第九章耐热钢、不锈钢讲义的焊接
耐热钢焊接
多层多道焊时，先焊焊道不可避免地要落入后焊焊道 的热影响区，而被加热到不同的温度。焊道越厚，其 热影响区越宽，先焊焊道落入后焊焊道750~550℃热 影响区的比例就越大，多层焊缝整体韧度就会越差。 实践证明，焊接P91厚壁构件时，把焊道厚度控制在 3mm内，预热和层间温度保持在200~300℃，较易获 得合格的焊缝韧度。 反之，过高的预热、层间温度及焊道厚度超过4mm， 焊缝韧度往往极其低劣。 总之，焊缝韧度对焊道厚度（线能量及后焊焊道的加 热温度）、预热温度和层间温度都很敏感。
二、焊缝韧度
强韧型铁素体耐热钢存在着焊缝韧度偏低并且对焊接 工艺和工艺参数很敏感的现象。
焊缝韧度降低的原因
焊缝金属是一次结晶粗大的铸造组织，它没有机会经受 TMCP过程，晶粒得不到细化、Nb等为合金化元素还固 溶在基体内，没有机会充分析出。因此，焊缝金属的韧 度比母材差很多。
影响焊缝金属韧度的因素 焊接工艺参数、焊后处理
典型钢种：12CrMo ，15CrMo，12Cr1MoV，
15Cr1MoV，10CrMo910， 钢102(12Cr2MoWVTiB)
合金元素的作用与强化机理 • Cr 提高耐腐蚀性（氧化物致密，不易分解，溶入 Fe3C后可使碳化物具有很大的热稳定性） • Mo 主要强化元素（固溶强化），提高钢的热强性， 还能降低热脆敏感性。 • V 强碳化物形成元素，形成的VC弥散分布，能促进 Mo全部进入固溶体，提高钢的高温强度。 • 微量元素B、Ti等 能吸附于晶界，延长合金元素沿 晶界扩散，从而强化晶界，增加钢的热强性。 强化机理：固溶强化、弥散强化、晶界强化
导致材料的韧度降低。 TIG焊接方法获得的焊缝金属氧含量低，是促使韧性好的
重要因素；采用脉冲热丝TIG焊时，有利于获得较细的一
不锈钢和耐热钢的焊接解析
您知道吗？
1、不锈钢的主要腐蚀形式有均匀腐蚀(表面腐蚀)、点腐蚀、 缝隙腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀开裂等五种。
4．晶间腐蚀（概念）: 在晶粒边界附近发生的有选 择性的腐蚀现象。
1）外观虽仍呈金属光泽，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。已证明， 晶间腐蚀多半与晶界层“贫铬”现象有8-8 奥 氏 体 钢 ， 固 溶 处 理 再 经 450~850℃加热(所谓敏化加热)会沿晶界沉 淀 出 Cr23C6 或 ( Fe，Cr)23C6( 常 写 成 M23C6)， 以至使晶界边界层含Cr量低于l2％，即所谓 “贫铬”。
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(三)按组织分类 按空冷后室温组织来分类，是最古老、 又是至今应用最广的最基本的分类方法。
(1)奥氏体钢：它是应用最广的一类，以高Cr、Ni钢最为典 型。供货状态多为固溶处理态。
2)铁素体钢含 Cr为l7％～30％的高cr钢属此。主要用作耐 热钢(抗氧化钢)，也用作耐蚀钢，如1Crl7、1Cr25Si2。铁素 体钢以退火状态供货。
我国目前所谓不锈钢是指习惯型含义。
不锈钢及耐热钢，其主要成分为铬Cr和镍Ni； 一般Cr≥1 2％才能在大气环境下不发生锈蚀，如欲耐酸腐蚀，含
Cr量不应低于l7％。 增加Ni或再提高Cr含量，耐腐蚀性或耐热性均可提高。 一般Ni≤35％，Cr≥12％。
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(二)按用途分类 (1)不锈钢： (指习惯型含义)包括大气环境下及有浸
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(三)不锈钢的物理性能 1、与低碳钢相比，不锈钢的导电性能差；奥氏体不锈钢的线
胀系数比低碳钢大将近50％，而热导率仅为低碳钢的 l/3左右； 2、铁素体钢和马氏体钢的线胀系数与低碳钢相近，而热导率
仅为低碳钢的 l/2左右。 3、奥氏体不锈钢通常是非磁性的，当冷作加工硬化产生马氏
材料焊接性之不锈钢及耐热钢的焊接
材料焊接性之不锈钢及耐热钢的焊接引言焊接是一种常用的金属连接方法，可以将不同材料的金属零件连接在一起。
然而，不同材料的焊接性能存在差异，需要针对不同材料选择合适的焊接方法和技术参数。
本文将重点讨论不锈钢及耐热钢的焊接性能及相关注意事项。
不锈钢焊接性不锈钢是一种耐腐蚀性能较好的材料，在很多领域得到广泛应用，如航空航天、化工、食品加工等。
然而，不锈钢的焊接性能相对较差，主要表现在以下几个方面：1.焊接变形：不锈钢在焊接过程中容易产生变形，特别是薄板的不锈钢更容易变形。
这主要是由于不锈钢的热导率较低，焊接过程中热量会聚集在焊缝附近，导致局部温度升高，引起膨胀和变形。
2.易开裂：不锈钢焊接容易产生热裂纹和冷裂纹。
热裂纹主要是因为不锈钢含有较高的含碳量，并且在焊接过程中产生的晶界液滴容易凝固形成裂纹。
冷裂纹则是由于焊接过程中残余应力引起的。
3.易产生气孔：不锈钢焊接还容易产生气孔，主要是由于不锈钢表面有一层氧化膜，焊接时难以完全消除，氧化膜中的气体会被封闭在焊缝中形成气孔。
