演示文稿双相不锈钢的焊接

演示文稿双相不锈钢的焊接当前第1页\共有71页\编于星期二\10点第二章双相不锈钢的焊接当前第2页\共有71页\编于星期二\10点

30年代：法国最先研制出双相不锈钢，呈铁素体和奥氏体双相组织状态，具有独特的耐腐蚀性和较好的力学性能。但双相不锈钢的相组成比例难以控制及焊接困难，工业应用受到限制。40年代：美国开发出第一代双相不锈钢——329钢，耐腐蚀性能好，但含碳量较高（≤0.1%），含钼和铬都较高，焊接性不好；50年代：苏联开发含稳定元素钛的双相不锈钢，德、法、英、日等国也相继开发出双相不锈钢；60年代：瑞典开发出最具代表性的第一代双相不锈钢——超低碳（≤0.03%）双相不锈钢，3RE60钢，使焊接接头塑性、韧性和耐腐蚀性显著改善。

2.1双相不锈钢的发展概况当前第3页\共有71页\编于星期二\10点70年代：开发出第二代双相不锈钢，即在超低碳的基础上含氮双相不锈钢，并含有钼、铜、硅等耐蚀性元素。包括18Cr型、22Cr型及25Cr型，如瑞典开发的SAF2205等。80年代：研发的超级双相不锈钢（SuperDSS）为第三代双相不锈钢，含碳量低（ωc0.01~0.02%）、高钼（ωMo4%）、高氮（ωN0.3%），钢中铁素体含量40~45%，耐点蚀系数大于40。成功解决了Cr-Ni奥氏不锈钢容易出现的孔蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳等问题。当前第4页\共有71页\编于星期二\10点双相不锈钢的发展历程可概括为“产量低、增速快”。2002年全球双相不锈钢年产量约占不锈钢总产量的1%，但到了2009年这一比例上升到了15%，这种高增长的原因在于：一是质量具备可靠性；二是成本具备经济性。目前双相不锈钢被广泛应用于工业设备制造和工程项目建设。如：炼油行业中的催化裂化装置、加氢处理装置、油气输送管线；化工行业中的氯乙烯生产装置；运输行业中的海上化学品船；造纸行业中的漂白设备、建筑行业中的结构件；核电行业等。当前第5页\共有71页\编于星期二\10点双相不锈钢的主要应用领域(1)中性氯化物环境双相不锈钢在中性氯化物环境中应用广泛，在加工制造过程中，通常使用少量的含有氯离子的溶液作为冷却水，从而导致普通的奥氏体不锈钢(例如AISI304/316)有产生应力腐蚀的倾向，而双相不锈钢可以很好的解决这一问题，尤其适用于由孔蚀引起的应力腐蚀开裂的环境。衡量耐腐蚀性的好坏通常用孔蚀当量指数PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%表示，其中双相不锈钢PRE值大于24，而奥氏体PRE小于20。(2)石油和天然气工业20世纪80年代以来，双相不锈钢在酸性气和油的生产中用量逐渐增多，主要用作生产管衬里、热交换器以及岸上和近海的管道系统等。尤其在石油和天然气的生产中，双相不锈钢多数面临的主要是酸性环境，即含有大量Cl—,CO2和一些H2S的环境。在含Cl—的湿CO恶性环境中，双相不锈钢是一种理想材料的首选，可耐高流速的磨损腐蚀，比加缓蚀剂的碳素钢及不锈钢更能抵抗高流速的磨损腐蚀，并用于井上管道系统，可以减少大量的材料重量。当前第6页\共有71页\编于星期二\10点(3)海水环境海水是自然环境中腐蚀性最强的一种介质，尤其在金属表面粘附着微生物薄膜时将产生腐蚀电位增加，同时也增加了孔蚀和缝隙腐蚀的倾向。就热海水而言，目前大多使用超级双相不锈钢，例如，用SAF2507超级双相不锈钢制造的海水交换器，使用3年未发现腐蚀，而钛管由于不耐F—腐蚀，只能用3个月。(4)纸浆和造纸工业双相不锈钢在纸浆和造纸工业中的发展应用中已经有40多年的历史了，3RE60双向不锈钢最早就是在这一领域起步应用的。除3RE60钢外，其它双相不锈钢如UR45N(SAF2205)、UR47N(00Cr25Ni6.5Mo3N)、UR52N+(00Cr25Ni6.5Mo3.5CuN)等都应用在各工业领域。由于双相不锈钢具有优秀的力学性能，以及耐磨损腐蚀、耐应力腐蚀以及耐疲劳腐蚀性能好等特长，所以在制造纸浆和工业用的造纸木屑预蒸器、造纸压力滚筒、连续式和间歇式纸浆蒸煮器和回收设备中都取得了良好的应用效果。当前第7页\共有71页\编于星期二\10点(5)化肥工业尿素工业也是最早使用双相不锈钢的部门之一，其装置中含氯离子水的热交换设备使用得较多，例如尿素装置中CO2压缩机三段冷却器原先使用304L奥氏体不锈钢管束，l个月后即因应力腐蚀破裂而导致泄漏，而双相不锈钢可用5年以上，随后一、二段冷却器也都换用了18－5Mo或SAF2205双相不锈钢。由于双相不锈钢在尿素介质中有良好的抗腐蚀疲劳性能，很适合用于制造尿素生产的关键设备——甲按泵泵体。国产的00Cr25Ni6Mo2N双向不锈钢能够通过Huey法的晶间腐蚀倾向的检验，已用于洞庭氮肥厂（五柱塞式）、黑龙江化肥厂等大型化肥厂。国内中一些小化肥厂的甲按泵泵体基本上采用18－5Mo钢制造，也有数十家采用的是高铬含铅双相不锈钢。此外这种钢的泵阀锻件通过了日本JISG0573、G0591硝酸法和硫酸法的检验，批量出口日本，价格要比日本当地生产的优惠。此外，采用国产0Cr25Ni6Mo3CuN时效强化双相不锈钢，利用其优异的耐磨损腐蚀性能，用于加工多种规格的尿素装置主工艺管路高压截止阀的内件等，能起到不错的效果。当前第8页\共有71页\编于星期二\10点(6)运输业最近几年海上化学品运输船行业是国外最大的双相不锈钢用户，消费量约占热轧板的50％。化学品船装载的液体货物多种多样，包括化学和石化产品，要求船舱材料既能耐腐蚀，又有较高的强度和优良的塑性。目前，SAF2205双相不锈钢已取代316L和317L等奥氏体不锈钢，成为海上化学品船的首选材料。我国在这方面起步较晚，中国长江航运集团青山船厂采用欧洲建造标准，使用进口的SAF2205钢板，自行制造成功第一艘18500t化学品船，钢板消耗量大约1200t，已出口比利时。实现了我国用双相不锈钢建造化学品船零的突破，该厂已形成规模生产能力。当前第9页\共有71页\编于星期二\10点2.2.1主要成分：Cr、Ni、Mo、N。其中，Cr、Mo—铁素体形成元素Ni、N—奥氏体形成元素N—主要固溶强化元素Cr、Mo、N—提高耐氯化物点蚀性能

