【正文】 ～S21 900E240～～～～S24 000S24 100焊接材料的選擇首先決定于具體焊接方法的選擇。U形及雙U形坡口，由于有根部半徑，坡面角可很小，故填充金屬量更少(比V形和X形坡口都少)，焊接變形也少，但這種坡口加工較復(fù)雜，加工費用高。隨著對接板厚的增加，V形坡口的焊縫填充金屬量就急劇增加，如果可以正反面施焊，宜設(shè)計成X形坡口，這樣可節(jié)省填充金屬，又因正反兩面施焊，焊縫對稱，可以減少角變形。V形坡口一般在40℃~60℃之間。不在非焊部位引弧，焊縫收弧一定要填滿弧坑，否則產(chǎn)生弧坑裂紋成為腐蝕起源點，有條件的盡量使用引弧板和收弧板。層焊時，層間溫度不易過高，可待冷卻到60℃以下再清理渣和飛濺物，然后再焊。在保證焊透和熔合良好的條件下用小電流快焊速，使焊接熔池受熱盡可能小。對于要求純奧氏體不銹鋼的焊縫或在結(jié)構(gòu)剛性很大，焊縫抗裂性能差時，宜選用堿性藥皮的奧氏體不銹鋼焊條。 由于含碳量對不銹鋼的耐蝕性能影響很大，因此，選用熔覆金屬含碳量不高于母材的焊條。此外，現(xiàn)在所用的焊條類型、規(guī)格和品種多，且配套齊全。原則選用焊縫金屬的成分與母材相同或相近的焊接材料。由于焊接接頭在組織、性能和應(yīng)力分布上與母材存在差異，是焊接接頭往往成為結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)。但在厚板奧氏體不銹鋼焊接中惰性氣體保護焊和等離子焊，從經(jīng)濟角度考慮不適合選用。 焊接方法由于奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的焊接性，幾乎所有的熔焊方法和部分壓焊方法都可以焊接。試驗所用不銹鋼板尺寸均為3O0x20Ox4mm，根據(jù)試板厚度及相關(guān)焊接工藝手冊制定焊接工藝規(guī)范腳。手工電弧焊時采用選定的E309L16（AO62）欽鈣型藥皮的超低碳不銹鋼焊條為焊接材料。選用鎢極氫弧焊，其保護氣體為純Ar，故可以避免焊縫中金屬元素的燒損和由此帶來的其它焊接缺陷。為了比較不同焊接方法下試樣的接頭性能，本試驗采用兩種不同的焊接方法，分別為鎢極氫弧焊（TIG）和手工電弧焊。薄的氧化膜可用浸蝕(酸性)方法清除，也可用機械方法，如沒有用過的不銹鋼絲刷或砂輪噴丸等手段。碳來自車間灰塵、油脂、油漆、作標志用的材料和工具中。外來污染有碳、氮、氧、水等。反之坡口精度差，易出現(xiàn)嚴重的焊接缺陷，焊接成本也隨之增加。坡口形式主要由接頭強度、焊接方法、焊接效率、焊接成本等綜合因素決定。采用小電流、低電壓(短弧焊)和窄焊道快速焊可使熱輸入減小，采用必要的急冷措施可以防止接頭過熱的不利影響。 （3）熱輸入焊接奧氏體不銹鋼不能用大焊接熱輸入，一般焊接所需的熱輸入比碳鋼低20%一30%。 （2）點固焊 點固焊所用的焊條與正式焊接所用的焊條型號應(yīng)相同,并且直徑要稍細些。表21 母材化學(xué)成分（%）CSiMnNiCrCuNSP 焊接工藝要點 （1）焊前準備 根據(jù)鋼板厚度及接頭形式,用機械加工、等離子切割或碳弧氣刨等方法下料和加工坡口。并通過焊接接頭的拉伸、彎曲、硬度等力學(xué)性能試驗以及金相觀察、電子探針等試驗手段，檢測其焊接性能。選擇出合適的焊接材料，調(diào)整此鋼種焊接接頭的化學(xué)成分，以保證熔敷金屬中氮及其他合金元素含量合理。 