材料焊接性第4章 不锈钢及耐热钢.ppt

1、第4章 不锈钢及耐热钢的焊接,不 锈 钢,不锈钢是耐蚀和耐 热高合金钢的统称。,不锈钢通常含有 Cr（wCr12%） 、Ni、Mn、Mo等元素，,具有良好的耐腐蚀性、 耐热性和较好的力学 性能，,适于制造要求耐腐蚀、 抗氧化、耐高温和超 低温的零部件和设备,不锈钢焊接接头的宏观照片,YAG-MAG激光电弧复合焊,4.1 不锈钢及耐热钢的分类及特性,4.1.1 不锈钢的基本定义,不 锈 钢 的 定 义,原义 型,习惯 型,广义 型,仅指在无污染的大气 环境中能够不生锈的钢,指原义型含义不锈钢与能耐 酸腐蚀的耐酸不锈钢的统称,泛指耐蚀钢和耐热钢，统称 为不锈钢Stainless Steels,4.

2、1.2 不锈钢及耐热钢的分类,按主要 化学成 分分类,铬锰氮 不锈钢,铬镍 不锈钢,铬 不锈钢,指Cr的质量分数介于 12%30%之间的不锈 钢，其基本类型为Cr13型,Cr的质量分数介于12%30%， Ni的质量分数介于6%12%和 含其他少量元素的钢种，基 本类型为Cr18Ni9钢,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 减少镍的含量 如1Cr18Mn8Ni5N、1Cr18Mn6Ni5N,按 用 途 分 类,超低碳Cr-Ni钢(如00Cr25Ni22Mo2、 00Cr22Ni5Mo3N)等,低碳Cr-Ni钢（如0Cr19Ni9、 1Cr18Ni9Ti）,高Cr钢（如1C

3、r13、2Cr13）,不 锈钢,抗氧 化钢,热 强钢,高Cr钢（如1Cr17、1Cr25Si2）,如1Cr18Ni9Ti、1Cr16Ni25Mo6、 4Cr25Ni20、4Cr25Ni34等,Cr-Ni钢 （如2Cr25Ni20、2Cr25Ni20Si2）,以Cr12为基的多元合金化 高Cr钢（如1Cr12MoWV）,按组织 分类,奥氏体钢,铁素体钢,马氏体钢,铁素体奥 氏体双相钢,0Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti(18-8Ti) 2Cr25Ni20Si2、4Cr25Ni20 0Cr21Ni32、4Cr25Ni35,沉淀 硬化钢,1Cr17、1Cr25Si2 000Cr30Mo2,Cr1

4、3、2Cr13、3Cr13、4Cr13 及1Cr17Ni12 、 1Cr12MoWV,00Cr18Ni5Mo3Si2、 0Cr25Ni5Mo3N、00Cr22Ni5Mo3N,0Cr17Ni4Cu4Nb，简称17-4PH 0Cr17Ni7Al，简称17-7PH,4.1.3 不锈钢及耐热钢的特性,表4-1 不锈钢及耐热钢的物理性能,不锈钢的 耐蚀性能,应力腐蚀,晶间腐蚀,缝隙腐蚀,点腐蚀,均匀腐蚀,4.1.4 Fe-Cr，Fe-Ni相图及合金元素的影 响,图4-1 Fe-Cr二元合金状态图,图4-2 Fe-Ni二元合金状态图,合金 元素 对相 图的 影响,碳的 影响,氮的 影响,锰的 影响,钼的

5、影响,碳是强奥氏体化元素，会使 相区增大，而相区减小,氮是强奥氏体化元素,Mo也是铁素体形成元素 Mo对相区有强烈的缩小作用,Mn是奥氏体形成元素， 与Ni相似，会扩大相区， 使-的转变向低温移动,4.2 奥氏体不锈钢的焊接,4.2.1 奥氏体不锈钢的类型,类型,18-8型奥 氏体不锈钢,18-12Mo型 奥氏体不锈钢,为克服晶间腐蚀倾开发了 1Cr18Ni9Ti和0Cr18Ni11Nb等,主要牌号有1Cr18Ni9 和0Cr18Ni9,25-20型奥 氏体不锈钢,超低碳18-8型不锈钢， 如00Cr19Ni10等,0Cr17Ni12Mo2、 0Cr18Ni12Mo2Ti等,牌号有0Cr25N

6、i20等,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,奥氏体不锈钢 焊接接头的耐蚀性,热裂纹,析出现象,低温脆化,晶间 腐蚀,应力腐 蚀开裂 （SCC）,热影响区敏化区晶间腐蚀,焊缝区晶间腐蚀,点 蚀,刀状腐蚀,腐蚀介质的影响,焊接应力的作用,合金元素的作用,奥氏体钢焊接接头有点蚀 倾向，双相钢有时也会有 点蚀产生。,图4-3 18-8不锈钢焊接接头可能出现晶间腐蚀的部位 1HAZ敏化区 2焊缝区 3熔合区,图4-5 0Cr18Ni9不锈钢HAZ晶间腐蚀,图4-7 不锈钢刀状腐蚀形貌 500,图4-10 0Cr17Ni12Mo2不锈钢 焊趾处的应力腐蚀裂纹 10,4.2.

