸长率、断面收缩率和冲击吸收功均很高并具有高的冷加工硬化性。某些奥氏体不锈钢经高温加热后，会产生相和晶界析出碳化铬引起的脆化现象。在低温下，铁素体和马氏体不锈钢的夏比冲击吸收功均很低，而奥氏体不锈钢则有良好的低温韧性。对含有百分之几铁素体的奥氏体不锈钢，则应注意低温下塑性和韧性降低的问题。6.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能金属受介质的化学及电化学作用而破坏的现象称为腐蚀，不锈钢的主要腐蚀形式有均匀腐蚀表面腐蚀和局部腐蚀，局部腐蚀包括晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀等。据统计，在不锈钢腐蚀破坏事故中，由均匀腐蚀引起的仅占约10%,而由局部腐蚀引起的则高达90%以上，由此可见，局
15、部腐蚀是相当严重的。1均匀腐蚀均匀腐蚀是指接触的金属表面全部产生腐蚀的现象。检查方法多半使用失重法。2局部腐蚀(1) 晶间腐蚀在腐蚀介质作用下，起源于金属表面沿晶界深入金属内部的腐蚀称为晶间腐蚀。它是一种局部性腐蚀。晶 间腐蚀导致晶粒间的结合力丧失，材料强度几乎消失，是一种很值得重视的危险的腐蚀现象。导致奥氏体不锈钢晶间腐蚀的原因很多，概括有以下几种:A碳化铬析出引起的晶间腐蚀B相析出引起的晶间腐蚀C晶界吸附引起的晶间腐蚀D稳定元素高温溶解引起的晶间腐蚀(2) 点蚀及缝隙腐蚀点蚀及缝隙腐蚀的共同机理是腐蚀区间产生“闭塞电池腐蚀作用所致，但各自的具体原因不相同。点蚀是指在金属材料表面产生的尺寸约
16、小于1.0mm的穿孔性或蚀坑性的宏观腐蚀。点蚀的形成主要是由于材料表面钝化膜的局部破坏所引起的。 缝隙腐蚀是金属构件缝隙处发生的斑点状或溃疡形宏观蚀坑。它是以腐蚀部位的特征命名的。和点蚀形成机理有差异之点在于缝隙腐蚀主要是由介质的电化学不均匀性引起的。因此，改善运行条件、改变介质成分和结构形式是防止缝隙腐蚀的重要措施。 (3) 应力腐蚀断裂SCC）应力腐蚀是指在静拉伸应力与电化学介质共同作用下，因阳极溶解过程引起的断裂。在应力与腐蚀介质共同作用下有三种不同类型的局部腐蚀应力腐蚀、氢脆和腐蚀疲劳。7. 不锈钢的焊接不锈钢的焊接 许多焊接方法都可用于不锈钢的焊接，但对于不同类型的不锈钢，由于其组织
17、与性能存在较大的差异，焊接性也各不相同，因此，不同的焊接方法对于不同类型的不锈钢具有不同的适用性。在选择焊接方法时，要根据不锈钢母材的焊接性，对焊接接头力学性能、耐腐蚀性能的综合要求来确定。例如埋弧焊是一种高效优质的焊接方法，对于含有少量铁素体的奥氏体不锈钢焊缝来讲，通常不会产生焊接热裂纹，但对于纯奥氏体不锈钢焊缝，由于许多焊剂向焊缝金属中增硅，焊缝金属容易形成粗大的单相奥氏体柱状晶，焊缝金属的热裂纹敏感性大，因此一般不采用埋弧焊焊接纯奥氏体不锈钢，除非采用特殊的焊剂。当焊接接头的腐蚀性要求高时，钨极氩焊等惰性气体保护焊具有明显的优势。对于一些特种焊接方法，如电阻点 焊、缝焊、闪光焊及螺柱焊，
18、也可用于不锈钢的焊接，与普通低碳钢相比，由于不锈钢具有较高的电阻和较高的强度，因此需要较低的焊接电流和较大的压力或顶锻力。钎焊也广泛应用于不锈钢的连接，母材类型不同，钎焊温度也不同，与普通碳钢相比，不锈钢用钎剂有较强的腐蚀性，为了防止残留的钎剂对钎焊接头的腐蚀，需对钎焊接头予以仔细的清理。PJOE现如今所应用的不锈钢有奥氏体不锈钢和双相不锈钢, 所以对这两种类型的不锈钢的焊接进行重点介绍。7.1 奥氏体不锈钢的焊接奥氏体不锈钢的焊接7.1.1奥氏体不锈钢的概述奥氏体不锈钢的概述奥氏体不锈钢代表了整个不锈钢系列中最大的一个类奥氏体不锈钢代表了整个不锈钢系列中最大的一个类别，生产的吨位高于其他任何