耐点蚀当量：PREN=ω(Cr)+3.3ω(Mo)+16ω(N)正常含Mo双相不锈钢：PREN=30～36超级双相不锈钢：PREN>402.2双相不锈钢的成分、组织和性能当前第10页\共有71页\编于星期二\10点根据成分和PREN值分类：⑴低合金型，23%Cr无Mo双相不锈钢：Cr:23%Ni:4%N:0.1-0.2%

PREN=24～25⑵中合金型，22%Cr标准双相不锈钢：Cr:22%Ni:5-5.5%Mo:3%N:0.14-0.17%PREN=30～36⑶高合金型，25%Cr+(0-2.5%)Cu双相不锈钢：Cr:25-27%Ni:4-7%Mo:1.5-3.3%N:0.15-0.25%

PREN=32～40⑷25%Cr超级双相不锈钢：Cr:25-26%Ni:6-7%Mo:3.5-4%N:0.25-0.28%PREN>40当前第11页\共有71页\编于星期二\10点不锈钢的PREN值的比较当前第12页\共有71页\编于星期二\10点2.2.2组织α相（铁素体）+γ相（奥氏体）双相组织，其中α相与γ相的体积分数之比（α/γ）约各占50%。其中：铁素体—提供高的屈服强度、耐氯化物应力腐蚀性能；奥氏体—提供好的韧性和耐全腐蚀性能。α相含量过高—引起脆化；γ相含量过高—降低耐应力腐蚀性能。2.2.3性能1)具有良好的耐氯化物应力腐蚀的能力；

