常用金属材料的焊接(不锈钢)

常用金属材料的焊接(不锈钢)

24 试述耐候钢及耐海水腐蚀用钢的焊接工艺。

铜、磷能显著地降低钢的腐蚀速度，这是耐候钢及耐海水腐蚀用钢的主要合金元素，常用耐候钢及耐海水腐蚀用钢有：16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、09Mn2Cu、16MnCu、09MnCuPTi、08MnPRE、10MnPNbRE钢等。

铜、磷耐蚀钢对焊接热循环不敏感，焊接热影响区的最高硬度不超过350HV。虽然钢中含有Cu、P等元素，但其含量均不高，通常铜的质量分数控制在0.2%～0.4%，不会促使产生热裂纹。含磷钢中碳、磷的质量分数都在0.25%以下，因而钢的冷脆倾向也不大，所以焊接性良好，焊接工艺与强度级别较低（σs为343～392MPa）的普通热轧钢相同。

焊接耐候及耐海水腐蚀用钢的焊条，见表17。埋弧焊时，采用H08MnA、H10Mn2焊丝配合HJ431焊剂。

表17 焊接耐候及耐海水腐蚀用钢的焊条

牌号型号主要用途

J422CrCu E4303 焊接12CrMoCu

J502CuP 焊接10MnPNbRE、08MnP、09MnCuPTi

J502NiCu

E5003-G 焊接耐候铁道车辆09MnCuPTi

J502WCr

J502CrNiCu E5003-G 焊接耐候近海工程结构

J506WCu E5016-G 焊接耐候用钢09MnCuPTi

J506NiCu E5016-G 焊接耐候用钢

J507NiCu E5015-G 焊接耐候用钢

J507CrNi E5015-G 焊接耐海水腐蚀用钢的海洋重要结构

25 什么是不锈钢的晶闸腐蚀？

不锈钢在腐蚀介质作用下，在晶粒之间产生的一种腐蚀现象称为晶闸腐蚀。产生晶闸腐蚀的不锈钢，当受到应力作用时，即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失，这是不锈钢的一种最危险的破坏形式。晶闸腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区、焊缝或熔合线上，在熔合线上产生的晶间腐蚀又称刀状腐蚀，见图2。

不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数必须大于12%。当温度升高时，碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬的扩散速度。因为室温时碳在奥氏体中的熔解度很小，约为0.02%～0.03%，而一般奥氏体不锈钢中的含碳量均超过此值，故多余的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬化合，在晶间形成碳化铬的化合物，如（CrFe）23C8等。但是由于铬的扩散速度较小，来不及向晶界扩散，所以在晶间所形成的碳化铬所需的铬主要不是来自奥氏体晶粒内部，而是来自晶界附近，结果就使晶界附近的含铬量大为减少，当晶界的铬的质量分数低到小于12%时，就形成所谓的“贫铬区”，在腐蚀介质作用下，贫铬区就会失去耐腐蚀能力，而产生晶间腐蚀。

26 什么是不锈钢产生晶间腐蚀的“危险温度区”（敏化温度区）？

不锈钢产生晶间腐蚀与钢的加热温度和加热时间有关。1Cr18Ni9Ti不锈钢的晶间腐蚀与加热温度和加热时间的关系，见图3。从图中可看出，当加热温度小于左面50℃或大于850℃时，不会产生晶间腐蚀。因为温度小于450℃时，由于温度较低，不会形成碳化铬化合物；而当温度超过850℃时，晶粒内的铬扩散能力增强，有足够的铬扩散至晶界和碳结合，不会在晶界形成贫铬区。所以产生晶间腐蚀的加热温度为450～850℃，这个温度区间就称为产生晶间腐蚀的“危险温度区”或称“敏化温度区”，其中尤以650℃为最危险。焊接时，焊缝两侧热影响区中处于危险温度区的地带最易发生晶间腐蚀，即使是焊缝由于在冷却过程中

