第4章不锈钢及耐热钢的焊接Word文档格式.docx
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（3）热强钢：
高温下有较好的抗氧化性和耐腐蚀能力，并具有较高的强度，工作温度可高达600-800C。
3、按正火后的组织分类
（1）奥氏体钢：
用途最广，占不锈钢及耐热钢总量的70%。
这类钢包括：
18-8系列，（如1Cr18Ni9，和0Cr18Ni9）;
18-12MO系列（如：
0Cr17Ni12Mo20Cr18Ni12Mo2Ti等）和25-20系列（如：
0Cr25Ni20等）三大类。
其供货状态多为固溶处理态。
（2）铁素体钢：
含Cr为17〜30%勺高铬钢。
主要用做耐热钢，也可作耐蚀钢用（随Cr含量增加，耐蚀性增加）。
如1Cr170Cr17Ti、1Cr28等。
该类刚多以退火状态供货。
（3）马氏体钢：
这类钢具有较强的淬硬倾向，一般空冷即可淬硬，为热处理强化钢；
牌号主要为1Cr13〜4Cr13。
一般在调质状态下使用。
（4）铁素体-奥氏体双相钢：
钢中奥氏体占40%-60%，铁素体占60%-40%。
最典型的有18-5型，22-5型25-5型，女口00Crl8Ni5Mo3Si2、00Cr22Ni5Mo3N0Cr25Ni5Mo3N等。
这类双相钢以固溶处理态供货。
（5）沉淀硬化型不锈钢：
在不锈钢中单独或复合添加硬化元素，通过适当热处理得到高强度、高韧性、良好耐蚀性的一类不锈钢。
如0Crl7Ni7Al、0Crl7Ni4Cu4Nb等。
4.1.2不锈钢及耐热钢的性能
1.物理性能
不锈钢及耐热钢的物理性能与低碳钢有很大差异，电阻率为碳素钢的5倍左右；
线胀系数比碳素钢约大50%;
热导率仅为碳素钢的三分之一到一半，奥氏体不锈钢的线膨胀系数大，在焊接过程中会引起较大的焊接变形，特别是在异种金属焊接时，由于这两种材料的热导率和线膨胀系数有很大差异，会产生很大的残余应力，成为焊接接头产生裂纹的主要原因之一。
典型不锈钢及耐热钢的物理性能见表
4-1。
表4-1不锈钢及耐热钢的物理性能
类型
钢号
密度p
（20C）/gcm-3
比热容c
（0〜100C）
/J（gC）-1
热导率入
（100C）
/J（cmsC）-1
线膨胀系数a
/gm（mC）-1
电阻率g
（20C）
2-1/gQ（cmcm）
铁素体钢
0Cr13
7.75
0.46
0.27
10.8
61
4Cr25N
7.47
0.50
0.21
10.4
67
马氏体钢
1Cr13
0.25
9.9
57
2Cr13
10.3
55
佃-8型
奥氏体钢
0Cr19Ni10
8.03
0.15
16.9
72
1Cr18Ni9Ti
0.16
16.7
74
1Cr18Ni12Mo2
16.0
25-20型
2Cr25Ni20
0.14
14.4
78
0Cr21Ni32
0.11
14.2
99
2•不锈钢的耐蚀性能
金属受介质的化学及电化学作用而产生的破坏现象称为腐蚀，不
锈钢的主要腐蚀形式有均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀等。
（1）均匀腐蚀：
接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象。
均匀腐蚀使金属截面不断减少，对于被腐蚀的受力零件而言，会使其承受的真实应力逐渐增加，最终达到材料的断裂强度而发生断裂。
（2）点蚀：
点腐蚀是指在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻
微，而分散发生高度的局部腐蚀，又称坑蚀或孔蚀（Pitting
Corrosion），常见蚀点的尺寸小于1mm深度往往大于表面孔径，轻者有较浅的蚀坑，严重的甚至形成穿孔。
不锈钢常因Cl-的存在
而使钝化层局部破坏以至形成腐蚀坑。
（3）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隙时，缝隙中不锈钢钝化膜吸附Cl-而被
局部破坏的现象。
（4）晶间腐蚀：
在晶粒边界附近发生的有选择性的腐蚀现象。
受这种腐蚀的设备或零件，外观虽呈金属光泽，但因晶粒彼此间已失去联系，敲击时已无金属的声音，钢质变脆。
晶间腐蚀多半与晶界层
“贫铬”现象有联系。
（5）应力腐蚀：
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，也称应力腐蚀开裂（Stress
CorrosionCracking，简称SCC。
3.耐热钢的高温性能
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。
（1）高温抗氧化性（热稳定性）
指钢在高温下对各类介质化学腐蚀的抗力。
提高高温抗氧化性途径：
在钢中加入可以形成稳定而致密氧化膜的合金元素，所加合金
元素的离子半径应小于铁，且比铁更容易氧化。
如Cr、Al、Si等；
在耐热钢中加入微量稀土兀素，也可显著提咼钢的抗氧化性能，特别是在1000C以上的咼温极为有效。
（2）高温强度（热强性）
