【正文】 （2）中合金耐熱鋼： 合金元素總含量612%，以Cr為主，%。供貨狀態(tài)主要為退火、或正火+回火。也有以調(diào)質(zhì)狀態(tài)供貨。退火狀態(tài)下的組織為鐵素體+碳化物；正火+回火狀態(tài)下的組織為鐵素體+貝氏體。合金元素總含量大于10%以上的耐熱鋼組織為馬氏體。 ■如：、9Cr1MoV等。 （3）高合金耐熱鋼： 合金元素總含量大于13%，以Cr或CrNi為主。組織為馬氏體、鐵素體和奧氏體三種。 ■如0Cr13Al（鐵素體）、1Cr13（馬氏體）、1Cr18Ni9Ti（奧氏體）。 ●耐熱鋼的高溫性能： （1）抗蠕變性能。 蠕變：金屬在一定溫度和一定應(yīng)力作用下隨著時間的增加，慢慢發(fā)生塑性變形的現(xiàn)象 碳鋼工作溫度超過300350℃，合金鋼的工作溫度高于400 ℃，都會發(fā)生蠕變。 （2）高溫持久強(qiáng)度：金屬材料在高溫、長期應(yīng)力作用下抵抗斷裂的能力。 （3）蠕變脆性（鋼的持久塑性）：在溫度、應(yīng)力和時間三者聯(lián)合作用下所產(chǎn)生的脆性傾向。 （4）高溫抗氧化能力。對耐熱鋼焊接接頭性能的基本要求： （1）接頭的等強(qiáng)度和等塑性：不僅要有與母材基本相等的常溫和高溫短時強(qiáng)度，而且更重要的應(yīng)具有與母材相當(dāng)?shù)母邷爻志脧?qiáng)度，同時還應(yīng)具有與母材相近的塑性變形能力。 （2）接頭的抗氫性和抗氧化性：具有與母材基本相同的抗氫性和抗高溫氧化性。為此要求焊縫金屬的合金成分應(yīng)與母材基本相同。 （3）接頭的組織穩(wěn)定性：要求接頭各區(qū)的組織不應(yīng)產(chǎn)生明顯的變化及由此引起的脆變或軟化。 （4）接頭的抗脆斷性：，和高溫高壓設(shè)備投運(yùn)或檢修后的冷起動過程。 （5）低合金耐熱鋼接頭的物理均一性：低合金耐熱鋼焊接接頭具有與母材基本相同的物理性能，防止接頭材料的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱率的差別造成過大的熱應(yīng)力，對接頭的提前失效產(chǎn)生不利影響。 ★奧氏體耐熱鋼與奧氏體不銹鋼具有基本相同的焊接特點(diǎn)，其焊條選用原則將在后面的奧氏體不銹鋼一章中一并介紹。鉻鉬珠光體耐熱鋼的焊接特點(diǎn)： ●鉻鉬珠光體耐熱鋼的基本合金元素是Cr和Mo，有的還含有V、W、Si、Ti、B等。 ●焊接時存在的主要問題是： （1）熱影響區(qū)的脆化（淬硬性）：在冷卻速度較大的情況下，接近熔合線的粗晶區(qū)容易形成淬硬的馬氏體組織。主要合金元素Cr和Mo能顯著地提高鋼的淬硬性。 ▲雖然多層焊的接頭性能比單層焊好得多，但緊靠熔合線的熱影響區(qū)仍是最薄弱的環(huán)節(jié)。 ★防止措施： ◇通過預(yù)熱盡可能提高焊接加熱速度；◇ 適中的焊接線能量。 （2）焊縫和熱影響區(qū)的軟化：冷卻速度過慢，使接頭在AC1附近的停留時間增長，而出現(xiàn)“軟化區(qū)”，沖擊韌性下降，引起斷裂。 ★防止措施： ◇盡量減小焊接線能量； ◇控制預(yù)熱溫度不宜過高。 （3）冷裂紋：一般發(fā)生在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)內(nèi)。當(dāng)焊縫強(qiáng)度和氫含量較高時也會發(fā)生在焊縫內(nèi)。 ★防止措施：同低合金結(jié)構(gòu)鋼。 （4）回火脆性：鉻鉬鋼及其焊接接頭在370565℃溫度區(qū)間長期運(yùn)行過程中發(fā)生漸進(jìn)的脆變現(xiàn)象。 ★防止措施： ◇降低焊縫金屬中的O、Si和P含量； ◇控制線能量（43kJ/cm以下）。 （5）再熱裂紋：在焊接之后再次處于高溫（如焊后熱處理）下產(chǎn)生的裂紋。容易發(fā)生在鉬鋼、鉻鉬鋼及鉻鉬釩鋼等珠光體耐熱鋼的焊接接頭上（多數(shù)在粗晶區(qū)，少數(shù)在焊縫金屬中）。 ▲再熱裂紋的主要影響因素： ◇化學(xué)成分：Cr、Mo、V是碳化物的形成元素，會有析出強(qiáng)化作用，增加鋼的再熱裂紋敏感性。 ◇焊接殘余應(yīng)力：再熱裂紋發(fā)生在高焊接殘余應(yīng)力的部位。焊接接頭中的咬邊、根部未焊透等處是產(chǎn)生再熱裂紋的裂源。 ◇焊后熱處理條件：加熱溫度是該鋼種的再熱裂紋最敏感溫度，此時保溫時間越長越不利。加熱速度較慢時容易發(fā)生再熱裂紋。 ★再熱裂紋的防止措施： ◇合理設(shè)計接頭形式，降低接頭的拘束度。 ◇正確選用焊接材料： ①采用強(qiáng)度較低的焊縫金屬，以提高其塑性變形能力，可減輕近縫區(qū)塑性應(yīng)變集中程度； ②也可僅在焊縫表層用低強(qiáng)高塑性焊條蓋面。 ★注意：上述兩點(diǎn)都必須服從設(shè)計強(qiáng)度允許的范圍。 ◇控制焊接工藝： ①堆焊隔離層；☆控制適宜的線能量； ②適當(dāng)預(yù)熱和提高層間溫度； ③采用回火焊道（焊趾覆層或TIG重熔）有助于細(xì)化晶粒，減小應(yīng)力集中； ④調(diào)整施焊方式減少焊接應(yīng)力（焊接順序、分段退焊等）； ⑤焊后對焊縫的加強(qiáng)高和焊趾部位打磨呈圓滑過渡，減小應(yīng)力集中程度； ⑥有條件時可采用熱輸入量小、熱影響區(qū)窄、焊縫金屬含氫量低的焊接方法（如窄間隙焊、熔化極氣體保護(hù)焊等）。 ◇正確選擇熱處理工藝： ①采用低溫焊后熱處理及高加熱速度（如CrMoV鋼可提高500720℃區(qū)間最終回火的加熱速度為400460 ℃ /h）； ②盡量縮短在敏感溫度區(qū)間的保溫時間； ③采用中間分段消除應(yīng)力熱處理（如CrMoV鋼480500 ℃1h） ； ④完全正火處理； ⑤錘擊焊縫表層。鉻鉬珠光體耐熱鋼的焊條選用要點(diǎn)： ☆從合金元素過渡方式看，絕大多數(shù)低合金耐熱鋼焊條的主要合金成分都是由藥皮來過渡的。 （1）一般可按鋼種和構(gòu)件的工作溫度來選用，以保證接頭的高溫性能。通常選用熔敷金屬化學(xué)成分和力學(xué)性能與母材相同或接近的焊條。 ★JB/T47092000規(guī)定：低合金耐熱鋼的焊縫金屬除應(yīng)保證力學(xué)性能、抗拉強(qiáng)度不應(yīng)超過母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上限值加30MPa外，還應(yīng)保證化學(xué)成分。 （2）如焊件焊后需經(jīng)退火、正火或熱成形，則應(yīng)選用合金成分和強(qiáng)度級別較高的焊條。 （3）對于有沖擊韌性要求的焊件，一般情況選用的焊條其焊縫金屬常溫沖擊值應(yīng)不低于相應(yīng)母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下限值； ★壓力容器焊接的鉻鉬鋼焊條應(yīng)符合JB/T47472002《壓力容器用鋼焊條訂貨技術(shù)條件》的規(guī)定。 （4）不論從提高焊接接頭的抗裂紋能力，還是從滿足力學(xué)性能考慮，都要求采用堿性低氫型焊條。只有在一些小直徑薄壁管及一些管道經(jīng)氬弧焊打底后作蓋面焊時才可選用其他類型焊條（如R30R310等）。 （5）考慮到防止熱裂紋，通常將焊材中的碳含量控制在低于母材的碳含量。 ▲%。，%左右。 ▲碳含量過低的鉻鉬鋼焊縫經(jīng)長時間的焊后熱處理會促使鐵素體形成，導(dǎo)致韌性下降，故應(yīng)謹(jǐn)慎使用碳含量過低的焊材。 （6）對于不便于進(jìn)行高溫預(yù)熱或焊后熱處理的場合（尤其是現(xiàn)場補(bǔ)焊），可采用奧氏體焊條或鎳基合金焊條。 ▲一般情況下選用Cr25Ni13型焊條，如A30A312等； （五）奧氏體不銹鋼的焊條選用對不銹鋼的認(rèn)識： 不銹鋼是指主加元素Cr高于12%，能使鋼處于鈍化狀態(tài)、又具有不銹鋼特性的鋼。不銹鋼實(shí)際是不銹鋼（耐大氣、水等弱腐蝕介質(zhì)）和耐酸鋼（耐酸、堿、鹽等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)）的總稱。不銹鋼并不一定耐酸，而耐酸鋼一般具有良好的不銹性能。 ●不銹鋼的分類 ◆不銹鋼根據(jù)其顯微組織分為鐵素體型、馬氏體型、奧氏體型、奧氏體+鐵素體型和沉淀硬化型不銹鋼。 ◆不銹鋼根據(jù)主要合金元素大致分為高鉻型不銹鋼和高鉻鎳型不銹鋼。 ◆高鉻型不銹鋼包括馬氏體型不銹鋼和鐵素體不銹鋼兩大類。 ◆高鉻鎳型不銹鋼則包括奧氏體、奧氏體+鐵素體型和沉淀硬化型不銹鋼。 ▼馬氏體不銹鋼：常見的以Cr13不銹鋼為代表，在常溫下具有馬氏體組織，如1Cr12Cr13Cr11Cr17Ni9Cr18MoV。 ▼鐵素體不銹鋼：常見的以Cr1Cr17為代表，在常溫下具有鐵素體組織，如0Cr10Cr13Al、1Cr11Cr17Ti、1Cr25Ti。 ▼奧氏體不銹鋼：大致分為： ◇Cr18Ni8型，如0Cr18Ni0Cr17Ni12Mo2等； ◇Cr25Ni13型，如0Cr23Ni13； ◇Cr25Ni20型，如0Cr25Ni20 ； ◇Cr25Ni35型，如4Cr25Ni35（國外鑄造不銹鋼） ； ◇超級奧氏體型，如254SMo（20Cr18Ni6Mo）。 ☆ Cr18Ni9不銹鋼是基本的鉻鎳奧氏體不銹鋼。 ★注意： 不銹鋼的不銹性和耐蝕性是相對的和有條件的，目前還沒有對任何腐蝕環(huán)境都具有耐蝕性的不銹鋼，所以不銹鋼的選用應(yīng)根據(jù)具體的使用條件加以合理考慮。 技術(shù)人員在進(jìn)行材料代用時應(yīng)注意。 ●奧氏體不銹鋼的組織特點(diǎn)： ◆通常在常溫下的組織為純奧氏體，也有一些為奧氏體+少量鐵素體，這種少量鐵素體有助于防止熱裂紋。 ◆不能用熱處理方法強(qiáng)化。但具有顯著的冷加工硬化性，可通過冷變形方法提高強(qiáng)度。 ◆經(jīng)冷變形產(chǎn)生的加工硬化，可采用固溶處理便之軟化。奧氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)： （1）熱裂紋。 ★防止措施： ◇盡量使焊縫金屬呈雙相組織，鐵素體的含量控制在35%以下。因?yàn)殍F素體能大量溶解有害的S、P雜質(zhì)。 ◇盡量選用堿性藥皮的優(yōu)質(zhì)焊條，以限制焊縫金屬中S、P、C等的含量。 （2）晶間腐蝕：根據(jù)貧鉻理論，焊縫和熱影響區(qū)在加熱到450850℃敏化溫度區(qū)時在晶界上析出碳化鉻，造成貧鉻的晶界，不足以抵抗腐蝕的程度。 ★防止措施：◇ 采用低碳或超低碳的焊材，如A002等；采用含鈦、鈮等穩(wěn)定化元素的焊條，如A13A132等?！笥珊附z或焊條向焊縫熔入一定量的鐵素體形成元素，使焊縫金屬成為奧氏體+鐵素體的雙相組織，（鐵素體一般控制在412%）。 ◇減少焊接熔池過熱，選用較小的焊接電流和較快的焊接速度，加快冷卻速度。 ◇焊后穩(wěn)定化退火處理（對耐晶間腐蝕性能要求很高的焊件而言）：850 ℃/23h，空冷。 　　　（3）應(yīng)力腐蝕開裂： ●應(yīng)力腐蝕開裂——焊接接頭在特定腐蝕環(huán)境下受拉伸應(yīng)力作用時所產(chǎn)生的延遲開裂現(xiàn)象。 ●奧氏體不銹鋼焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂是焊接接頭比較嚴(yán)重的失效形式，表現(xiàn)為無塑性變形的脆性破壞。 ●應(yīng)力腐蝕開裂的宏觀特征：裂紋從表面開始向內(nèi)部擴(kuò)展，點(diǎn)蝕往往是裂紋的根源。斷口上常附有各種腐蝕產(chǎn)物及氧化現(xiàn)象。 ●影響應(yīng)力腐蝕開裂的三要素：化學(xué)成分、拉應(yīng)力、工作介質(zhì)。 ▲化學(xué)成分：不同的材料本身對于應(yīng)力腐蝕敏感性有所不同。 ▲工作介質(zhì)：主要是介質(zhì)的濃度和溫度的影響： ① 對于碳鋼及低合金鋼的應(yīng)力腐蝕開裂： ◇H2S介質(zhì)的存在：H2S的濃度達(dá)到飽和狀態(tài)；H2S水溶液的溫度在室溫附近開裂傾向最大。 ◇NaOH介質(zhì)的存在：在超過5% NaOH的幾乎全部濃度范圍內(nèi)都可產(chǎn)生堿脆，而以30% NaOH附近最為危險。堿脆的臨界溫度約為沸點(diǎn)，堿脆的最低溫度約為60℃。 ② 對于奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開裂： ◇氯化物介質(zhì)的存在：幾乎只要有Cl 存在，即可發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂；溫度升高，應(yīng)力腐蝕開裂加速，在Cl 濃度少的稀溶液中，存在一個SCC敏感溫度范圍，一般在150300℃?！驨aOH介質(zhì)的存在：%即發(fā)生SCC，4042%的NaOH是最危險的濃度；最低發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的溫度是115℃左右（對于4042%的NaOH）。 ◇高溫高壓水介質(zhì)的存在：其中溶解的氧（O）濃度對不銹鋼應(yīng)力腐蝕開裂傾向影響很大，且存在一敏感溫度范圍150300℃，在300℃附近最易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂。 ▲接頭拉應(yīng)力：拉應(yīng)力的存在是SCC的先決條件。壓應(yīng)力不會引起SCC。據(jù)調(diào)查，造成SCC的應(yīng)力主要是殘余應(yīng)力，約占80%，其中由焊接引起的殘余應(yīng)力約占30%。 ★應(yīng)力腐蝕開裂防止措施： ◇合理設(shè)計：①耐蝕材料的合理選擇，實(shí)用上選用高Cr、Ni且含高M(jìn)o的奧氏體不銹鋼是合理的，雙相不銹鋼具有最好的抗SCC性能，超級奧氏體不銹鋼顯示明顯的耐應(yīng)力腐蝕能力； ②最大限度地減少應(yīng)力集中和減少高應(yīng)力區(qū)。 ◇合理制定成形加工和組裝工藝，盡可能減小冷作變形度，避免強(qiáng)制組裝，防止組裝過程中造成各種傷痕（各種組裝傷痕及電弧灼痕都會成為SCC的裂源，易造成腐蝕坑）。 ◇合理選擇焊材：焊縫與母材應(yīng)有良好的匹配，不產(chǎn)生任何不良組織，如晶粒粗化及硬脆馬氏體等； ◇采取合適的焊接工藝：保證焊縫成形良好，不產(chǎn)生任何應(yīng)力集中或點(diǎn)蝕的缺陷，如咬邊等；采取合理的焊接順序，降低焊接殘余應(yīng)力水平； ◇消除應(yīng)力處理：焊后熱處理，如焊后完全退火或退火；在難以實(shí)施熱處理時采用焊后錘擊或噴丸等。 ◇生產(chǎn)管理措施：介質(zhì)中雜質(zhì)的控制，如液氨介質(zhì)中的ONH2O等；液化石油氣中的H2S；氯化物溶液中的OFe3+、C