試驗材料化學(xué)成分，其主要化學(xué)成分見表21。根據(jù)研究，與薄板焊接相比，焊接厚板時，焊縫中壓應(yīng)力到拉應(yīng)力的轉(zhuǎn)變更快，發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度更高。在較厚的材料中，應(yīng)力集中和由材料收縮而引起的內(nèi)應(yīng)力更大，而且更易集中于焊接區(qū)域。材料板厚的影響是多方面的。這兩種因素相互作用，不僅影響凝固、結(jié)晶的程和成分過冷，也影響內(nèi)應(yīng)力和收縮變形。前4個因素是冶金方面的，而結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響屬于力學(xué)因素。⑤材料的焊接工藝參的影響。③偏析的影響。在奧氏體不銹鋼材料中，抗熱裂性主要由下列因素決定[4]:①一次結(jié)晶的類型和殘余6鐵素的含量。因此，對厚板奧氏體不銹鋼的焊接必須采取合理的焊接工藝，嚴格按照焊接規(guī)范施焊，以保證其焊接質(zhì)量。②由于奧氏體本身的特點，即柱狀晶的方向性很強，有利于雜質(zhì)的偏析以及晶格的聚集，這樣，在焊接中易產(chǎn)生焊接裂紋。此外，因?qū)嵝圆?，線脹系數(shù)大，焊接應(yīng)力和變形較大。在任何溫度下都不會發(fā)生相變，對氫脆不敏感，在焊態(tài)下奧氏體不銹鋼接頭也有較好的塑性和韌性。④改進部件及接頭設(shè)計　由于設(shè)計得不合理往往會形成較大的應(yīng)力集中或在制造中產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力,這是產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的重要條件。②消除焊件殘余應(yīng)力　采用消除應(yīng)力熱處理及由機械方法降低表面殘余應(yīng)力或造成壓應(yīng)力(如進行噴丸)狀態(tài)?？梢钥闯?應(yīng)力主要來自于制造過程,因而焊接應(yīng)力造成事故占到30%以上。開裂時沒有任何變形,因而事故往往是突發(fā)性的,后果嚴重。應(yīng)力腐蝕開裂問題金屬在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下,所發(fā)生的腐蝕破壞叫做應(yīng)力腐蝕開裂。③合理安排焊接順序　雙面焊時與腐蝕介質(zhì)接觸的焊縫應(yīng)盡可能最后焊。(2)防止刀狀腐蝕的措施①降低含碳量　最好采用超低碳不銹鋼,C≤%。只發(fā)生于含有穩(wěn)定劑鈦、鈮的奧氏體鋼(如0Cr18Ni11Ti)的焊接接頭上,產(chǎn)生的原因也和Cr23C6析出后形成的貧鉻層有關(guān)。⑤快速冷卻　因奧氏體鋼不會出現(xiàn)淬硬現(xiàn)象所以在焊接過程中加快冷卻速度,縮短焊接接頭在危險溫度區(qū)的停留時間,以免形成貧鉻區(qū)。如1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni2Mo2Ti鋼, E347 1H0Cr19Ni9Ti焊絲等。另外,也可以進行850~900℃保溫2 h的穩(wěn)定化熱處理使奧氏體晶粒內(nèi)部的鉻擴散到晶界,晶界處的含鉻量重新恢復(fù)到大于12%,就不會產(chǎn)生晶間腐蝕。