1、马氏体不锈钢及双相不锈钢的焊接马氏体不锈钢及双相不锈钢的焊接 3.马氏体钢的焊接工艺特点马氏体钢的焊接工艺特点 （1）焊接方法）焊接方法nSMAW、TIG、MIG、PC-MIG （2）焊接材料的选择焊接材料的选择n同质：焊缝成分与母材接近同质：焊缝成分与母材接近 Cr13系系M钢，应限制钢，应限制S+P0.015%、Si3.5%）、氮含量高（）、氮含量高（N=0.22%0.30%）的双相）的双相钢，主要有钢，主要有00Cr25Ni7Mo4N、00Cr25Ni7Mo3.5WcuN和和00Cr25Ni6.5Mo3.5CuN等。等。双相不锈钢的耐蚀性双相不锈钢的耐蚀性与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢具
2、有强度高，对晶间腐蚀不敏与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢具有强度高，对晶间腐蚀不敏感和较好的耐点腐蚀和耐缝隙腐蚀的能力，其中优良的耐应力腐感和较好的耐点腐蚀和耐缝隙腐蚀的能力，其中优良的耐应力腐蚀是开发这种钢的主要目的蚀是开发这种钢的主要目的 （1）耐应力腐蚀性能）耐应力腐蚀性能n 双相不锈钢的屈服强度比双相不锈钢的屈服强度比18-8钢高，即产生表面滑移所需的应钢高，即产生表面滑移所需的应力水平较高，在相同的腐蚀环境中，由于双相不锈钢表面膜因表面力水平较高，在相同的腐蚀环境中，由于双相不锈钢表面膜因表面滑移而破坏的应力较大，即应力腐蚀裂纹难以形成。滑移而破坏的应力较大，即应力腐蚀裂纹难以形成。n
3、 双相不锈钢一般含有较高双相不锈钢一般含有较高Cr、Mo元素，加入这些元素可延长孔元素，加入这些元素可延长孔蚀的孕育期，使不锈钢具有较好的耐点腐蚀性能，不会由于点腐蚀蚀的孕育期，使不锈钢具有较好的耐点腐蚀性能，不会由于点腐蚀而发展成为应力腐蚀；而而发展成为应力腐蚀；而18-8钢中不含钢中不含Mo或或Mo很少，很少，Cr含量也含量也不高，所以耐点腐蚀能力较差，由点腐蚀扩展成孔蚀，成为应力腐不高，所以耐点腐蚀能力较差，由点腐蚀扩展成孔蚀，成为应力腐蚀的起始点而导致应力腐蚀裂纹的延伸。蚀的起始点而导致应力腐蚀裂纹的延伸。n 双相不锈钢的两个相的腐蚀电极电位不同，裂纹在不同相中和双相不锈钢的两个相的腐
4、蚀电极电位不同，裂纹在不同相中和在相界的扩展机制不同，其中有对裂纹扩展起阻止作用的阶段，此在相界的扩展机制不同，其中有对裂纹扩展起阻止作用的阶段，此时应力腐蚀裂纹发展极慢。时应力腐蚀裂纹发展极慢。n 双相不锈钢中，第二相的存在对裂纹扩展起机械屏障作用，延双相不锈钢中，第二相的存在对裂纹扩展起机械屏障作用，延长了裂纹的扩展期。两个相的晶格取向差异，使扩展中的裂纹频繁长了裂纹的扩展期。两个相的晶格取向差异，使扩展中的裂纹频繁改变方向，从而大大延长了应力腐蚀裂纹的扩展期。改变方向，从而大大延长了应力腐蚀裂纹的扩展期。（2）耐晶间腐蚀性能）耐晶间腐蚀性能n双相不锈钢与奥氏体钢一样也会发生晶间腐蚀，与贫