2)具有良好的抗点蚀和缝隙腐蚀性能，优于奥氏体不锈钢；3)有良好的耐腐蚀疲劳和耐磨损腐蚀性能；当前第13页\共有71页\编于星期二\10点

4)综合力学性能好。有较高的强度（包括疲劳强度），屈服强度是普通Cr-Ni奥氏体不锈钢的2倍；5)焊接性好，热裂倾向小。一般不需要焊前预热和焊后热处理，可与18-8型奥氏体不锈钢及碳钢进行异种钢焊接；6)低铬（ωCr18%）的双相不锈钢热加工温度范围比18-8型奥氏体不锈钢宽，抗力小，高铬（ωCr25%）的双相不锈钢热加工比18-8型奥氏体不锈钢困难；7)双相不锈钢比18-8型奥氏体不锈钢加工硬化效应大；8)与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的热导率大，线胀系数小；9)仍有高铬铁素体不锈钢的各种脆化倾向，不宜在高于300°C的温度下使用。若含铬量较低，脆性相析出危害性较小。当前第14页\共有71页\编于星期二\10点当前第15页\共有71页\编于星期二\10点当前第16页\共有71页\编于星期二\10点奥氏体-铁素体双相不锈钢的性能主要受铁素体和奥氏体比例的影响，奥氏体和铁素体各占50%时，具有良好的耐腐蚀性和焊接性。在平衡状态下，两相的比例主要由钢中的合金元素，即铬当量和镍当量来决定。

Creq=ωCr+ωMo+1.5ωSi

Nieq=ωNi+30ωC+N+0.5ωMn当前第17页\共有71页\编于星期二\10点2.3.1焊缝凝固与奥氏体形成母材组织：(50%)Vα相+(50%)Vγ相，其中γ相呈长条状分布在α相基体中。焊缝组织：焊接熔化后形成铸态组织。2.3双相不锈钢的焊接冶金当前第18页\共有71页\编于星期二\10点Fe-Cr-Ni伪二元相图：液态下凝固：L→α冷却到1300℃：α→γ在固态下γ在α晶粒边界形核和生长。冷却到室温：α+γ

其中，γ相的形态和数量：①化学成分②冷却速度基于TTT图：冷却速度增加→γ相含量减少。在焊缝快速冷却条件下形成的γ相，一般呈魏氏组织形态。当前第19页\共有71页\编于星期二\10点当前第20页\共有71页\编于星期二\10点当前第21页\共有71页\编于星期二\10点当前第22页\共有71页\编于星期二\10点合金元素的作用：

合金元素直接影响焊缝金属的组成，Creq越大，Nieq越小，焊缝中奥氏体含量越少。

合金元素在铁素体和奥氏体所占的比例也不一样。

焊接参数的作用：

由于焊接参数影响到冷却速度，即影响到合金元素的扩散，所以，也影响到合金元素在两相中的分配，焊接线能量越大，冷却速度越慢，由于扩散比较充分，铁素体向奥氏体转变进行的就比较充分，奥氏体含量增加，合金元素在两相中的含量差别也会拉大。

析出相的问题：

析出相会影响到焊缝金属中的力学性能及耐腐蚀性。当前第23页\共有71页\编于星期二\10点A.当焊缝成分与母材相同时：降低焊缝的冷却速度。冷却速度过快时，焊缝中γ相含量不足，而α相含量可超过80%，导致焊缝韧性下降，氢脆敏感性增加。B.当焊缝的冷却速度难以降低时，提高焊缝中Ni、Mn、N等奥氏体形成元素含量，其中N的作用最为显著。通过焊缝过合金化，促使γ相增加，使焊缝获得与母材同样的组织。

N对α→γ转变的作用：（由TTT图）

例如：焊缝和母材为获得60%α+40%γ的双相组织：要求焊缝0.219%N，而母材只需0.141%N。

注：焊缝中α相体积分数一般推荐为22-70%。为获得足够的耐腐蚀性并避免氢致裂纹，α相最大含量应限制在60%。当前第24页\共有71页\编于星期二\10点焊缝室温组织预测：⑴Schaeffler图：铁素体含量的精度±4%⑵DeLong图：铁素体含量的精度±2%⑶WRC1992组织图—美国焊接研究委员会推荐当前第25页\共有71页\编于星期二\10点Creq=Cr%+Mo%+1.5×Si%+0.5×Nb%Nieq=Ni%+30×C%+30×N%+0.5×Mn%舍夫勒组织图

