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
2020/6/27 2.25Cr1Mo钢CCT图第九章 耐热钢钢、不锈钢的焊接
也可选用超低碳焊材(wC≤0.03％0C);r18采Ni用9钢焊热影缝响有区少敏化量区铁晶素间腐蚀 体组织的填充材料；焊接工艺上选用小的焊接热输入， 快速冷却等措施。对于有Cr23C6相析出的焊接接头，可 通过固溶处理(一般只适用于较小的工件)或稳定化处理 来消除。
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入和提高接头的冷却速度等措施，减少母材的过热和避免 近焊缝区晶粒的粗化 ，防止形成粗大的柱状晶。
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第3节 奥氏体不锈钢的焊接
2、耐蚀性
晶间腐蚀 ➢ 焊缝和HAZ敏化区晶间腐蚀：焊态下析出了Cr23C6相。 ➢ 防止方法：选用含Ti、Nb等稳定剂的奥氏体焊接材料，
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。
➢ 防止刀蚀主要的措施如下： 降低母材含碳量 采用合理的焊接工艺
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第3节 奥氏体不锈钢的焊接
应力腐蚀开裂(SCC)
SCC是在拉应力和腐蚀
介质同作用下发生的，
是奥氏体不锈钢非常敏 感且经常发生的腐蚀破坏形式。
应力腐蚀裂纹
奥氏体不锈钢由于导热性差、线膨胀系数大、屈服强度
以免出现脆化。 腐蚀介质下工作，熔敷金属含C量不要高于母材。腐蚀性
弱可选18-8型焊接材料；腐蚀性强要选含Ti或Nb等稳定化 元素或超低C焊接材料；耐酸腐蚀常选含Mo的焊接材料。
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第3节 奥氏体不锈钢的焊接
3、焊接工艺要点 焊前不预热。 防止接头过热。小电流，短弧快速焊，避免重复加热，
中厚板采用射流过渡；薄板采用短路过渡。
埋弧焊
热输入大、熔深大，注意焊缝中心区热裂纹和HAZ耐蚀
性。
等离子弧焊
2020C/6/O27 2保护焊不适合焊第接九章奥耐热氏钢钢体、不不锈钢锈的焊钢接。
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第3节 奥氏体不锈钢的焊接
2、焊接材料的选择 高温条件下工作，应考虑焊缝金属中铁素体含量的控制，
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2节 珠光体耐热钢的焊接
2、焊接材料的选择：与母材一 致
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。
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。
强制冷却焊缝(加铜垫板、喷水冷却)等。 焊前要保证工件表面完好无损。 奥氏体钢焊接后，原则上不进行热处理。只有焊接接头
产生了脆化或要进一步提高其耐蚀能力时，才根据需要选 择固溶处理、稳定化处理或消除应力处理。
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第3节 奥氏体不锈钢的焊接
刀状腐蚀
➢ 只发生在含有Ti、Nb等稳定化元素的奥氏体钢焊接接 头中。腐蚀部位沿熔合线发展，处于HAZ的过热区， 由于区域很窄，形状刀有状如腐蚀刀削切口。
➢ 高温过热和中温敏化是导致接头过热区产生刀蚀的重要 条件。刀蚀产生原因也与晶界碳化铬沉淀Cr2造3C成6、贫TiC铬的析层出有温度 关。
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3节 奥氏体不锈钢的焊接
二、奥氏体不锈钢的焊接性
主要问题：热裂纹、耐蚀性、脆化
1、热裂纹 ➢ 合金元素，尤其是镍易和硫、磷等杂质形成低熔点共晶
相。硼、硅等的偏析，也将促使产生热裂纹。 ➢ 奥氏体钢焊缝易形成方向性强的粗大柱状晶组织，有利于
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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）
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1节 耐热钢、不锈钢概述
（二）不锈钢的耐蚀性能
低，当焊接变形受到限制时，接头中必然会残留较大的
焊接拉伸应力，加速腐蚀介质的作用。
消除或降低焊接接头残余应力；焊后进行消除应力处理。
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第3节 奥氏体不锈钢的焊接
3、接头脆化 475℃脆性出现在含铁素体的奥氏体钢焊接接头中。 相脆化：脆硬的金属间化合物FeCr从δ相或相中产生，在
有害杂质元素的偏析，从而促使形成连续的晶间液膜，提 高了热裂纹敏感性。 ➢ 奥氏体钢的热导率小、线膨胀系数大，在焊接不均匀加热 时易形成较大的拉应力，进一步促进焊接热裂的产生。
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第3节 奥氏体不锈钢的焊接
防止措施 ➢ 严格控制有害杂质硫、磷的含量 ➢ 调整焊缝化学成分，使焊缝金属中出现双相组织。 ➢ 焊接工艺措施：尽量采用高能量密度的焊接方法、小热输
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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1节 耐热钢、不锈钢概述
第9章 耐热钢、不锈钢的焊接
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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