为了克服不锈钢焊接的问题，我们可以采取以下几个措施：•合理选择焊接方法：根据不同情况选择合适的焊接方法，如手工弧焊、TIG焊、MIG/MAG焊等。
不锈钢薄板焊接可以选择TIG焊，对于厚板可以选择手工弧焊或MIG/MAG焊。
•控制焊接变形：采取适当的预热和后续处理方法，减少焊接变形。
可以通过加热、加压、采用夹具等方式控制焊接变形。
•选择合适的焊接材料：选择合适的焊丝和焊剂，以提高焊接质量和性能。
推荐使用低碳或超低碳不锈钢焊丝，同时选用适合不锈钢的焊剂。
•控制焊接参数：合理控制焊接电流、电压、焊接速度等参数，以避免产生过大的热量和过多的焊接变形。
耐热钢焊接性耐热钢是一种能够在高温环境下保持稳定性能的材料，常用于石油化工、电力、制造等领域。
耐热钢的焊接性能相对较好，但仍存在以下一些问题：1.易烧穿：耐热钢的烧穿性较强，容易在焊接过程中烧穿母材，特别是对于板材焊接来说。
《不锈钢的焊接》PPT课件
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奥氏体不锈钢的焊接性
能抵抗大气腐蚀的钢称为不锈钢，亦定
义为主加元素铬含量能够使刚处于钝化状 态，又具有不锈特性的钢种。按成分和组 织的不同，不锈钢大体分为马氏体不锈钢、 铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢，其中，奥 氏体不锈钢的主要成分是铬和镍，它们的 存在产生了稳定的奥氏体，因而材料具有 优良的耐腐蚀性能、耐热性和塑性，同时 也具有良好的焊接性，常用的如 1Cr18Ni9Ti。但是如果焊接材料或焊接工 艺不正确时会出现晶间腐蚀或热裂纹等缺 陷。
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• 埋弧自动焊
• 由于熔池体积大，冷却速度小，容易引起 合金元素及杂质的偏析。因此，焊接奥氏 体不锈钢时，为了防止裂纹的产生，焊剂 应该具有较低的氧化性。
• 目前，手弧焊，氩弧焊，埋弧自动焊和等 离子弧焊可以用来进行奥氏体不锈钢的焊 接，其中，焊接奥氏体不锈钢质量比较好 的方法是氩弧焊。而不适用于奥氏体不锈 钢的是电渣焊和二氧化碳保护焊。
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《碳钢药皮电焊条规程》 GB/T5118－1995 等效 ANSI/AWS A5.5－1981
《低合金钢药皮电焊条规程》
三、试件母材钢号及代号见表3
焊工焊接操作技能考试是要求焊工按照评定 合格的焊接工艺施焊出没有超标缺陷的焊缝。 从焊接缺陷角度出发，焊工焊接操作技能与 母材钢号没有关系，对于焊条电弧焊，焊工 焊接操作技能与药皮类别密切相关。
• 表3内所列钢号只是典型钢号示例，包含 了锅炉、压力容器、压力管道标准中所列 钢号。对于没有列入表3的钢号（例如新钢 号、国外钢号）可根据第四十四条规定由 焊工考委会将其列入相应类别中。
• 对焊机操作工来讲，焊接操作技能考试
不锈钢、耐热钢的焊接
耐热钢的高温性能
抗氧化性：耐热钢中含有Cr、Al or Si，可形成致密的氧化膜，因而 均可具有很好的抗氧化性能。 热强性：高温下长时工作时对断裂的抗力(即持久强度)，或在高温下 长期工作时抗塑性变形的能力(即蠕变抗力)。 提高热强性措施： ① 利用Mo、W固溶强化，提高原子间结合力； ② 形成稳定的第二相，主要是碳化物相。适当提高含C量并同时加入碳 化物形成元素Nb、V可有效提高热强性。 ③ 减少晶界和强化晶界，可控制晶粒度并加入微量硼、稀土等。 高温脆化：耐热钢在热加工或长期高温工作中，可能产生脆化现象。 除了Cr13在550℃附近的回火脆性、高铬铁素体钢的晶粒长大脆化以 及奥氏体钢沿晶析出碳化物脆化，还有475 ℃脆性和相脆化，
奥氏体钢的焊接工艺特点
导热系数小而线膨胀系数大，焊接后易产生较大变形，应采用能量集 中的焊接方法。 采用同质填充金属，为避免Cr的碳化物沉淀，一般不预热并保证层间 温度低于250℃，加快焊接接头的冷却。 焊接材料的选择保证抗晶间腐蚀和抗热裂。 电阻率大，导热系数小，奥氏体钢焊丝的熔化系数比结构钢大。 导热系数小，在同样的焊接参数下可获得较大熔深。为防止过热，可 采用比普通低合金钢电流小10～20％。 奥氏体钢焊丝易与铜导电嘴发生磨擦，磨损。 保证焊缝成分稳定，保证稳定的熔合比。
奥氏体不锈钢的焊接
奥氏体不锈钢晶间腐蚀问题
(一) 晶间腐蚀的形成条件及机理 晶间腐蚀和钢的成分(碳和碳化物形成元素)有关，还与加热条件有关。 ①碳显著增大晶间腐蚀敏感性，钢中含有强碳化物形成元素Ti、Nb时，碳 的有害作用会降低。 “贫铬理论”：碳与Cr形成碳化物导致近晶界的晶粒表面严重缺Cr，产生 明显腐蚀，即晶间腐蚀。Ti、Nb可优先与碳结合而防止碳与Cr结合， 从而避免Cr缺少。超低碳有利于防止晶间腐蚀。 ②加热温度低or加热时间短，不利于形成铬的碳化物，不致产生缺Cr；加 热温度较高，Cr扩散增加，不致形成贫铬，在450～850℃间短时加热促 使晶间腐蚀倾向（敏化处理）。在850～900℃短时加热可消除晶间腐蚀 倾向（稳定化处理）。
第九章耐热钢、不锈钢的焊接
第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