5、铬有关，只是双相不锈钢与奥氏体钢一样也会发生晶间腐蚀，与贫铬有关，只是发生晶间腐蚀的情况不同。如发生晶间腐蚀的情况不同。如00Cr18Ni5Mo3Si2双相不锈钢在双相不锈钢在650850敏化加热处理不会出现晶间腐蚀。敏化加热处理不会出现晶间腐蚀。n当加热到当加热到12001400时，空冷时有轻微的晶间腐蚀倾向，这是时，空冷时有轻微的晶间腐蚀倾向，这是由于加热到由于加热到1200以上时，铁素体晶粒急剧长大，奥氏体数量随以上时，铁素体晶粒急剧长大，奥氏体数量随加热温度的升高而迅速减少。到加热温度的升高而迅速减少。到1300以上温度时，只有单一的以上温度时，只有单一的铁素体组织且为过热的粗大晶粒，
6、水冷后，粗大的铁素体晶粒被保铁素体组织且为过热的粗大晶粒，水冷后，粗大的铁素体晶粒被保留下来，在留下来，在-相界易析出铬的氮化物，如相界易析出铬的氮化物，如Cr2N等，在其周围形成等，在其周围形成贫铬层，导致晶间腐蚀。贫铬层，导致晶间腐蚀。（3）耐点蚀性能）耐点蚀性能n双相不锈钢含有双相不锈钢含有Cr、Mo、N等元素，明显地降低点蚀率，尤其等元素，明显地降低点蚀率，尤其N的的作用更为明显。增大焊接热输入，可提高作用更为明显。增大焊接热输入，可提高HAZ中的中的相数量，也有相数量，也有利于提高耐点蚀性能。利于提高耐点蚀性能。4.5.2 奥氏体奥氏体-铁素体双相不锈钢的焊接性分析铁素体双相不锈钢的
7、焊接性分析n与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢焊后具有较低的热裂与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢焊后具有较低的热裂倾向；与铁素体不锈钢相比，焊后具有较低的脆化倾向，倾向；与铁素体不锈钢相比，焊后具有较低的脆化倾向，且且HAZ粗化程度也较低，因而具有良好的焊接性。粗化程度也较低，因而具有良好的焊接性。n双相不锈钢中因有较大比例铁素体，而铁素体钢所固有双相不锈钢中因有较大比例铁素体，而铁素体钢所固有的脆化倾向，如的脆化倾向，如475脆性，脆性，相析出脆化和粗晶脆化依相析出脆化和粗晶脆化依然存在，只是因奥氏体的平衡作用有一定缓解。然存在，只是因奥氏体的平衡作用有一定缓解。n选用合适的焊材不会发生焊接热裂纹
8、和冷裂纹；选用合适的焊材不会发生焊接热裂纹和冷裂纹；n双相不锈钢焊接的特点是：无论焊缝或双相不锈钢焊接的特点是：无论焊缝或HAZ都有相变发都有相变发生。因此，关键是要使焊缝金属和生。因此，关键是要使焊缝金属和HAZ保持有适量的铁保持有适量的铁素体和奥氏体的组织。素体和奥氏体的组织。1双相不锈钢焊接的冶金特性双相不锈钢焊接的冶金特性 (1)焊缝金属的组织转变焊缝金属的组织转变 n所有双相不锈钢液相凝固后是铁素体组织，在更低的温所有双相不锈钢液相凝固后是铁素体组织，在更低的温度下部分铁素体转变成奥氏体，形成奥氏体铁素体双度下部分铁素体转变成奥氏体，形成奥氏体铁素体双相组织。相组织。n同样成分的焊缝
9、和母材，焊缝中同样成分的焊缝和母材，焊缝中相的要比母材少得多。相的要比母材少得多。例如，采用同质焊丝焊接例如，采用同质焊丝焊接Cr22Ni5Mo3N，焊缝中，焊缝中相只相只有有30%左右，而母材原始左右，而母材原始相为相为50%。n焊缝中焊缝中Ni含量提高到含量提高到7.0%8.5%，可保证焊缝中，可保证焊缝中相达相达到到40%60%。所以对于双相钢焊缝应当用奥氏体元素。所以对于双相钢焊缝应当用奥氏体元素（Ni、N）进行）进行“超合金化超合金化”，以保证焊缝中，以保证焊缝中/有适当有适当的相比例。的相比例。n焊后短时固溶处理可增多一些焊后短时固溶处理可增多一些相，这是由于未能充分相，这是由于未
