材料焊接性第4章不锈钢及耐热钢课件

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（wCr≥12%）、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

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StainlessSteels

4.1.2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1Cr13、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）

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

4.1.4Fe-Cr，Fe-Ni相图及合金元素的影响

图4-1Fe-Cr二元合金状态图

图4-2Fe-Ni二元合金状态图

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0Cr18Ni925-20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0Cr25Ni20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4-7不锈钢刀状腐蚀形貌

500×图4-100Cr17Ni12Mo2不锈钢焊趾处的应力腐蚀裂纹10×

4.2.3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

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σ相脆化475℃脆化

4.3.2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100～200℃，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图4-21高强度马氏体钢TIG焊后的硬度1—1Cr132—2Cr133—00Cr13Ni7Si34.3.4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

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（γ2）及金属间相（如σ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象，各发生在什么温度区域？如何避免？8.马氏体不锈钢焊接中容易出现什么问