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第3节 奥氏体不锈钢的焊接
一、奥氏体不锈钢的分类和特性
含18%Cr和9%Ni，称为18-8钢。 加入Ti、Nb消除晶间腐蚀；加入Mo、Cu提高耐酸腐蚀能
力。
奥氏体钢不能用淬火强化，可通过形变强化。
奥氏体钢固溶处理得到单相奥氏体组织，再加热到400～ 800℃容易沿晶界析出Cr23C6（敏化处理）。
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第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
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第1节 耐热钢、不锈钢概述
不锈钢腐蚀失效形式 均匀腐蚀（表面腐蚀） 局部腐蚀 晶间腐蚀 点腐蚀及缝隙腐蚀 应力腐蚀开裂
晶间腐蚀产生的原因：碳化铬的析出 相的析出 晶界吸附 稳定化元素高温溶解
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第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
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第1节 耐热钢、不锈钢概述
晶界析出。 避免措施：限制焊缝中δ相；采用较小的线能量；固溶处理。
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第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
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第3节 奥氏体不锈钢的焊接
三、奥氏体钢的焊接工艺
1、焊接方法 焊条电弧焊
为提高抗热裂能力，宜选择碱性药皮焊条。
钨极氩弧焊
热输入小，适宜薄板和薄壁管件的奥氏体钢焊接。
熔化极氩弧焊
3、预热和焊后热处理 预热是防止冷裂纹和再热裂纹
的有效措施之一。 预热温度根据碳当量、接头拘
束度和焊缝金属的扩散氢含 量决定。
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第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
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第2节 珠光体耐热钢的焊接
焊后热处理不仅消除焊接残余应力，更重要的是改善组织。 珠光体耐热钢一般采用高温回火处理。
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铁素体系不锈耐热钢的焊接
一、铁素体系不锈耐热钢介绍1、铁素体系不锈耐热钢概述不锈钢(stainless steel)和耐热钢（heat-resistins steel）均属特殊性能钢，它们在电力、化工、石油行业有着广泛的用途。
不锈钢是以不锈、耐蚀性为主要特性，且铬含量至少为10.5％，碳含量最大不超过1.2％的钢；耐热钢是指在高温下具有良好的化学稳定性或较高强度的钢[1]。
铁素体型不锈钢是含有足够的铬或铬加一些铁素体形成元素（如铝、钼、钛）的Fe-Cr-C三元合金，其中奥氏体形成元素，如碳和镍的含量比较低。
该类钢与奥氏体型不锈钢一样，加热过程中不会发生相变，也不能热处理强化，其力学性能、耐腐蚀性能和焊接性均不如奥氏体型不锈钢。
但其制造成本较低，抗氧化性较好，且具有较好的耐应力腐蚀性能。
主要用于电力、化工、石油等行业制造耐氧化、耐腐蚀的设备，以及汽车工业和家用电器工业等。
金属的腐蚀形式有化学腐蚀和电化学腐蚀两种，前者是金属直接与周围介质发生化学反应，后者是金属在电解质溶液介质中由于本身各部分微区成分和电极电位的差异而产生不同区域的电位差，形成腐蚀原电池而引起的腐蚀。
钢中的阳极区是组织中化学性较活泼的区域，例如晶界、塑性变形区、温度较高的区域等，相对应的晶内、未塑性变形区、温度较低的区域则为阴极区。
显然钢的组织和化学成分不均匀会形成原电池，钢的电化学腐蚀也就是由于电化学不均匀性引起的。
例如钢中碳化物、硫化物、夹杂物等第二相和基体，晶内和晶界都会产生电极电位差；变形和应力的不均匀分布也会造成各部分之间产生电极电位差。
微阴极和微阳极电极电位差越大，阳极电流密度越大，钢的腐蚀速度越大。
提高钢的耐腐蚀性的方法很多，如常见的表面处理（镀金属、涂油漆等非金属层、电化学保护），改变腐蚀环境和介质等。
但在高温高压和强腐蚀性介质中工作的钢，最根本的办法是利用合金化原理，即在钢中加入Cr、Ni、Si等能提高金属电极电位的元素，减少微电池数目。
不锈钢及耐热钢的焊接
(5) 应力腐蚀 也称应力腐蚀开裂（Stress Corrosion Байду номын сангаасracking，简称SCC），是指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。不锈钢的应力腐蚀大部分是由氯引起 的。高浓度苛性碱、硫酸水溶液等也会引起应力 腐蚀。