当前第26页\共有71页\编于星期二\10点

Creq=Cr%+Mo%+1.5×Si%+0.5×Nb%

Nieq=Ni%+30×C%+30×N%+0.5×Mn%

德龙图当前第27页\共有71页\编于星期二\10点2.3.2热影响区的组织转变

早期双相不锈钢：焊后HAZ中α相含量过高，甚至接近单相α组织（γ<5%），导致脆化和耐腐蚀性下降。

现代双相不锈钢：通过提高N含量和控制Cr/Ni当量，使钢中α/γ接近于1，保证焊后HAZ不会出现单相α组织。

B=Creq-Nieq-11.59当B‹7时，焊接热影响区过热区的组织为比较理想的奥氏体+铁素体的双相组织。但是，单道焊时，B‹7，奥氏体只是在部分铁素体的晶界析出，晶内析出大量的氮化物，影响钢的塑、韧性及耐腐蚀性。当B‹4时，才能保证单道焊时焊接热影响区过热区的组织为比较理想的奥氏体+铁素体双相组织。但多层焊时，B‹7仍然有效。当前第28页\共有71页\编于星期二\10点

存在的重要问题：

——如何控制焊接热影响区的组织？

问题一：HAZ中α相析出过多问题。近缝HAZ加热至接近熔化温度，处于α单相组织状态；随后冷却速度较快，α→γ转变来不及进行，在HAZ中保有较多α相。

影响因素：1）钢中N含量

2）冷却速度：①热输入量②板厚当前第29页\共有71页\编于星期二\10点含N量较高的钢材：HAZ中α相含量受冷速影响较小；含N量较低的钢材：HAZ中α相含量受冷速影响较大。当前第30页\共有71页\编于星期二\10点例如：700℃下冷速为70℃/s时，含N量0.130%的钢，HAZ中α含量达85%；含N量0.396%的钢，HAZ中α含量仅43%。仍能保持满意的力学性能和耐腐蚀性能。Φ（α）为85%Φ（α）为43%不同N含量双相不锈钢的HAZ组织当前第31页\共有71页\编于星期二\10点

结论：含N量较高的双相不锈钢采用低热输入的焊接工艺，不会对HAZ组织产生不良影响，且无需进行焊后固溶退火处理。当前第32页\共有71页\编于星期二\10点

问题二：HAZ中Cr2N析出问题

冷速较快时，在HAZ中α相含量增加的同时，也增加了由α相中析出的Cr2N。焊接冷速提高，随着α相增加，Cr2N也增加，对韧性和耐蚀性不利。当前第33页\共有71页\编于星期二\10点

t12/8表示由1200℃冷却至800℃所需要的时间。

t12/8越小，冷却速度越快，热影响区中的α相越多，同时析出的Cr2N的量也越多，这显然对韧性和耐蚀性不利。当前第34页\共有71页\编于星期二\10点当前第35页\共有71页\编于星期二\10点

近缝区以内的HAZ：组织变化严重；近缝区以外的HAZ：同样存在组织变化，但没有近缝区严重。

一般规律为：随着峰值温度的提高，——α相增加，而γ相减少；——α相晶粒尺寸增大；

——在α相晶界和晶内析出的Cr2N总量增加。

当前第36页\共有71页\编于星期二\10点

此外，由于钢中Cr、Mo含量高，故在800℃高温附近停留时间较长时，会析出一些硬脆的金属间化合物，如σ相（FenCrm：HV800-1000）。在正常焊接条件下一般不会析出，但在制定焊接工艺时应注意避免HAZ在高温停留时间过长，导致σ相脆化和失去耐腐蚀性能。当前第37页\共有71页\编于星期二\10点双相不锈钢焊接性兼有奥氏体钢和铁素体钢各自的优点,并减少了其各自的不足,焊接冷裂纹和热裂纹的敏感性都较小,具有良好的焊接性。通常焊前不预热,焊后不热处理。由于有较高的氮含量,热影响区的单相铁素体化倾向较小,当焊接材料选择合理,焊接线能量控制适当时,焊接接头具有良好的综合性能。热裂纹双相不锈钢热裂纹的敏感性比奥氏体不锈钢小得多。这是由于含镍量不高,易形成低熔点共晶的杂质极少,不易产生低熔点液膜。另外,晶粒在高温下没有急剧长大的危险。冷裂纹的敏感性也比一般低合金高强钢小得多。