其温度也要穿过危险温度区，所以也会产生晶间腐蚀。

焊接接头在危险温度区停留的时间越短，接头的耐晶间腐蚀能力越强，所以不锈钢焊接时，快速冷却是提高接头耐腐蚀能力的有效措施。由于奥氏体不锈钢冷却过程中没有马氏体的转变过程，所以快速冷却不会使接头淬硬。

27 不锈钢焊接时，为什么要控制焊缝中的含碳量？

随着不锈钢中含碳量的增加，在晶界生成的碳化铬随之增多，使得在晶界形成贫铬区的机会增多，在腐蚀介质中产生晶间腐蚀的倾向就会增加。因此不锈钢焊接时，为提高接头的耐腐蚀能力，必需控制焊缝中的含碳量，采取的措施是：

⑴采用超低碳不锈钢及其焊接材料奥氏体不锈钢根据含碳量的不同，可分成三个等级：即一般含碳量级，碳的质量分数为≤0.14%；低碳级的为≤0.06%；超低碳级的为≤0.03。因为室温时，奥氏体中能溶解的最大碳的质量分数为0.02%～0.03%，所以超低碳奥氏体不锈钢原则上就不会产生晶间腐蚀。属于超低碳奥氏体不锈钢的钢号有00Cr19Ni11、

00Cr17Ni14Mo2、00Cr17Ni14Mo2Cu2等。焊接这类钢时，应采取超低碳不锈钢焊丝，如H00Cr19Ni9焊丝。

⑵在母材或焊接材料中添加稳定剂在钢材和焊接材料中加入Ti、Nb等与碳的结合能力比铬更强的元素，能够与碳结合成稳定的碳化物，可以避免在奥氏体晶界形成贫铬区。所以，常用奥氏体不锈钢及焊执着材料中都含有Ti或NbNb元素，如1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni11Nb 和H1Cr19Ni10Nb钢等。

⑶进行固溶处理焊后将焊接接头加热到1050～1100℃，此时碳又重新溶入奥氏体中，然后急速冷却，便得到了稳定的奥氏体组织，这种工艺处理称为固溶处理。固溶处理的缺点是，如果焊接接头需要在危险温度区工作，则仍不可避免地会形成贫铬区。

⑷进行均匀化处理将焊接接头加热至850～900℃，保温2h，使奥氏体晶粒内部的铬有充分时间扩散至晶界，使晶界处铬的质量分数又恢复到大于12%，贫铬区得以消失。

28 什么是不锈钢的应力腐蚀？如何防止应力腐蚀？

盛装腐蚀介质的容器，在拉伸应力的作用下所产生的腐蚀现象称为应力腐蚀。引起应力腐蚀的拉伸应力有焊接残余应力和工作应力两种，其中以焊接残余应力为主。

产生应力腐蚀的介质因素是溶液中CI-离子浓度和氧含量的共同含量。容易引起奥氏体不锈钢产生应力腐蚀的介质，见表18。奥氏体不锈钢制设备经常由冷却水、蒸汽、空气中的积水引起应力腐蚀断裂。

防止应力腐蚀的方法主要是消除焊接残余应力，常采用低温（低于300～350℃）或高温（高于850℃）退火处理。

表18 易引起奥氏体不锈钢应力腐蚀的介质

介质名称裂纹类型介质名称裂纹类型

硫酸铝

氯化铵

硝酸铵

氯化钡

氯化钙

氯化钴

氢乙烷

硅氟酸

氢氟酸

氯化氢

硝酸、盐酸、氢氟酸的混合酸溶液

氯化锂1T

1T

I

1T

1T

T

1T

T

1T

T

1T

1T

氯化镁

氯化汞

氯代甲烷（含水）

有机酸+氯化物

有机氯化物

氯化钾

氢氧化钾

铝酸钠

氢氧化钠

硫酸钠

硫酸溶液

亚硫酸溶液

氯化锌

T

1T

T

T

T

1T

T

1T

1T

1T

1T

1T

T

注：I——晶间裂纹；T——穿晶裂纹；1T——晶间裂纹及穿晶裂纹29 为什么18-8型奥氏体不锈钢中要求具有一定数量的铁素体组织？