3．不锈钢及耐热钢的高温性能 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)高温性能 不锈钢表面形成的钝化膜不仅 具有抗氧化和耐腐蚀的性能，而且还可提 高使用温度。
(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，缝隙中溶液流动将发生迟 滞现象，以至溶液局部Cl－浓化，形成浓 差电池，从而导致缝隙中不锈钢钝化膜 吸附Cl－而被局部破坏的现象称为缝隙腐 蚀
(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。
2.2 奥氏体不锈钢焊接性分析 奥氏体钢的焊接性问题主要有：热裂纹、接 头耐蚀性、脆化 1．奥氏体不锈钢焊接接头的耐蚀性 (1) 晶间腐蚀 18-8钢焊接接头有三个部位能 出现晶间腐蚀现象，如图4-3所示。
图4-3 18-8钢焊接接头晶间腐蚀现象
1) 焊缝区晶间腐蚀
根据贫铬理论，为防止焊缝发生晶间腐蚀： 一是通过焊接材料，使焊缝金属或者成为超低碳情况，或者 含有足够的稳定化元素Nb（因Ti不易过渡到焊缝中而不采用 Ti），一般希望wNb≥8wC或wNb≈1％；二是调整焊缝成分以获 得一定数量的铁素体（δ ）相。
(3) 高温脆化问题 耐热钢在热加工或长期工 作中，可能产生脆化现象。除了Cr13钢在 550℃附近的回火脆性、高铬铁素体钢的晶 粒长大脆化，以及奥氏体钢沿晶界析出碳 化物所造成的脆化之外，值得注意的还有 475℃脆性和σ相脆化。
304与耐热钢焊接知识
不锈钢管简介不锈钢钢管是一种中空的长条圆形钢材，主要广泛用于石油、化工、医疗、食品、轻工、机械仪表等工业输送管道以及机械结构部件等。
另外，在折弯、抗扭强度相同时，重量较轻，所以也广泛用于制造机械零件和工程结构。
也常用作生产各种常规武器、枪管、炮弹等。
此类钢管按照分类：可以分为不锈钢无缝钢管和不锈钢焊接钢管（有缝管）两大类，按照制造工艺的不同可以分为：热轧、挤压、冷拔和冷轧这几种基本类型，按断面形状又可分为圆管和异形管，广泛应用的是圆形钢管，但也有一些方形、矩形、半圆形、六角形、等边三角形、八角形等异形不锈钢钢管。
对于承受流体压力的钢管都要进行液压试验来检验其耐压能力和质量，在规定的压力下不发生泄漏、浸湿或膨胀为合格，有些钢管还要根据标准或需方要求进行卷边试验、扩口试验、压扁试验。
无缝不锈钢管也称不锈钢无缝管,是用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管，然后经热轧、冷轧或冷拨制成。
无缝钢管的规格用外径壁厚毫米数表示。
304不锈钢管全称SUS304不锈钢管SUS304不锈钢管属于美国牌号材质的不锈钢管，国内牌号相当于0Cr19Ni9不锈钢管，通常用 0Cr18Ni9替代。
不锈钢防锈的机理是合金元素形成致密氧化膜，隔绝氧接触，阻止继续氧化。
所以不锈钢并不是“不锈”。
304材料出现生锈现象，可能有以下几个原因：1.使用环境中存在氯离子。
氯离子广泛存在，比如食盐、汗迹、海水、海风、土壤等等。
不锈钢在氯离子存在下的环境中，腐蚀很快，甚至超过普通的低碳钢。
所以对不锈钢的使用环境有要求，而且需要经常擦拭，除去灰尘，保持清洁干燥。
316和317不锈钢（317不锈钢的性能见后）是含钼不锈钢种。
317不锈钢中的钼含量略高明于316不锈钢.由于钢中钼，该钢种总的性能优于310和304不锈钢，高温条件下，当硫酸的浓度低于15％和高于85％时，316不锈钢具有广泛的用途。
316不锈钢还具有良好的耐氯化物侵蚀的性能，所以通常用于海洋环境。
不锈钢耐热钢的焊接
沉淀硬化钢 经时效强化处理，形成析出硬化相的高强 钢 ——高强度不锈钢（Precipitation hardening Stainless Steels）。
马氏体沉淀硬化钢：0Cr17Ni4Cu4Nb（17-4HP）
半奥氏体（A+M）沉淀硬化钢：0Cr17Ni7Al （17-7HP）
铁素体-奥氏体双相钢 铁素体δ占60～40%，奥氏体γ占40～60%，称为 双相不锈钢（Duplex stainless steal）。具有极 其优异的抗腐蚀性能。
刀口腐蚀（Knife-line corrosion） 在熔合区产生的晶间腐蚀，有如刀削切口形式，称为 刀口腐蚀。腐蚀区宽度初期不超过3～5个晶粒，逐步 扩展到1.0～1.5mm。 刀口腐蚀只发生在含Nb或Ti的18-8钢的熔合区。
刀口腐蚀产生的条件：
① 母材含Nb、Ti等碳化物稳定 元素； ② 高温过热和中温敏化相继作用。
热强钢 在高温下既有抗氧化能力，又要具有一定的 高温强度，工作温度600～800℃。 Cr-Ni钢：1Cr18Ni9Ti、1Cr16Ni25Mo6、 4Cr25Ni20、 4Cr25Ni34 高Cr钢：以12Cr为基的多元合金 1Cr12MoWV
按组织分类
奥氏体钢
以Cr18Ni8为代表的系列简称18-8钢 0Cr19Ni9、
3 不锈钢、耐热钢焊接
3.1 不锈钢、耐热钢的类型和特性
3.1.1 不锈钢及耐热钢类型