10、能充分转变的转变的可再进行可再进行转变。多层焊接热循环、焊后缓转变。多层焊接热循环、焊后缓冷也会起到一些改善效果。冷也会起到一些改善效果。(2)焊接焊接HAZ的组织转变特点的组织转变特点n焊接加热过程，使得整个焊接加热过程，使得整个HAZ受到不同峰值温度的作用。受到不同峰值温度的作用。最高温度接近钢的固相线（约最高温度接近钢的固相线（约1410）。但只有在加热）。但只有在加热温度超过原固溶处理温度，才会发生组织变化。温度超过原固溶处理温度，才会发生组织变化。n峰值低于固溶处理温度的加热区，无显著的组织变化，峰值低于固溶处理温度的加热区，无显著的组织变化，相虽有增多，但相虽有增多，但与与两相比例
11、变化不大。通常下也不两相比例变化不大。通常下也不会有析出相，如会有析出相，如相。相。n超过固溶处理温度，发生晶粒长大，超过固溶处理温度，发生晶粒长大，相明显减少，但仍相明显减少，但仍保持扎制条状组织。保持扎制条状组织。n紧邻熔合区的加热区，紧邻熔合区的加热区，全部溶入全部溶入中，成为粗大的单相中，成为粗大的单相等轴等轴组织。这种组织。这种相在冷却时转变成相在冷却时转变成相，但无扎制方相，但无扎制方向而呈羽毛状。焊接冷却造成不平衡相变，室温所得到向而呈羽毛状。焊接冷却造成不平衡相变，室温所得到的的相数量在近缝区具有低值。相数量在近缝区具有低值。2双相不锈钢焊接接头的析出特点双相不锈钢焊接接头的析
12、出特点n双相不锈钢焊接时，有可能发生三种类型的析出，即铬双相不锈钢焊接时，有可能发生三种类型的析出，即铬的氮化物（如的氮化物（如Cr2N、CrN）、二次奥氏体（）、二次奥氏体（2）及金属）及金属间相（如间相（如相等）。相等）。n当焊缝当焊缝过多或为纯铁素体组织时，容易有氮化物的析出，过多或为纯铁素体组织时，容易有氮化物的析出，这与在高温时，这与在高温时，N在铁素体中的溶解度高、快速冷时溶在铁素体中的溶解度高、快速冷时溶解度下降有关。解度下降有关。n焊缝若是两相组织，氮化物析出量很少。因此，为了增焊缝若是两相组织，氮化物析出量很少。因此，为了增加焊缝的加焊缝的，可在填充金属中提高，可在填充金属中
13、提高Ni、N含量。含量。n采用大的热输入，可防止铁素体晶粒生长而引起的氮化采用大的热输入，可防止铁素体晶粒生长而引起的氮化物析出。当物析出。当HAZ/比例失调，致使比例失调，致使增多而增多而减少，出减少，出现现-相界时，在相界上有析出相，如相界时，在相界上有析出相，如Cr2N、CrN以及以及Cr23C6等，也可能出现等，也可能出现相。相。nN含量高的超级双相不锈钢多层焊时会出现二次奥氏体含量高的超级双相不锈钢多层焊时会出现二次奥氏体析出。特别是前道焊缝采用低热输入而后续焊缝采用大析出。特别是前道焊缝采用低热输入而后续焊缝采用大热输入时，部分铁素体会转变成细小分散的二次奥氏体热输入时，部分铁素体
