鐵素體及馬氏體不銹鋼的焊接

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1、4.3鐵素體及馬氏體不銹鋼的焊接4.3.1鐵素體不銹鋼的焊接性分析鐵素體型不銹鋼一般都是在室溫下具有純鐵素體組織，塑性、韌性良好。由于鐵素體的線膨脹系數(shù)較奧氏體的小，其焊接熱裂紋和冷裂紋的問題并不突出。通常說，鐵素體型不銹鋼不如奧氏體不銹鋼的好焊，主要是指焊接過程中可能導致焊接接頭的塑性、韌性降低即發(fā)生脆化的問題。此外，鐵素體不銹鋼的耐蝕性及高溫下長期服役可能出現(xiàn)的脆化也是焊接過程中不可忽視的問題。高純鐵素體鋼比普通鐵素體鋼的焊接性要好得多。(1)焊接接頭的晶間腐蝕碳的質(zhì)量分數(shù)為0.05%~0.1%的普通鐵素體鉻鋼發(fā)生腐蝕的條件和奧氏體鉻-鎳鋼

2、稍有不同。從900°C以上快速冷卻，鐵素體鉻不銹鋼對腐蝕很敏感，但經(jīng)過650~800°C的回火后，又可恢復其耐蝕性。所以，焊接接頭產(chǎn)生晶間腐蝕的位置是緊挨焊縫的高溫區(qū)。晶間腐蝕是在晶粒邊界附近發(fā)生的有選擇性腐蝕現(xiàn)象；原因：貧鉻理論A不銹鋼加熱到450-850℃（敏化溫度）區(qū)間發(fā)生高鉻F不銹鋼從高溫急冷發(fā)生，經(jīng)650-850℃加熱緩冷可消除(2)焊接接頭的脆化鐵素體不銹鋼的晶粒在900℃以上極易粗化；加熱至475℃附近或自高溫緩冷至475℃附近；在550～820℃溫度區(qū)間停留（形成σ）相均使接頭的塑性、韌性降低而脆化。①高溫脆性鐵素體不銹鋼焊接接

3、頭加熱至950～1000℃以上后急冷至室溫，焊接熱影響區(qū)的塑性和韌性顯著降低，稱為“高溫脆性”。其脆化程度與合金元素碳和氮的含量有關(guān)。碳、氮含量越高，焊接熱影響區(qū)脆化程度就越嚴重。焊接接頭冷卻速度越快，其韌性下降值越多；如果空冷或緩冷，則對塑性影響不大。②σ相脆化普通純度鐵素體不銹鋼中wCr>21%時，若在520～820℃之間長時間加熱，即可析出σ相。σ相的形成與焊縫金屬中的化學成分、組織、加熱溫度、保溫時間以及預先冷變形等因素有關(guān)。鋼中促進鐵素體形成的元素如鋁、硅、鉬、鈦和鈮均能強烈地增大產(chǎn)生σ相的傾向；錳能使高鉻鋼形成σ相所需鉻的含量降低；

4、而碳和氮能穩(wěn)定奧氏體相并能與鉻形成化合物，會使形成σ相所需鉻含量增加。鎳能使形成σ相所需溫度提高。由于σ相的形成有賴于Cr、Fe等原子的擴散遷移，故形成速度較慢。wCr=17%的鋼只有在550℃回火1000h后才會開始析出σ相。當加入2%的Mo時，σ相析出時間大為縮短，約在600℃回火200h后即可出現(xiàn)σ相。因此，對于長期工作于σ相形成溫度區(qū)的鐵素體型耐熱鋼的焊接高溫構(gòu)件而言，必須引起足夠的重視。③475℃脆化wCr>15%的普通純度鐵素體不銹鋼在400～500℃長期加熱后，即可出現(xiàn)475℃脆性。隨著鉻含量的增加，脆化的傾向加重。焊接接頭在焊接

5、熱循環(huán)的作用下，不可避免地要經(jīng)過此溫度區(qū)間，特別是當焊縫和熱影響區(qū)在此溫度停留時間較長時，均有產(chǎn)生475℃脆性的可能。475℃脆化可通過焊后熱處理消除。4.3.2鐵素體不銹鋼的焊接工藝特點普通純度鐵素體鋼焊接接頭韌性較低，主要是由于單相鐵素體鋼易于晶粒粗化，熱影響區(qū)和焊縫容易形成脆性馬氏體，還有可能出現(xiàn)475℃脆性。1．焊接方法普通純度鐵素體鋼的焊接方法通?？刹捎煤笚l電弧焊、藥芯焊絲電弧焊、熔化極氣體保護焊、鎢極氬弧焊和埋弧焊。無論采用何種焊接方法，都應以控制熱輸入為目的，以抑制焊接區(qū)的鐵素體晶粒過分長大。工藝上可采取多層多道快速焊，強制冷卻焊

6、縫的方法，如通氬或冷卻水等。超高純度鐵素體鋼的焊接方法有氬弧焊、等離子弧焊和真空電子束焊。采用這些方法的目的主要是凈化熔池表面，防止沾污。2．焊接材料的選擇在焊接鐵素體不銹鋼及其與異種鋼焊接時填充金屬主要有三類：同質(zhì)鐵素體型、奧氏體型和鎳基合金。采用同質(zhì)焊接材料時，焊縫與母材金屬有相同的顏色和形貌，相同的線膨脹系數(shù)和大體相似的耐蝕性，但焊縫金屬呈粗大的鐵素體鋼組織，韌性較差。為了改善性能，應盡量限制雜質(zhì)含量，提高其純度，同時進行合理的合金化。3．低溫預熱及焊后熱處理鐵素體不銹鋼在室溫的韌性本就很低，如圖4-19所示，且易形成高溫脆化，在一定條件

7、下可能產(chǎn)生裂紋。通過預熱，使焊接接頭處于富有韌性的狀態(tài)下焊接，能有效地防止裂紋的產(chǎn)生。但是，焊接熱循環(huán)又會使焊接接頭近縫區(qū)的晶粒急劇長大粗化，從而引起脆化。因此，預熱溫度的選擇要慎重，一般控制在100～200℃，隨著母材金屬中鉻含量的提高，預熱溫度可相應提高。但預熱溫度過高，又會使焊接接頭過熱而脆硬。此外，鐵素體不銹鋼的晶粒在900℃以上極易粗化且難以消除，因為熱處理工藝無法細化鐵素體晶粒。因此，焊接時應盡量采取小的熱輸入和較快的冷卻速度；多層焊時，還應嚴格控制層間溫度。4.3.3馬氏體不銹鋼的焊接性分析問題：冷裂紋、脆化，焊接性較差馬氏體型不

8、銹鋼主要是Fe-Cr-C三元合金，這類鋼中高溫下存在的奧氏體在不太慢的冷卻條件下會發(fā)生奧氏體到馬氏體的轉(zhuǎn)變，屬于淬硬組織的鋼種。與其他類型的不銹鋼相比