不锈钢定义： 在无污染的大气环境中不生锈的钢——原义型 在无污染的大气环境中不生锈的钢及能耐酸腐蚀的耐 酸钢的统称——习惯型（目前普遍接受的定义） 耐蚀钢和耐热钢的统称——广义型 不锈钢国家标准 GB4237-84 耐热钢国家标准 GB4238-84
耐热钢的焊接
属逐渐软化而产生蠕变。显然，其过程与温度、时间有关。
耐热钢
• 提高材料高温强度的方法
①提高再结晶温度
在钢中加入铬、钼、钨、锰、铌等元素，可提高作为
钢集体的固溶体的原子间结合力，使原子扩散困难，并能
延缓再结晶过程的进行。其中以钨、钼作用最强。非碳化
物形成元素钴、镍、硅也有提高再结晶温度的作用。具有
高温强度也较铁素体为高。
耐热钢
• 热强钢
金属在高温下的强度有两个特点：一是温度升高，金属原子间结合
力减弱、强度下降；二是在再结晶温度上即使金属受的应力不超过该 温度下的弹性极限，它也会缓慢地发生塑性变形，且变形量随时间的 增长而增大，最后导致金属破坏。这种现象称为蠕变。产生蠕变的原 因是：在高温下金属原子扩散能力增大，使那些在低温下起强化作用 的因素逐渐减弱或消失。例如，可促使回复与再结晶，使加工硬化效 果减弱或消失；促使过饱和固溶体（如马氏体）发生分解及弥散的硬 化质点聚集，使淬火硬化效果减弱或消失等。所有这些过程都导致金
耐热钢
②利用析出碳化物相而产生强化 在钢中加入钛、铌、钒、钨、钼、铬等元素，可形成稳 定而又弥散分布的碳化物，他们在较高温度下，也不易聚 集长大，因而能起到阻碍位错移动，提高高温强度的作用 （3）采用较粗晶粒的钢，因高温下晶界的强度比晶粒内部 强度底（这与室温时情况正好相反），因此，粗晶粒钢的 高温强度 细晶粒钢好。此外，在热处理上采取适当措施， 使钢组织在工作温度下，能长期保持稳定，不致因组织转 变产生软化或脆化。如耐热钢回火温度都比工作温度高 100℃左右，以增加工作时的组织稳定性。热强钢采用合 金元素，如铬、镍、钼、钨、硅等，除具有提高高温强度 的作用外，还可提高高温抗氧化性。常用的热强钢按正火 状态下组织不同，大致可分为珠光体钢、马氏体钢、奥氏 体钢三类。常用的热强钢表示方法与不锈钢相同。
耐热钢和不锈钢的焊接
第一节 耐热钢和不锈钢的特性
同类组织状态的钢，物理性能基本相同；若合金元素
1
含量越大，热导率将越小，膨胀系数和电阻率将越大
不锈钢和耐热钢的物理性能与低碳钢相差较大。铁素
2
体钢和马氏体钢的线膨胀系数与低碳钢接近，而热导 率仅为碳钢的一半
• 奥氏体钢的线膨胀系数比低碳钢大一半，而热导率只
3。
有碳钢的三分之一
由于高温下原子的扩散能力增强，晶界 强度降低，使材料在远低于屈服强度时 产生塑性变形，导致断裂。故耐热钢在 高温下应具有足够的强度
第一节 耐热钢和不锈钢的特性
焊缝的物理性 能如热膨胀系 数、导热率等 应与母材基本 相同，否则易 出现应力导致 接头开裂
高温时的强度应与母材相当
1 焊接接头应具
耐热钢焊
第一节 耐热钢和不锈钢的特性
耐热钢应具有良好的高温化学稳定性和高温力学性能
• 高温时能在材料表面形成一层坚固的
保护膜以防止氧化
高温化学稳定性 高温力学性能
• 措施：加入抗氧化的合金元素如Cr、 Al、Si等。Cr是耐热钢中主要的抗氧 化性元素，当含Cr量达到28%时，耐 热钢可在1100℃的温度下使用
第二节
第二节 珠光体耐热钢的焊接
珠光体耐热钢
以Cr、Mo为主要合 金元素的低、中合金
钢 中 的 Cr 含 量 一 般 为钢0.5-5% ， Mo 含 量 一 般 为
0.5-1%，且随着使用温度的升高，常还需加入V、
W、Nb、B等强化元素，但合金元素总量一般小
于5%。当合金含量较高时，钢中常会出现贝氏
体组织，称为贝氏体钢
珠光体耐热钢供货状态一般为正火+回火，常用 于石油化工及动力设备等600℃以下的工作环境， 其热强性和抗氧化性好，并有一定的抗硫和耐氢 腐蚀的能力
耐热钢-不锈钢复合钢板容器的焊接
耐热钢-不锈钢复合钢板容器的焊接摘要：通过对耐热钢-不锈钢复合钢板的焊接工艺试验及焊接工艺评定，确定了合理的焊接工艺及热处理工艺，并成功运用4台复合钢板换热器的焊接制造中，取得了良好效果，不仅保证了产品的各项力学性能及不锈钢复层的耐蚀性能达到指标，还为同类产品的焊接积累了宝贵的经验。
关键词：复合钢板；耐蚀性；焊接工艺；评定耐热钢不锈钢复合钢容器的焊接，通过大量焊接工艺试验，选择了最佳焊接坡口、焊接方法、焊接工艺参数及热处理工艺，通过了焊接工艺评定，顺利完成了产品的制造任务，该批设备自投用以来，运行良好。
1.焊接制造难点一、基层材质为15CoMoR珠光体耐热钢，有一定的淬硬倾向，故基层及过渡层焊前必须预热，焊后需做消氢处理。
而本产品直径较大，焊前均匀预热及维持道间温度有一定的困难，冷却速度较快，并在扩散氢及焊接残余应力作用下，焊缝易产生冷裂纹。
二、采用常规的焊接坡口易造成因界限不清而使基层焊缝熔入不锈钢复合层中，仅靠砂轮机打磨往往不彻底，不能直观地反映是否清除，从而影响复层焊缝的耐蚀性能，并有导致复层焊缝开裂可能；而采用台阶形的坡口形式虽能很好地解决这一问题，但对大型板料加工起来较为困难，往往因坡口尺寸不到位而产生焊接缺陷。
三、焊接不锈钢复合层时，由于不锈钢与耐热钢的导热系数及线膨胀系数差异较大，因而焊接时存在着较大的应力，在焊接及热处理多次热循环过程中，有可能造成复合层结合部位局部开裂。
四、复合钢板的坡口组对要求严格，由于受现场施工条件的限制，局部错边量及棱角度往往难以控制，这将直接影响不锈钢耐蚀层的焊接质量。