7、3 奥氏体不锈钢的焊接工艺特点,焊接材 料选择 应注意 的问题,应坚持“适用性原则”,根据所选各焊接材料的 具体成分来确定是否适用,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,根据技术条件规定的全面 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， 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 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 工艺 要点,合理选择焊接方法,控制焊接参数，避免 接头产生过热现象,接头设计的合理性 应给以足够的重视,尽可能控制焊接工艺稳 定以保证焊缝金属成分稳定,控制焊缝成形,防止焊件工作表面的污染,4.3 铁素体及马氏体

8、不锈钢的焊接,4.3.1 铁素体不锈钢焊接性分析,铁素 体不 锈钢 的类 型,普通铁 素体钢,高纯度 铁素体钢,低Cr（wCr=1214）钢 如00Cr12、0Cr13、0Cr13Al等,中Cr（wCr=1618）钢 如0Cr17Ti、1Cr17Mo等,高Cr（wCr=2530）钢， 如1Cr25Ti、1Cr28等,wCwN0.0350.045 如00Cr18Mo2等,wCwN0.03%， 如00Cr18Mo2Ti等,wCwN0.01%0.015 如000Cr18Mo2Ti、000Cr26Mo1等,焊接性 分析,焊接接头 的晶间腐蚀,焊接接头 的脆化,高温 脆性,相 脆化,475 脆化,4.3

9、.2 铁素体不锈钢的焊接工艺特点,焊接 方法,焊接 材料 的选择,低温预热 及焊后 热处理,可采用焊条电弧焊、药芯焊丝 电弧焊、熔化极气体保护焊、 钨极氩弧焊和埋弧焊,同质铁素体型、 奥氏体型和镍基合金,一般控制在100200，随着 母材金属中铬含量的提高， 预热温度可相应提高。,4.3.3 马氏体不锈钢焊接性分析,马氏体 不锈钢 的类型,Cr13系钢 1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13,热强马氏体钢 2Cr12WMoV、2Cr12MoV、,超低碳复相马氏体钢 0.01C-13Cr-7Ni-3Si、 0.03C-12.5Cr-4Ni-0.3Ti,焊接性 分析,焊接接头 的冷裂纹,焊

10、接接头 的硬化现象,图4-21 高强度马氏体钢TIG焊后的硬度 11Cr13 22Cr13 300Cr13Ni7Si3,4.3.4 马氏体不锈钢的焊接工艺特点,表4-5 马氏体不锈钢常用的焊接材料,图4-22 正确的焊后热处理工艺,图4-23 不正确的焊后热处理工艺,4.4 奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接,4.4.1 奥氏体-铁素体双相不锈钢的类型,中合金型 双相不锈钢,低合金型 双相不锈钢,高合金 双相不锈钢,超级 双相不锈钢,00Cr25Ni6Mo2N 00Cr25Ni7Mo3WcuN,0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti,00Cr18Ni5Mo3Si2,00Cr23Ni4N钢,00

11、Cr22NI5Mo3N,00Cr25Ni7Mo4N 00Cr25Ni6.5Mo3.5CuN,4.4.2 双相不锈钢的耐蚀性,双相不 锈钢的 耐蚀性,耐应力腐蚀性能,耐晶间腐蚀性能,耐点蚀性能,4.4.3 奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接性分析,双相不锈钢 焊接的冶金 特性,双相不锈钢 焊接接头的 析出现象,焊缝金属 的组织转变,焊接热影响区 的组织转变,铬的氮化物 （如Cr2N、CrN）、 二次奥氏体（2） 及金属间相（如相等）,4.4.4 奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接工艺特点,焊接 方法,焊接 材料,焊接工 艺措施,控制热输入,采用奥氏体相占比例大的 焊接材料,除电渣焊外，基本上所 有的熔焊

12、方法都可以用,多层多道焊,焊接顺序及工艺焊缝,不锈钢焊接时，为什么要控制焊缝中的含碳量？如何控制焊缝中的含碳量？ 2.为什么18-8奥氏体不锈钢焊缝中要求含有一定数量的铁素体组织？通过什么途径控制焊缝中的铁素体含量？,3. 18-8不锈钢焊接接头区域在哪些部位可能产生晶间腐蚀，是由于什么原因造成的？如何防止？ 4. 简述奥氏体不锈钢产生热裂纹的原因？在母材和焊缝合金成分一定的条件下，焊接时应采取何种工艺措施防止热裂纹？,5. 奥氏体钢焊接时为什么常采用“超合金化”焊接材料？ 6. 铁素体不锈钢焊接中容易出现什么问题？焊条电弧焊和气体保护焊时如何选择焊接材料？在焊接工艺上有什么特点？,7. 何谓“脆化”现象？铁素体不锈钢焊接时有哪些脆化现