热影响区脆化双相不锈钢焊接的主要问题不在焊缝,而在热影响区。因为在焊接热循环作用下,热影响区处于快冷非平衡态,冷却后总是保留更多的铁素体,从而增大了腐蚀倾向和氢致裂纹(脆化)的敏感性。2.4双相不锈钢的焊接性当前第38页\共有71页\编于星期二\10点σ相析出双相不锈钢焊接接头有析出σ相脆化的可能,σ相是铬和铁的金属间化合物,它的形成温度范围600~1000℃。不同钢种形成σ相的温度不同,如00Cr18Ni5Mo3Si2钢在800~900℃,而双相不锈钢00Cr25Ni7Mo3CuN在750~900℃形成,

850℃最敏感。形成σ相需经一定的时间，一般1~2min萌生，3~5minσ相增多并长大，因此，焊接时应采用小热量输入,快速冷却。消除应力处理时,采用较低的温度,如550~600℃为宜。这样可以防止σ相的产生。

双相不锈钢固溶处理及σ相和475℃脆性的温度范围名称2205双相钢及2507等超级双相钢00Cr25Ni7Mo3CuN固溶温度/℃10401025~1100空气氧化起皮温度/℃10001000σ相形成温度/℃600~1000600~1000475℃脆化温度/℃300~525300~525当前第39页\共有71页\编于星期二\10点当前第40页\共有71页\编于星期二\10点铁素体475℃脆化双相不锈钢含有50%左右的铁素体，同样也存在475℃脆性，但不如铁素体不锈钢那样敏感，双相不锈钢中的铁素体在300~525℃长期保温会析出高铬α′相，在475℃最敏感，使双相钢脆化，由于α′相析出时间较长，故对一般焊接影响不大，但应限制双相不锈钢的工作温度不高于250℃。焊接工艺焊接工艺参数对双相组织的平衡起着关键的作用。由于双相不锈钢在高温下是100%的铁素体组织，若线能量过小，热影响区冷却速度快，奥氏体来不及析出，过量的铁素体就会在室温下过冷保持下来。若线能量过大，冷却速度太慢，尽管可以获得足量的奥氏体，但也会引起热影响区铁素体晶粒长大以及σ相等有害金属相的析出，造成接头脆化。为避免上述情况的发生，最佳的措施是控制焊接线能量和层间温度，并使用填充金属。当前第41页\共有71页\编于星期二\10点焊接材料

双相不锈钢焊接材料在近年来才得到快速发展，美国于1992年和1993年首次在焊接材料标准中列入双相不锈钢焊条和焊丝，而且均仅有2个型号:AWSA5·4-1992和AWSA5·9-1993中的E2209-XX、E2553-XX(焊条)和ER2209、ER2553(焊丝)。目前在国内的焊接标准中尚未列入双相不锈钢焊条和焊丝，国内有些厂商生产的焊接材料(以焊条为主)大都参考国外的相关标准。具体到焊接材料的开发研制，采用能形成较多γ相的焊接材料，可以抑制焊缝中铁素体相的过量增加，因而一般采用镍的质量分数比母材高2%~4%的焊接材料。但应注意，镍的质量分数不宜过高。因为这样有可能使单一的铁素体凝固模式转变为双相凝固时发生元素偏析，还会存在由于母材稀释得少，铁素体含量过低，使铬、钼相对集中，促使金属间相析出的可能性。当前第42页\共有71页\编于星期二\10点氮元素在通过维持必要的相平衡来提高焊接接头的耐蚀性方面的能力，是其他合金元素无法替代的。焊接材料一般都是在提高镍的基础上，再加入与母材含量相当的氮，只要加入0.1%以上的氮就会改善焊接接头的力学性能。除了在焊接材料中加入氮以外，还可以从焊接工艺上控制相平衡，如在保护气体中加氮(如TIG焊、MIG焊)，以氮元素对焊缝金属合金化，或将其成分中镍的质量分数提高10%左右，可获得奥氏体体积分数不少于60%~70%的焊缝金属组织。当前第43页\共有71页\编于星期二\10点钢种2304(Cr18)2205(Cr22)255(Cr25)超级双相钢2304(Cr18)E2209E2203E2209E2209E22092205(Cr22)E2209E2209E2501E2501255(Cr25)E2209E2501E2501E2501超级双相钢E2209E2501E2501E2501304E309LMoE2209E309LMoE2209E309LMoE2209E309LMo316E309LMoE2209E309LMoE2209E309LMoE2209E309LMoE2209低合金高强钢E309LE309LE309LE309L双相不锈钢及异种金属焊接材料当前第44页\共有71页\编于星期二\10点2.4.1含N量对焊缝组织与性能的影响