19、一种类别。它们在绝大别，生产的吨位高于其他任何一种类别。它们在绝大多数环境中具有良好的耐腐蚀性。奥氏体不锈钢具有多数环境中具有良好的耐腐蚀性。奥氏体不锈钢具有和低碳钢相当的强度，室温时最低屈服强度约为和低碳钢相当的强度，室温时最低屈服强度约为210MPa30ksi），然而不能相变强化。由于这类钢），然而不能相变强化。由于这类钢低温冲击韧度好而可用于低温工作环境。其高温工作低温冲击韧度好而可用于低温工作环境。其高温工作温度可达温度可达760或者更高，但是大部分钢在这么高的或者更高，但是大部分钢在这么高的温度下强度和抗氧化能力是有限的。奥氏体不锈钢可温度下强度和抗氧化能力是有限的。奥氏体不锈钢可以
20、通过冷作硬化而有效地强化。它们经常用于要求有以通过冷作硬化而有效地强化。它们经常用于要求有很耐大气腐蚀或耐高温腐蚀能力的工作场合。只要按很耐大气腐蚀或耐高温腐蚀能力的工作场合。只要按照正确的工艺规范施焊，这类钢都是可以焊接的。照正确的工艺规范施焊，这类钢都是可以焊接的。在这类钢中添加大量的奥氏体形成元素，特别是镍一般wCr）=8%），其他的奥氏体形成元素是C、N和Cu。碳和氮是强奥氏体形成元素，这可以从镍当量公式中各系数值可看出：Nieq=Ni+35C+20N+0.25Cu，加碳是为了改进高温强度蠕变强度）。在某些钢中加入氮主要是为了改进室温强度和低温强度，有时可以提高一倍多，用氮强化的钢经常
21、在它们的AISI 300系列型号后面标注一个后缀N，如304LN。AISI 200系列如201也是氮强化钢，经常使用各种商业名称，例如：Nitronic.奥氏体不锈钢一般具有较好的韧度和延性，在拉伸加载时显示出很高的断后伸长率。由于钢中合金含量较高，所以比马氏体不锈钢、低铬和中铬铁素体不锈钢要贵。尽管钢本身价格高，但提供了突出的工程制造方面的优点，特别是良好成形性和焊接性，因而和其他类的不锈钢比较，经常降低了总的成本。奥氏体不锈钢虽然有很多种类，但300系列是最老的也是应用最广的。这类钢大部分是在18Cr-8Ni系的基础上加入合金元素或者是进行变质，而得到独特的性能或者使性能更完备。304型不
22、锈钢是这个系列钢的基础，加上304L代表了最常选用的奥氏体不锈钢。在316型不锈钢中用质量分数大约2%的仩替代等量的铬以改善耐点蚀能力。在稳定化的321和347钢中分别少量的钛和铌，它们和碳结合以减少由于析出富铬碳化物而引起的晶间腐蚀。在上世纪60年代普遍使用L类钢，这是由于利用AOD氩-氧脱碳方法熔炼，降低了标准型非低碳钢和低碳型不锈钢之间的价格差别。这类低碳型号不锈钢304L，316L已经广泛用于受到晶间侵蚀和晶间应力腐蚀的工作场合。如ASTM A312中，最广泛使用的钢材304、316、321和347以及它们的变种钢都是18-8类型，含有的名义成分质量分数是18%铬和8%镍。L类钢代表低
23、碳类的变种钢，其名义碳的质量分数是0.03%。这类钢提高了在腐蚀环境中对晶间侵蚀的耐力。H类钢碳的质量分数接近于0.1%，其高温强度比标准钢及L类钢高，因而用于高温场合。N类钢是在300系列钢中有意加入质量分数高达0.20%的氮300N，316N碳在含锰的钢里氮的加入量更高锰增加氮在奥氏体相中的溶解度）。较高的氮含量可以增加奥氏体不锈钢的强度、抗磨损和耐点蚀能力。含有钛和铌的钢如321和347型称为稳定化钢，因为加入这两种元素稳定了碳，阻止其生成M23C6型铬的碳化物。由于钛和铌的加入量达到1.0%（质量分数时可以有效地减少基本中的碳含量使富铬碳化物的析出很困难，这就降低了敏化的可能性，而敏化