14、会转变成细小分散的二次奥氏体2，这种，这种2也和氮化物一样会降低焊缝的耐腐蚀性。也和氮化物一样会降低焊缝的耐腐蚀性。n采用较高的热输入和较低的冷却速度有利于采用较高的热输入和较低的冷却速度有利于转变，减转变，减少焊缝金属的少焊缝金属的量，但热输入过高或冷速过慢又会带来量，但热输入过高或冷速过慢又会带来金属间相的析出。通常双相不锈钢焊缝金属不会有金属间相的析出。通常双相不锈钢焊缝金属不会有相相析出，但焊材或热输入不合理时，有可能出现析出，但焊材或热输入不合理时，有可能出现相。相。4.5.4 A-F双相不锈钢的焊接工艺特点双相不锈钢的焊接工艺特点 （1）焊接方法）焊接方法n氩弧焊、氩弧焊、SMAW
15、、药芯焊丝、药芯焊丝MAG、SAW用于厚板用于厚板 （2）焊接材料）焊接材料n采用奥氏体化元素多的焊材采用奥氏体化元素多的焊材n采用奥氏体相占比例大的焊接材料，来提高焊接金属中奥氏体相的采用奥氏体相占比例大的焊接材料，来提高焊接金属中奥氏体相的比例，对提高焊缝金属的塑性、韧性和耐蚀性均是有益的。比例，对提高焊缝金属的塑性、韧性和耐蚀性均是有益的。n对于含氮的双相不锈钢和超级双相不锈钢的焊接材料，采用比母材对于含氮的双相不锈钢和超级双相不锈钢的焊接材料，采用比母材Ni含量高的焊材，以保证焊缝金属有足够的奥氏体量。通过调整焊含量高的焊材，以保证焊缝金属有足够的奥氏体量。通过调整焊缝化学成分，双相钢
16、均能获得令人满意的焊接性。缝化学成分，双相钢均能获得令人满意的焊接性。（3）焊接工艺措施焊接工艺措施n 控制焊接热输入控制焊接热输入n 采用多层多道焊采用多层多道焊n 注意焊接顺序和工艺焊缝注意焊接顺序和工艺焊缝 本章小结本章小结n熟悉不锈钢和耐热钢的分类，如奥氏体钢、铁素体钢、熟悉不锈钢和耐热钢的分类，如奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢、马氏体钢、A-F双相钢。双相钢。n了解奥氏体不锈钢焊接特点，焊接中易出现什么问题了解奥氏体不锈钢焊接特点，焊接中易出现什么问题（如晶间腐蚀、热裂纹）、影响因素和防止措施。（如晶间腐蚀、热裂纹）、影响因素和防止措施。n熟悉奥氏体不锈钢的焊接工艺要点。熟悉奥氏体不锈
17、钢的焊接工艺要点。n了解铁素体不锈钢焊接问题（了解铁素体不锈钢焊接问题（HAZ脆化等）、防止措脆化等）、防止措施及焊接工艺要点。施及焊接工艺要点。n了解马氏体不锈钢焊接问题（冷裂纹、了解马氏体不锈钢焊接问题（冷裂纹、HAZ硬化）、硬化）、防止措施及焊接工艺要点。防止措施及焊接工艺要点。思考题思考题1.18-8不锈钢焊接接头区在哪些部位可能产生晶间腐蚀，是由不锈钢焊接接头区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？于什么原因造成的？如何防止？2.简述奥氏体不锈钢产生热裂纹的原因及防治措施？为什么奥简述奥氏体不锈钢产生热裂纹的原因及防治措施？为什么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？么途径控制焊缝中的铁素体含量？3.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？保护焊时如何选择焊接材料？在焊接工艺上有什么特点？4.马氏体不锈钢焊接中容易出现什么问题，在焊接材料的选用马氏体不锈钢焊接中容易出现什么问题，在焊接材料的选用 和工艺上有什么特点？制定焊接工艺时应采取哪些措施？和工艺上有什么特点？制定焊接工艺时应采取哪些措施？