热强性是指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）。
提高热强性的途径主要有三条：
1）基体固溶强化：
加入一定量的合金元素来加强基体原子
间的结合力。
如加入合金元素钼（M0、钨（W、钻（co等，因增大了原子间的结合力，还减慢了固溶体中的扩散过程。
2）减少晶界和晶界强化：
如加入适量的硼（B）＞^（Zr）等元素，在晶界形成难熔化合物和填充空位等作用而提高晶界的抗蠕变能力。
3）沉淀强化：
从过饱和固溶体中析出强化相，强化相的熔点
越高，点阵结构越复杂，提高热强性的效果越好，耐热钢中的强化
相多为碳化物、氮化物、硼化物等难熔化合物和一些金属间化合物。
如MCM23C6
（3）高温脆化耐热钢在热加工或在高温下长期工作时可能产生脆化现象。
主要有以下几种：
1）马氏体钢的回火脆化，女口Cr13钢在550C附近有回火脆性；
2）高铬铁素体钢晶粒长大脆化由于铁素体钢加热时没有相变，其晶粒长大现象也不可能通过热处理来改善。
3）奥氏体钢沿晶界析出碳化物造成脆化。
4）475C脆性Cr含量超过15%勺F钢中，在430-480C之间长期加热并缓冷，导致在常温或负温时出现强度升高而韧性下降的现
象。
钢中杂质促进475C脆性发生。
对于已产生该脆性的钢，在600-700C加热保温1h空冷，可以恢复原来的性能。
。
5）c相脆化c相是一种硬脆而无磁性的铁铬金属间化合物。
其硬度达68HRC且分布于晶界，显著降低韧性。
在纯Fe-Cr合金中，Cr含量超过20%勺铁素体钢中，在850-650C之间长期加热，即可产生c相。
当存在其他合金元素时，特别是MnSi、MoW等元素时，会促使在较低含量时即可形成c相。
而Ni、C、N等元素具有减轻c相形成的作用。
4.2奥氏体不锈钢的焊接
4.2.1奥氏体钢的焊接性
奥氏体钢焊接的主要问题是：
接头的耐蚀性、接头的热裂纹、有
时也出现接头的热强性和再热裂纹问题等，其中主要是热裂和腐蚀问题。
1.焊接接头的热裂纹
（1）热裂纹的特征奥氏体不锈钢具有较高的焊接热裂纹敏感
性一一焊缝结晶裂纹和HAZ液化裂纹。
25-20型奥氏体钢焊接热裂倾向最大，其次是18-8钢。
18-8型不锈钢的热裂纹主要是产生在焊缝中，如果钢中含有铌HAZ也可以产生液化裂纹。
（2）奥氏体不锈钢热裂倾向大的原因
1）焊缝金属凝固期间存在较大的拉应力是产生凝固裂纹的必要条件。
2）奥氏体钢及焊缝的合金成分较复杂，焊接时容易形成各种低熔共晶分布于晶界成为液态薄膜，因此焊缝和近缝区都可能产生热裂纹。
3）奥氏体焊缝结晶时易形成方向性极强的柱状晶（特别是单相
奥氏体钢），结晶时有利于杂质偏析而形成液膜，因而易引起焊缝的结晶裂纹。
（3）防止热裂纹的措施
控制钢材中的硫磷含量，含镍量越高，控制越要严格
控制焊缝的化学成分，从而获得双相组织
控制焊接工艺，尽量减少熔池金属过热。
2.焊接接头的耐蚀性
奥氏体不锈钢接头在腐蚀介质中的腐蚀形式除整体均匀腐蚀
外，还有晶间腐蚀、应力腐蚀开裂、点蚀等，它们都是局部腐蚀，比均匀腐蚀的危害大的多，尤其是晶间腐蚀和应力腐蚀开裂。
（1）晶间腐蚀
18-8奥氏体不锈钢在使用温度处于450〜850C或再次加热到450〜850C之间并停留一段时间，就会发生晶间腐蚀，这种热处理称为“敏化处理”，而在450〜850C的温度范围称敏化温度区。
1）不锈钢的晶间腐蚀现象和产生机理
对于18-8钢，一般认为是由于碳化铬在晶界沉淀造成晶界贫铬引起的。
铬是决定不锈钢耐蚀性的决定元素，但是含量只有超过12%
才能使钢处于耐腐蚀的钝态。
由于18-8钢固溶处理态下，奥氏体一定是碳过饱和，所以呈不稳定状态。
如果固溶态的不锈钢在450-850C使用或加热时，超过溶解度的C向晶界扩散，并与铬形成铬的碳化物Cr23C6在晶界沉淀，由于铬在奥氏体中扩散速度慢，晶粒内部的铬不能及时补充到晶界，就造成晶界贫铬。
当贫化区的铬降至钝化所需的极限含量12%以下时，电极电位急剧下降。
这样在腐蚀介质中，晶界和晶内产生电极电位差形成电化学腐蚀，贫化区的晶界成为阳
极，在腐蚀介质的作用下产生晶界腐蚀。
2）焊接接头的晶间腐蚀区及其控制措施
18-8型不锈钢焊接接头可以有三个部位出现晶间腐蚀现象（图
6-20）:
焊缝区腐蚀、HAZ敏化区腐蚀、过热区腐蚀（刀状腐蚀）。
但是在同一个接头并不能同时看到这三种晶间腐蚀区，出现敏化区腐
蚀就不会出现刀口腐蚀，反过来出现刀口腐蚀就不会出现敏化区腐
图卜20lAg不锈钢焊接接头可能出现晶间臓蚀的部位
焊缝区腐蚀
焊缝区腐蚀主要和焊接材料有关，当然和焊接工艺也有关系。
为防止焊缝区发生晶间腐蚀，可采用如下措施：
冶金措施：
a、焊缝金属超低碳，或含有足够的稳定化元素铌
b、调整焊缝化学成分获得一定数量的铁素体（4%~12%,5%寸最优）。
工艺措施：
a、选用适当的焊接方法，使它输入焊接熔池的热量最小，让焊接接头尽可能地缩短在敏化温度区段下停留时间。
b、工艺参数方面，用小的焊接电流，最快的焊接速度
c、操作方面，尽量采用窄焊缝，多道多层焊，每一道焊缝或每一
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