(2)減少和防止晶間腐蝕的措施①控制含碳量　碳是造成晶間腐蝕的主要元素,含C量越高,奧氏體晶界處形成的碳化鉻越多,貧鉻現(xiàn)象越嚴重,晶間腐蝕越大,%的焊條,不會產(chǎn)生晶間腐蝕。當晶界附近的金屬含Cr量低于12%時,就失去了抗腐蝕能力,在腐蝕介質(zhì)作用下,即產(chǎn)生晶間腐蝕。(1)產(chǎn)生晶間腐蝕的原因奧氏體不銹鋼在450~850℃時,過飽和的碳向奧氏體晶粒邊界擴散,并與晶界的鉻化合形成碳化鉻(Cr23C6)。該項技術(shù)改變了以往表面沉積、電鍍、化學(xué)鍍等鍍層與基體結(jié)合力差的問題。利用離子表面注入改性技術(shù)，可以得到一層高氮層，可以同時提高表面硬度、耐磨性及抗蝕性。同樣，耐磨物質(zhì)的本質(zhì)、性狀、尺寸和棱角鋒利情況都對高氮奧氏體不銹鋼有影響。N合金化可提高滑動摩擦抗力，最主要的原因是N合金化會提高硬度和應(yīng)變硬化效果，亞穩(wěn)態(tài)的奧氏體會進一步提高應(yīng)變硬化效果。奧氏體不銹鋼的抗蠕變性能隨氮含量的增加而提高，其原因是由于彌散強化作用增強特別是當鋼中含有Nb時，生成Nb(c喲彌散強化相。N對抗蠕變性能的作用遠高于Cls3，c降低斷裂韌性，而N對其無顯著影響。加N奧氏體不銹鋼在強度提高的同時，對塑性、韌性影響卻不大，通常奧氏體鋼的6值大于40%，即加N后鋼仍具有良好的塑性。氮的晶界強化效應(yīng)可用Hall一Petch方程描述。含氮鋼的屈服強度由三部分組成，即基體強度、氮原子間隙固溶在奧氏體fcc中而導(dǎo)致的晶界強化和固溶強化。加氮后，鋼的抗拉強度和屈服強度升高，伸長率略有降低。受溫度和含氮量的影響，隨含氮量的增加，晶粒尺寸強化作用將增大。氮對奧氏體不銹鋼的形變硬化作用也很顯著，氮的增加導(dǎo)致滑移平面和形變孿晶增加，而活躍的滑移面和孿晶層則有效地阻止了位錯運動和孿晶擴展，從而強烈地增大了奧氏體鋼的形變硬化率。因此，其強化效應(yīng)比碳強。氮比碳具有更有效的固溶強化作用，按原子含量相比氮的固溶強化效果是碳的兩倍，除此之外，氮還可以細化晶粒，按照Hall一Petch關(guān)系起到細晶強化作用。氮和碳非常相似，同是間隙固溶體成元素，并且也表現(xiàn)出類似的特性。氮提高不銹鋼強度的途徑主要有3種:固溶強化、晶粒尺寸強化和形變硬化腳l。綜合上述，N在不銹鋼中主要通過N固溶強化、氮化物的彌散強化和晶粒細化三種途徑來改善鋼的性能。這可能是由于CrZN的析出減少固溶的Cr含量。在含Nb鋼中，人們也發(fā)現(xiàn)了復(fù)雜的crsNb3N及CrNb從稱為z相)氮化物形成，在加工過程中，z相在晶粒邊界發(fā)生彌散現(xiàn)象，可提高鋼的強度。有趣的是在含有Nb的Alsl347鋼中，N與NbC或C與NbN結(jié)合可提高它們在奧氏體中的溶解度盡管NbN溶解度要比NbC小得多。CrZN為立方晶格結(jié)構(gòu)，在Cr、Ni含量較高的Alsl310中的溶解度要比在Alsl304鋼中的溶解度低。N與鋼中合金元素相互作用的重要性表現(xiàn)在氮化物的彌散現(xiàn)象。在常規(guī)的18一8型奧氏體不銹鋼中會有少量鐵素體存在，隨鋼中含C量的降低，鐵素體量將增加，而加入N則彌補了降c對組織帶來的不利影響。氮會降低Cr在鋼中的擴散系數(shù)，阻礙碳化物形核及長大。N在擴大奧氏體區(qū)和穩(wěn)定奧氏體的作用相當于Ni的25倍左右。 