⑴含N量对焊缝组织的影响Ar+N2混合气体保护TIG焊，混合气体中N2的分压PN2增加，焊缝N含量开始时迅速增加，然后变化很小；

焊缝中α相随含N量的增加呈线性下降。当前第45页\共有71页\编于星期二\10点⑵含N量对焊缝强度和塑性的影响纯Ar气体保护TIG焊时，焊缝含N量最低[0.122%N]，其抗拉强度、伸长率明显低于母材[0.1414%N]。

焊缝含N量增加，则焊缝抗拉强度、延伸率逐渐增大，当含N量约0.4%时，焊缝抗拉强度和延伸率接近于母材。

原因：含N量增加，焊缝中α相减少，而γ相增加。当前第46页\共有71页\编于星期二\10点

焊缝中α相增加，其抗拉强度、延伸率则逐渐减小，当α相达60%时，焊缝的抗拉强度和延伸率均低于母材。

当前第47页\共有71页\编于星期二\10点原因：显微组织不同母材——细小的轧制组织；焊缝——粗大的铸态组织。

母材焊缝铁素体含量相同的母材和焊缝组织当前第48页\共有71页\编于星期二\10点拉伸断口母材：韧窝断裂焊缝：0.136%N—(准)解理断裂0.219%N—准解理断裂0.395%N—韧窝断裂当前第49页\共有71页\编于星期二\10点⑶含N量对焊缝冲击韧性的影响焊缝含N量增加，则焊缝在室温和高温下的冲击功增大，但都低于母材。焊缝金属的脆性转变温度都高于母材金属。

原因：焊缝韧度主要受γ相和CrN2的影响。焊缝含N量增加，γ相增加、CrN2析出减少，使冲击韧性提高；而焊缝中α相晶粒粗大，故韧性始终低于母材。

当前第50页\共有71页\编于星期二\10点

思考题：从断裂机制上解释焊缝中的γ相和CrN2析出相的含量是决定焊缝冲击韧性的主要因素。

解理面小且较平坦

解理平面有延性断裂区，该区对应γ相板条。

γ相板条阻止解理裂纹扩展当前第51页\共有71页\编于星期二\10点2.4.2焊接热输入对热影响区冲击韧度的影响与焊缝不同，热影响区含N量不变，主要受热输入影响。

热输入太低——α相含量增加，Cr2N析出增多，导致冲击韧度下降；

热输入太高——晶粒严重粗大，也使冲击韧度下降。如：2205双相不锈钢：Cr22%,Ni5.5%,Mo3%,N0.15%焊条：Cr22%,Ni9.5%,Mo3%,N0.13%

热输入：0.4kJ/mm,0.8kJ/mm,1.1kJ/mm,1.6kJ/mm,冲击功：41.2J，48J，49J，35.3J除焊接热输入外，板厚、层间温度等影响冷速的因素，都会影响HAZ韧性。当前第52页\共有71页\编于星期二\10点如：瑞典SAF2507超级双相不锈钢，焊条选择BOEHLERFOXCN25/9Cu(AWSA5.4-06E2595-15)，当前第53页\共有71页\编于星期二\10点2.4.3双相不锈钢及其焊缝的σ相脆化焊缝和母材再热过程中，先由δ相形成细小的γ’，然后析出σ相。

σ相在焊缝中析出要比在母材中快的多；引起的韧性降低也比母材快的多。

母材Cr25Ni5Mo2,

焊条Cr25Ni9Mo3(DP3),Cr22Ni9Mo3(DP8)