24、会导致在奥氏体钢中产生晶间腐蚀。还有很多其他钢种，包括超级奥氏体不锈钢。由于 这些钢种独特的性能及对其焊接性的特殊考虑。7.1.2奥氏体不锈钢焊接方法与焊接材料的选择（1焊接方法 奥氏体体不锈钢具有优良的焊接性，几乎所有的熔焊方法都可用于奥氏体不锈钢的焊接，许多特种焊接方法，如电阻点焊、缝焊、闪光焊、激光与电子束焊、钎焊都是可用于奥氏体不锈钢，就根据具体的焊接性与接头使用性能的要求，合理选择最佳的焊接方法。其中焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极惰性气体保护焊、埋弧焊是较为经济的焊接方法。(2) 焊材选择对于奥氏体不锈钢填充金属的种类，分成三个部分，反映了AWS按焊接材料各类分别设定的三种标准。其中
25、：A. 不锈钢焊条采用美国标准AWS A5.4标准用于焊条我公司焊材为GES-309，GES316L等）；B. 不锈钢焊丝采用美国标准AWS A5.9、A5.22等标准用于实心焊丝和金属粉芯焊丝，气体保护药芯焊丝我公司焊材为GTS-309，GTS-316L等），所选焊丝可用于氩弧焊、富氩混合气体保护焊、二氧化碳气体保护焊及埋弧焊焊接用填充材料；C.不锈钢埋弧焊主要选用氧化性弱的中性或碱性焊剂现在我公司还没有）(3) PJOE高钼钢焊接指南我公司在M035项目上用的奥氏体不锈钢有316L和254SMOASTM A258 S31254），其中254SMO是我公司第一次焊接的超级奥氏体不锈钢材料，由
26、于其使用条件严格用于腐蚀性环境），材料昂贵包括母材和焊材），且焊工不太熟悉，操作性有一定的难度，因此对焊接时要求注意的重点列出用以指导焊接人员和检验人员。具体内容如下：为防焊接烟尘及Ar气对焊接人员的伤害，焊接作业要在通风的环境中进行；所有的焊缝都应该略有余高，应该避免出现平的或下凹状的焊缝；焊前一般不需要预热，若环境温度低于2，在距离焊缝区300mm的范围内应至少加热到比周围环境温度高10。层间温度不能大于100，线能量不能超过1.5KJ/mm焊件表面的金属氧化物会导致焊接缺陷，因此焊前对杂质的清理十分重要，通常清理范围从焊缝处向两侧各延伸50mm，清理范围应当包括工作坡口加工的边缘以及空心
27、管四周和管子内表面。留意：金属丝刷并不能完全清理这些残留物，用热水冲洗或擦洗或许是一个好方法。焊接尽可能在1G和2F位置进行焊接接头设计必须使打底焊能很好的熔透，引弧点要在坡口内，沿坡口出现的电弧扫掠要打磨干净。每一起弧与收弧处必须打磨干净。定位焊需要背部保护气体，每一个接头都必须打磨；将焊接处不能接触铜和黄铜由铜和锌组成的铜合金），因为铜和锌的加入可能导致裂纹的形成。7.2 铁素体铁素体-奥氏体双相不锈钢的焊接奥氏体双相不锈钢的焊接7.2.1铁素体铁素体-奥氏体双相不锈钢的概述奥氏体双相不锈钢的概述铁素体铁素体-奥氏体双相不锈钢名字是来自于其室温微观组奥氏体双相不锈钢名字是来自于其室温微观组