氮在奧氏體不銹鋼中的存在形式和作用 氮的存在形式及作用N的性質(zhì)與C相類似，是生成間隙相的主要元素，這是由它較小的原子尺寸及電子層結(jié)構(gòu)所決定的，在奧氏體類不銹鋼中，N絕大部分固溶于奧氏體中，固溶于鐵素體中的N的量很少。另外，高氮奧氏體不銹鋼在工業(yè)上的用途還有造船、鐵路等，如線材，彈簧，滑雪板的板邊材料，火車的輪子等等。因為后兩者在使用時會析出碳化物，替代材料的氮化物析出速度需慢得多。最近的用途是用作發(fā)電電機的兩端的保持環(huán)，其要求是:屈服強度 1oooMPa，而且有足夠的韌性，高的形變硬化率，低磁導(dǎo)率，良好的應(yīng)力腐蝕和點蝕抗力。在發(fā)電、核工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用我國“七五”。因此，它適合用來做成裝飾珠寶和牙架。一些研究學(xué)者提出把高氮的C卜Mn一N奧氏體不銹鋼應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)，這種不銹鋼有良好的抗腐蝕能力，特別是抗點蝕和晶間腐蝕，而且具有較高的耐蝕性，重要的是鋼中沒有鎳元素，從而可避免鎳元素在人體內(nèi)造成的致敏性及其它組織反應(yīng)。生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用醫(yī)用不銹鋼是生物植入材料的主體，研究開發(fā)高耐蝕性、高耐磨性、高疲勞強度和高韌性生體合金非常重要[l0]。.%。這是因為同碳奧氏體相比，氮奧氏體應(yīng)變時效峰溫度向上移了100一150℃。因此可用氮奧氏體制成低應(yīng)力松弛彈性材料。報道了普通奧氏體不銹鋼己不能滿足油井管和鉆桿中使用的無磁鉆挺對無磁性、高的組織穩(wěn)定性和高強度的要求，高氮奧氏體不銹鋼有望在此領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。含氮奧氏體鋼還可用于制作冷加工不銹鋼鋼絲，其最大強度大于2000MPa，高的形變硬化系數(shù)使得在中等形變后即可獲得高的強度的大直徑絲材。%左右，屈服強度鋼具有更高的抗腐蝕能力。該種鋼可以在冷加工狀態(tài)下，抵抗在100℃水中的應(yīng)力腐蝕斷裂。超導(dǎo)磁鐵房的結(jié)構(gòu)材料，可抵抗超導(dǎo)磁鐵的強大的磁力，另外有低的馬氏體轉(zhuǎn)變傾向，高的彈性模量，低的熱、電導(dǎo)率和及好的低溫斷裂韌性。對于大型的超導(dǎo)磁體承載結(jié)構(gòu)，含N的非磁性可以達到。由于各種低溫技術(shù)的溫度、應(yīng)力等服役條件不同，因此對所需結(jié)構(gòu)材料的性能要求也不同。無磁結(jié)構(gòu)鋼在國防上也應(yīng)用很多，如潛艇、掃雷艇等。由于高氮奧氏體不銹鋼有著優(yōu)良的機械性能、抗腐蝕性等，使其具有廣泛的用途:用作低溫、超導(dǎo)結(jié)構(gòu)用鋼許多高技術(shù)領(lǐng)域都需要新型的高性能結(jié)構(gòu)材料，如超導(dǎo)、超低溫技術(shù)、受控射核聚變裝置[v]、超導(dǎo)磁懸浮列車、高速無噪聲的船舶推進裝置，超導(dǎo)磁場的磁分離技術(shù)等。(3)熱等靜壓加氮。 含氮及高氮奧氏體不銹鋼的制