当前第54页\共有71页\编于星期二\10点

断口分析表明：脆性开裂发生在σ相及其与基体的界面上。

母材断口：在σ相周围的区域呈韧窝状。由于δ区较宽，只有析出大量的σ相才使韧性降低；

焊缝断口：在焊缝中δ区是细条的，断口为带有清晰撕裂岭的脆性断裂，只要少量的σ相就足以引起焊缝韧性降低。

因此，焊缝σ相脆化倾向比母材大得多，引起脆化的再热时间也比母材短得多。

当前第55页\共有71页\编于星期二\10点当前第56页\共有71页\编于星期二\10点2.4.4焊接接头的氢脆和氢致裂纹⑴热影响区氢脆及氢致裂纹敏感性

焊接HAZ峰值温度升高，氢脆敏感性增加。

原因：随着峰值温度升高，γ相减少，δ相增加，在δ相边界和内部析出Cr2N增加。

在Ar+H2中进行低热输入MIG焊

含N量较高(0.4)的675钢：即使低热输入也不会在HAZ产生冷裂纹；

含N量较低(0.13)的UR45N钢：HAZ中δ相高达82%，产生冷裂纹；通过调整热输入将HAZ中δ相降到75%可避免冷裂。当前第57页\共有71页\编于星期二\10点⑵焊缝金属氢脆及氢致裂纹敏感性焊缝不出现冷裂纹临界扩散氢质量分数：直Y形坡口裂纹试验——34×10-4%G-Bop焊缝裂纹试验——25×10-4%

一般地，焊缝中δ相低于50%，焊缝金属对氢致裂纹不敏感；当δ相超过50%，随着δ相的增加，氢致裂纹敏感性显著增加。当前第58页\共有71页\编于星期二\10点2.4.5焊接接头的应力腐蚀开裂氢脆型应力腐蚀裂纹(HESCC)：

母材(BM)—临界应力达到破坏应力的90%，HESCC敏感性低；

焊缝(WM)—临界应力达到破坏应力的70%，相当于σ0.2的95%，而焊缝周围的残余应力可以超过σ0.2，因此HESCC敏感性提高。★裂纹萌生于δ

/γ界面的δ相一侧，并在δ相中扩展。γ相在母材中呈层状分布，有效阻挡裂纹扩展；而在焊缝中呈魏氏组织形态，对裂纹的阻挡作用受到抑制。当前第59页\共有71页\编于星期二\10点

热影响区(HAZ)—

敏化处理前，反映应力腐蚀开裂（SCC）敏感性的断裂应变取决于γ相含量；

敏化处理后，断裂应变与γ相含量无关，断口呈现与σ相有关的二次裂纹。当前第60页\共有71页\编于星期二\10点2.4.6焊接接头的点蚀问题⑴成分对点蚀的影响

Fe>60%时，δ+γ双相的点蚀电位处于纯α相与纯γ相之间；

Fe<60%时，δ+γ双相的点蚀电位与纯δ相和纯γ相基本相同。注：Fe增加时，对应的Cr、Ni相应减少。当前第61页\共有71页\编于星期二\10点

⑵组织对点蚀的影响

随着δ相含量的增加，点蚀电位开始时增加较快，当δ相达到40%后则基本不变。注：Fe含量降低时，即合金含量提高时，点蚀电位降低。A：低铁系列合金（Fe≤50%）B：高铁系列合金（Fe=68-70%）当前第62页\共有71页\编于星期二\10点

⑶冷却速度对点蚀的影响

随着含N量增加，点蚀电位提高，但与冷速有关。

N=0.13%时，冷速对SCE影响显著。冷却快：析出大量Cr2N，SCE低；冷却慢：基本没有析出Cr2N，SCE高。

N=0.25%时，冷速快慢Cr2N基本没有析出，故对SCE没有影响。结论：含N量较低的双相钢，其点蚀电位（SCE）对冷却速度很敏感，因此焊接含N量较低的双相不锈钢时，要严格控制冷却速度。当前第63页\共有71页\编于星期二\10点

思考题：分析在不同的冷却速度条件下，双相不锈钢的含N量对δ相和Cr2N析出相体积分数的影响规律。当前第64页\共有71页\编于星期二\10点

为了获得满意的α/γ比，以及最佳的力学性能与耐腐蚀性能的组合，通常需要控制两个因素：

因素1：焊缝化学成分—填充金属，保护气体，母材稀释率等

因素2：接头冷却速度—热输入量，层间温度，材料厚度等