28、织，其中大概一半是铁素体，一半是奥氏体。在织，其中大概一半是铁素体，一半是奥氏体。在20世世纪纪30年代就知道有双相不锈钢，它时快时慢的开发过年代就知道有双相不锈钢，它时快时慢的开发过程明显地受到周期性的镍短缺的影响。直到程明显地受到周期性的镍短缺的影响。直到1982年美年美国国也没有认可双相不锈钢是不锈钢中单独也没有认可双相不锈钢是不锈钢中单独的一类。在那时的一类。在那时把较早的一种双相不锈钢把较早的一种双相不锈钢-329型不锈钢列在奥氏体不锈钢中。至少有一家型不锈钢列在奥氏体不锈钢中。至少有一家329型不锈钢的制造商建议不要焊接这种钢，在型不锈钢的制造商建议不要焊接这种钢，在20世纪世纪5
29、0年代开发的铸造合金年代开发的铸造合金CD4MCu焊接后很脆。从上世纪焊接后很脆。从上世纪80年代初这种钢迅速开发，在同一时期召开的一系列年代初这种钢迅速开发，在同一时期召开的一系列国际双相不锈钢会议编撰的文集中，记录了这个开发国际双相不锈钢会议编撰的文集中，记录了这个开发过程。至今这种钢已被用于广泛领域，主要用于要求过程。至今这种钢已被用于广泛领域，主要用于要求优异耐腐蚀性的场合。在这一时期，钢的焊接优异耐腐蚀性的场合。在这一时期，钢的焊接和耐腐蚀性有了明显的改善，这主要是由于认识到氮作为一种合金元素可以起关键作用。双相不锈钢是用在能充分发挥其优点，即优异的耐腐蚀性和高强度或者二者兼有的应用
30、场合。因为它含有比奥氏体不锈钢更高的铁素体相成分，所以有高的铁磁性、高热传导性和低的线胀系数。双相不锈钢最多的是被选用于耐腐蚀场合，已经在很多可能发生应力腐蚀裂纹和点蚀的应用环境中代替了奥氏体不锈钢。它们在绝大多数腐蚀场合远优于结构而又具有相当的强度。譬如双相不锈钢已广泛用于陆地和海洋中的油、气管道。由于双相不锈钢在相对不高的温度下就会形成很多脆性析出物，所以不推荐用于超过280摄氏度的工作场合。它们比奥氏体不锈钢贵，倒不是完全因为合金元素贵，而主要是由于从铸态到最终的板材、薄板、管件的加工费用贵。然而它们提供了优异的而腐蚀性并可降低重量，在中等程度侵蚀性介质中可能用来代替某些镍基合金，而价格
31、仅为原来的几分之一。双相不锈钢典型的屈服强度大约是425MPa，和奥氏体不锈钢的210MPa比较强度要高得多。因为双相不锈钢的强度高，其硬度也高，所以在要求耐腐蚀同时要求耐磨损的场合，这种钢更有优势。与此同时，双相不锈钢具有良好的焊接性，与铁素体不锈钢及奥氏体不锈钢相比，它既不像铁素体不锈钢的焊接热影响区，由于晶粒严重粗化而使塑韧性大幅度降低，也不像奥氏体不锈钢那样，对焊接热裂纹比较敏感。当今大多数的双相不锈钢都是有好的韧度和延性，然而它们在低温时有韧脆转变，所以一般不适合用于低温。双 不锈钢的工作温度范围一般限于-40280摄氏度。双相不锈钢的线胀系数和碳钢、低合金钢接近。由于这种相似性，这
32、种钢也可用于需要双相不锈钢和碳钢配合使用的高压容器类的结构。这种情况下，相对于使用奥氏体不锈钢，能减少由于热膨胀不同引起的热应力。然而由于双相不锈钢中析出反应在较低温度下发生，因而它不适宜用于需要进行消除应力热处理焊后热处理的场合。7.2.2双相不锈钢的化学成分及组织特点(1) 化学成分目前，国际上普遍采用的铁素体-奥氏体双相不锈钢可为Cr18型、Cr23型、Cr22型、Cr25型四类。对于Cr25型双相不锈钢，也有普通双相不锈钢和超级双相不锈钢之分，当点蚀指数PRENPREN=w(Cr)+ 3.3w(Mo)+16 w(N)）40时，称为超级双相不锈钢，我国列入国家的铁素体-奥氏体双相不锈钢主