2.焊接试验2.1 焊接性分析15CoMoR+321复合钢板的基层材质十一铬钼为基的低合金珠光体耐热钢，根据国际焊接学会推荐的碳当量计算公式得出该钢材的碳当量为0.55%，故有一定的淬硬倾向，焊接过程中要有严格的防止冷裂纹的工艺措施，特别是钢板卷制成型后，存在着一定的内应力，若冷却速度较快，其接头的冷裂倾向会更严重。
耐热钢焊接
720~760
720~760 740~780 740~780
如果焊后不能立即进行热处理时，则增加消氧处理措施，温度300～400℃， 保温时间视壁厚而定。
珠光体耐热钢焊接工艺要点
焊接注意事项
焊接这类钢必须严格预热、焊后缓冷措施。
一般焊后立即用棉布覆盖焊缝及近缝区，小 的焊件可按臵于棉布中缓冷。 焊接时一次焊完，最好不要中断。如需中间 暂停，应采取后热措施，使已焊部分缓冷。 厚板宜采用多层焊，层间温度不低于预热温 度。
常用珠光体耐热钢及其化学成分（%）
常用珠光体耐热钢的常温机械性能
马氏体耐热钢
若钢中加入的合金元素能使等温转变曲线向右移动，使钢 在奥氏体状态下空冷到室温时，避免550℃左右的珠光体转 变，而马氏体转变温度（Ms）以下转变成马氏体，这种类 型的耐热钢称为马氏体耐热钢。如Cr13系列马氏体耐热钢 。 这类刚在650℃左右时具有较好的抗氧化性，600℃以下具 有一定的热强性，而且具有较大的淬硬倾向，焊接性能较 差。 在火电热力设备中应用的还有一种马氏体+铁素体类耐热钢， 如Cr12WMoV和Cr11MoV等，它们正火后的组织为马氏体+铁 素体。这类钢中由于加入了部分强化合金元素，因此，热 强性比1Cr13耐热钢高，而且还具有较好的组织稳定性、小 的线胀系数和减震性，对回火脆性不敏感，工艺性能也比 较好。
耐热钢的焊接
李军
主要内容
耐热钢的定义、种类和性能 珠光体耐热钢的焊接
马氏体耐热钢的焊接
铁素体耐热钢的焊接
奥氏体耐热不锈钢的焊接
耐热钢的定义和分类
耐热钢是指钢在高温条件下既具有热稳定性，又具有 热强性的钢材。 热稳定性是指钢材在高温条件下能保持化学稳定性 (耐腐蚀、不氧化)。 热强性是指钢材在高温条件下具有足够的强度。 钢材的耐热性能主要是通过合金元素来保证的。最常 用的合金化元素有铬、钼、钨、钒、钛、铌、硼、硅 和稀土等元素。钢中加入的合金元素的种类和数量不 同，钢的组织状态和耐热性能就不一样。 根据小截面试样正火后的金相组织，耐热钢可分为： 珠光体耐热钢、奥氏体耐热钢、铁素体耐热钢和马氏 体耐热钢。
不锈钢和耐热钢的焊接
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您知道吗？（续）
5、改变介质成分和结构形式是防止缝隙腐 蚀的重要措施。
6、应力腐蚀的最大特点之一是腐蚀介质与 材料的组合上有选择性。 7、一般条件下纯金属不产生应力腐蚀，应 力腐蚀均发生在合金中。在晶界上的合金 元素是引起合金晶间型开裂的应力腐蚀的 重要原因。
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第二节 奥氏体、双相不锈钢焊接
一、奥氏体不锈钢的焊接性 奥氏体不锈钢焊接时存在的主要问题是： 焊缝及热影响区热裂纹敏感性大； 接头产生碳化铬沉淀析出，耐蚀性下降； 接头中铁素体含量高时，可能出现 475℃脆化或 σ相脆化。 1、焊接热裂纹： 1）奥氏体不锈钢具有较大的热裂纹敏感性，主 要取决于钢的化学成分、组织与性能的特点。 2）奥氏体不锈钢的焊接热裂纹倾向比低碳钢大 得多，尤其是高镍奥氏体不锈钢。
3．高温脆化问题： (1)Cr13在550℃附近的回火脆性 (2)高铬铁素体钢的晶粒长大脆化 (3)奥氏体钢沿晶界析出碳化物所造成的脆化 (4)475 ℃脆性和σ相脆化
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关于475℃脆性
1、名词解释：
475 ℃脆性是指铁素体钢在 w(Cr)≥15.5％，并在 温度400~500℃长期加热后，常常出现强度升高 而韧性下降的现象。 （1）一般随铬含量的增加而脆化倾向严重。 （2）铁素体钢焊接接头在焊接热循环的作用下， 不可避免地经过该温度区间，特别当焊缝金属 和热影响区在此温度区停留时间较长时，均有 产生475℃脆性的可能。
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(三)按组织分类 按空冷后室温组织来分类，是最古老、 又是至今应用最广的最基本的分类方法。 (1)奥氏体钢：它是应用最广的一类，以高Cr、Ni钢最为典 型。供货状态多为固溶处理态。 2)铁素体钢含 Cr为l7％～30％的高cr钢属此。主要用作耐 热钢(抗氧化钢)，也用作耐蚀钢，如1Crl7、1Cr25Si2。铁素 体钢以退火状态供货。 (3)马氏体钢Cr13系列最为典型，常用做不锈钢。须根据要 求规定供货状态，或者是退火态，或者是淬火回火态。 (4)沉淀硬化钢均为经时效强化处理以形成析出硬化相的高 强钢，主要用做高强度不锈钢。
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的有效措施之一。 预热温度根据碳当量、接头拘