33、要有Cr18与Cr25两大类型。另外一些与国外典型材料相类似的钢种也有生产和应用。(2) 组织特点 双相不锈钢以单相铁素体凝固结晶，当继续冷却时，发生相变，随着温度的降低，相变不断进行。在平衡条件下或者非快速冷却的情况下，部分铁素体将保留到室温，因此，室温下的组织为双相组织。7.2.3 双相不锈钢的焊接特点焊接过程是一个快速加热与快速冷却的热循环过程。在加热过程中，当热影响区的温度超过双相不锈钢的固溶处理温度，在11501400的高温状态下，晶粒将发 生长大，而且发生相变，相明显减少，相增多。一些钢的高温近缝区会出现晶粒较粗大的铁素体组织。如果焊后的冷却速度较快，将抑制的二次相变，使热影响区的
34、相比例失调，当铁素体大于70%时，二次转变的奥氏体也变成针状和羽毛状，具有魏氏组织特征，导致力学性能和耐腐蚀性能恶化。当焊后冷却速度较慢时，则的二次相变比较充分，室温下为相比例较为合适的双相组织。因此，为防止热影响区的快速冷却，使二次相变较为充分，保证较合理的相比例，足够的焊接热输入是必要的。随着母材厚度的增加，焊接热输入应适当提高。对于双相不锈钢焊缝金属，仍以单相铁素体凝固结晶，并随温度的降低发生组织转变。但由于其熔化-凝固-冷却相变是一个速度较快的不平衡过程，因此，焊缝金属冷却过程中的组织转变必然是不平衡的。当焊缝金属的化学成分与母材成分相同，或者母材自熔时，焊缝金属中的相将偏高，而相偏低
35、。为了保证焊缝金属中有足够的相，应提高焊缝金属化学成分的Ni当量，通常的方法是提高奥氏体化元素Ni、N的含量，因此就出现了焊缝金属的超合金化的特点。双相不锈钢具有良好的焊接性，尽管其凝固结晶为单相铁素体，但在一般的拘束条件下，焊缝金属的热裂纹敏感性很小，当双相组织的比例适当时，其冷裂纹敏感性也较低。但应注意，双相不锈钢中毕竟具有较高的铁素体，当拘束度较大及焊缝金属含氢量较高时，还存在焊接氢致裂纹的危险。因此，在焊接材料选择与焊接过程中应控制氢的来源。另请注意：双相钢与双相不锈钢定义不同，双相钢是指由低碳钢或低合金高强度钢经临界处理或控制轧制而得到的主要由铁素体和马氏体所组成的钢。7.2.4 焊
36、接工艺方法与焊接材料(1) 焊接工艺方法 到目前为止，焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊采用实心焊丝或药芯焊丝）、甚至埋弧焊都可用于铁素体-奥氏体双相不锈钢的焊接。(2)焊接工艺方法选择及坡口形式与尺寸 根据管、板厚度及相应的焊接工艺方法选择及坡口尺寸。(3) PJOE双相不锈钢钢焊接指南我公司在M021项目上用的双相不锈钢为ASTM A790 S32750和S32760，且此二者皆为超级双相不锈钢，所选焊接方法为GTAW，所选焊丝为SANDVIK 25.10.4.L。焊接时的注意与焊接超级奥氏体类似，但层间温度可控制为150摄氏度以下。7.3 PJOE所用不锈钢焊接材料品牌到目前为止，焊条电弧焊、钨极氩弧焊、已经在我公司进行使用，现在正在使用的焊材如下表：序号序号焊材名称焊材名称等级等级/AWS/AWS应用应用生产厂家生产厂家1GES-316LE316L316L类（SMAW）京群2GTS-316LER316L316L类（GTAW）京群3INCONEL 625ERNiCrMo-3S31254(GTAW)SMC4INCONEL 112ENiCrMo-3S31254(GTAW)SMC5SANDVIK 25.10.4.LEN2594NLS32750(GTAW)SANDVIK6GES-309（A302）E309-16不锈钢与碳钢京雷7 谢谢大家！