束度和焊缝金属的扩散氢含 量决定。
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第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
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第2节 珠光体耐热钢的焊接
焊后热处理不仅消除焊接残余应力，更重要的是改善组织。 珠光体耐热钢一般采用高温回火处理。
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第九章耐热钢、不锈钢的焊接
精品jin
第8章 合金结构钢和铸铁的焊接
主要内容 介绍耐热钢和不锈钢的特性、分类、焊接性及 其焊接工艺特点。
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第十章 合金结构钢及铸铁的焊接
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第1节 耐热钢、不锈钢概述
耐热钢及不锈钢的主要成分为Cr和Ni。
一、耐热钢分类及特性
在高温下工作，具有一定强度和抗氧化性、耐蚀能力的铁 基合金。 耐热钢的分类 ➢按特性分类：热稳定钢，热强钢 ➢按合金元素含量分：低合金～、中合金～、高合金～。 ➢按 正 火 后 组 织 ： 珠 光 体 ～ 、 马 氏 体 ～ 、 铁 素 体 ～ 和 奥 氏 体～。
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第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
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第1节 耐热钢、不锈钢概述
不锈钢腐蚀失效形式 均匀腐蚀（表面腐蚀） 局部腐蚀 晶间腐蚀 点腐蚀及缝隙腐蚀 应力腐蚀开裂
晶间腐蚀产生的原因：碳化铬的析出 相的析出 晶界吸附 稳定化元素高温溶解
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第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
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第1节 耐热钢、不锈钢概述
第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
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第3节 奥氏体不锈钢的焊接
一、奥氏体不锈钢的分类和特性
含18%Cr和9%Ni，称为18-8钢。 加入Ti、Nb消除晶间腐蚀；加入Mo、Cu提高耐酸腐蚀能
力。
奥氏体钢不能用淬火强化，可通过形变强化。
奥氏体钢固溶处理得到单相奥氏体组织，再加热到400～ 800℃容易沿晶界析出Cr23C6（敏化处理）。
X 不应超过20。 母材J指数：J=（Mn+Si）×（P+Sn）×104（%）
超过150，具有明显的回火脆性。
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第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
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第2节 珠光体耐热钢的焊接
三、珠光体耐热钢的焊接工艺
1、焊接方法
焊条电弧焊：低氢型碱性焊条；
埋弧焊：用于厚壁件，特种厚壁容器要求采用抗回火脆性的 高纯度焊丝及烧结焊剂。
三、不锈钢、耐热钢的物理性能
热导率、热膨胀系数、电阻率等对焊接性影响显著。 合金元素含量越多，热导率越小，膨胀系数和电阻率越
大。
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第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
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第2节 珠光体耐热钢的焊接
珠光体耐热钢是一种以 Cr（质量分数0.5%～5%）、Mo （0.5%或1%）为主要合金元素的低、中合金钢。
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第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
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第2节 珠光体耐热钢的焊接
二、珠光体耐热钢的焊接性
主要焊接问题：焊缝及HAZ的冷裂纹敏感性、过热区再热 裂纹敏感性、回火脆性。
1、冷裂纹 Cr、Mo提高钢的淬硬性。
氩弧焊
2021/1/24 2.25Cr1Mo钢CCT图第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
耐蚀性是不锈钢性能的基本要求。
腐蚀形式有化学腐蚀和电化学腐蚀，更多的表现为电 化学腐蚀。
加入Cr形成Fe-Cr固溶体，电极电位显著提高从而提高 耐蚀性。
加入Ni、Mn、Cu获得单相固溶体组织，减少微电池数 目提高耐蚀性。
加入Cr、Si、Al、Mo使钢的表面形成结构致密、不溶 于腐蚀介质、电阻又高的保护膜。
二、不锈钢分类及特性
在大气或一定介质中具有耐蚀性的钢的统称。
（一）不锈钢的分类
按室温下基体组织分：奥氏体～（高铬镍钢、高铬锰氮钢， 如18-8 ）、铁素体～和马氏体～（高铬钢）、铁素体-奥氏 体双相～
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第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
6Leabharlann 第1节 耐热钢、不锈钢概述
（二）不锈钢的耐蚀性能
往往还加入V、W、Nb、B等元素（总含量小于5%）。 合金元素偏高的组织会出现较多贝氏体组织。
一、珠光体耐热钢的分类
Mo钢：0.5%的Mo主要作用是固溶强化，提高热强性。 Cr-Mo钢：铬溶入Fe3C使碳化物热稳定性提高。 Cr-Mo-V等：固溶强化+V、Ti、B时效强化、晶界强化。 供货状态一般为正火+回火。
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第十章 合金结构钢及铸铁的焊接
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第1节 耐热钢、不锈钢概述
耐热钢的特性 ➢ 高温化学稳定性/抗氧化性：Cr、Al、Si等能在钢材表面
形成坚固保护膜，可提高钢的抗氧化性；Mo、B、V等生 成氧化物熔点较低，对抗氧化性不利。 ➢ 高温力学性能/热强性：Mo、W固溶强化；沉淀强化（提 高碳含量，同时加入强碳化物形成元素Nb、V等）
奥氏体钢稳定化处理让钢中的碳与Ti或Nb形成稳定的TiC 或NbC，而不形成Cr23C6。
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第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
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第3节 奥氏体不锈钢的焊接
二、奥氏体不锈钢的焊接性
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第2节 珠光体耐热钢的焊接
2、再热裂纹 珠光体耐热钢中含有V、Nb、Ti、Cr、Mo等强碳化物形
成元素，粗晶部位容易出现再热裂纹。
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第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
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第2节 珠光体耐热钢的焊接
3、回火脆性 Cr-Mo钢及其焊接接头在370～565℃长期运行过程中会发
生渐进的脆变现象，称为回火脆性或长时脆性。 产生原因：P、As、Sb和Sn等沿晶界扩散偏析。 焊缝脆性指数：X =（10P+5Sb+4Sn+As）/100（×10-6）
TIG焊：低氢，可采用抗回火脆性能力的低硅焊丝，用于打 底焊或小直径薄壁管焊接；
MIG焊：细焊丝低电流短路过渡，用于薄板焊接或打底焊，
粗焊丝喷射过渡，用于厚壁接头焊接；
电渣焊：接头经正火处理以细化晶粒。
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第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
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第2节 珠光体耐热钢的焊接
2、焊接材料的选择：与母材一 致
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第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
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第1节 耐热钢、不锈钢概述
耐热钢焊接接头性能的特殊要求 ➢ 接头的热强性与母材相当 ➢ 接头的抗氧化性基本相同 ➢ 接头的组织稳定性 ➢ 接头的热物理性能与母材基本相同
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第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
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第1节 耐热钢、不锈钢概述