【正文】 不銹鋼的焊接工藝要點(diǎn) 167。 對(duì)于不允許存在鐵素體的純奧氏體焊縫 ， 可以加入適當(dāng)?shù)腻i ， 少許的碳 、 氮 ， 同時(shí)減少硅的含量 。 當(dāng)不允許出現(xiàn)雙相組織時(shí) ， 進(jìn)行合理合金化 ， 即適當(dāng)增加 Mn， C,N ? ② 控制焊縫金屬中的鉻鎳比 ， 對(duì)于 188型不銹鋼來(lái)說(shuō) ， 當(dāng)焊接材料的鉻鎳比小于 ， 就易產(chǎn)生熱裂紋；而鉻鎳比達(dá)到 ～ ， 就可以防止熱裂紋的產(chǎn)生 。在這種情況下，焊縫中有少量 δ相是可以容許的。恰恰是蠕蟲(chóng)狀會(huì)造成脆性斷口形貌，但蠕蟲(chóng)狀對(duì)抗熱裂有利。其實(shí)“鑄態(tài)”焊縫中的 δ相因形貌不同，可以具有相異的韌性水平。 Ⅳ 、低溫脆化 為滿足低溫韌性要求， WM組織希望是單一 γ相，成為完全面心立方結(jié)構(gòu)，盡量避免出現(xiàn) δ相。雖然單相 γ 焊縫低溫韌性比較好，但仍不如固溶處理后的1Cr18Ni9Ti鋼母材，例如 aku(－ 196℃)≈230J/cm 2， aku(20℃)≈280J/cm 2。 4．低溫脆化 為了滿足低溫韌性要求，有時(shí)采用 188鋼，焊縫組織希望是單一 γ 相，成為完全面心立方結(jié)構(gòu)，盡量避免出現(xiàn) δ 相。在沸騰的 50%硫酸 +硫酸鐵法檢驗(yàn)溶液中，介質(zhì)的氧化性稍弱，含鈦的穩(wěn)定化不銹鋼中產(chǎn)生的 σ 相可在其中快速溶解，而含鉬不銹鋼鋼產(chǎn)生的 σ 相不能在其中快速溶解。對(duì)于晶間腐蝕的作用而言，一般將 σ 相分為兩類(lèi)，一類(lèi)為從含鉬不銹鋼中產(chǎn)生的 σ 相，為金相可見(jiàn)的 σ 相；另一類(lèi)為由含鈦的穩(wěn)定化不銹鋼中產(chǎn)生的 σ 相，為金相不可見(jiàn) σ 相。屬高鉻相，因而 σ 相在晶界析出時(shí)也可使鄰近的晶粒邊緣產(chǎn)生貧鉻區(qū)。在鐵素體相中較容易析出。 含鎳量很高的穩(wěn)定純奧氏體不銹鋼很少發(fā)生 σ 相的脆變或者說(shuō) σ相脆化程度輕 ， 可以長(zhǎng)時(shí)間工作 。 例如 ， 0Cr25Ni20奧氏體不銹鋼 ， 在溫度低于 800℃ 時(shí) ， σ 相析出緩慢；當(dāng)溫度高于 900℃ 時(shí) ， σ 相就不會(huì)析出 。 σ 相的產(chǎn)生，是 δ → σ 或是γ → σ 。 σ 相的析出使材料的韌性降低，硬度增加。凡鐵素體化元素均加強(qiáng) δ → σ 轉(zhuǎn)變，即被 Cr、 Mo等濃化了的 δ 相易于轉(zhuǎn)變析出 σ 相。 在不銹鋼中， σ 相通常只有在鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于 16%時(shí)才會(huì)析出，由于鉻有很高的擴(kuò)散性， σ 相在鐵素體中的析出比奧氏體中的快。這是因?yàn)殡S著焊接速度增大，冷卻速度也要增大，于是增大了凝固過(guò)程的不平衡性，凝固模式將逐次變化為 FA→AF→A ，相當(dāng)于圖 414中 A點(diǎn)向右移動(dòng)，因此熱裂傾向增大。增大焊接電流，焊接熱裂紋的產(chǎn)生傾向也隨之增大。 為避免焊縫枝晶粗大和過(guò)熱區(qū)晶粒粗化，以致增大偏析程度，應(yīng)盡量采用小焊接熱輸入快速焊工藝，而且不應(yīng)預(yù)熱，并降低層間溫度。凡促使出現(xiàn) A或 AF凝固模式的元素，該元素必會(huì)增大焊縫的熱裂傾向。奧氏體鋼焊縫， 提高 Ni含量時(shí)，熱裂傾向會(huì)增大；而提高 Cr含量，對(duì)熱裂不發(fā)生明顯影響。 總之，凡是溶解度小而能偏析形成易熔共晶的成分，都可能引起熱裂紋的產(chǎn)生。高溫時(shí)硼在在奧氏體中的溶解度非常低，只有 %，硼與鐵、鎳都能形成低熔點(diǎn)共晶。 6）碳的影響 碳對(duì)于熱裂敏感性的影響僅在一次結(jié)晶為奧氏體的單相奧氏體化的焊縫金屬中，碳對(duì)熱裂敏感性的影響很復(fù)雜，還取決于合金成分。含鈦低熔點(diǎn)相的形成對(duì)抗裂性的影響不如鈮的明顯，因?yàn)殁伵c氧有強(qiáng)的結(jié)和力，因此鈦通常不用于焊縫金屬的穩(wěn)定化，而是用于鋼的穩(wěn)定化。含鈮的低熔點(diǎn)相在鐵素體和奧氏體中的溶解度不同，從而對(duì)熱裂影響不同。 4）鈮的影響 鈮可與磷、鉻及錳一起形成低熔點(diǎn)磷化物，而與硅、鉻和錳則可形成低熔點(diǎn)硫化物－氧化物雜質(zhì)。 3） Si的影響 Si是鐵素體形成元素，焊縫中 wSi4%之后，碳的活動(dòng)能力增加，形成碳化物或碳氮化合物，因此，為了提高抗晶間腐蝕能力，必須使焊縫中 wC不超過(guò) %。在熱影響區(qū)中，硫比磷對(duì)裂紋敏感性更強(qiáng)，這是因?yàn)榱虮攘椎臄U(kuò)散速度快，更容易在晶界偏析。磷容易在焊縫中形成低熔點(diǎn)磷化物，增加熱裂敏感性，而硫則容易在焊接熱影響區(qū)形成低熔點(diǎn)硫化物而增加熱裂敏感性。 1） Mn的影響 在單相奧氏體鋼中 Mn的作用有利，但若同時(shí)存在 Cu時(shí)， Mn與 Cu可以相互促進(jìn)偏析，晶界易于出現(xiàn)偏析液膜而增大熱裂傾向。但如何進(jìn)行冶金化，還未能獲得完全有規(guī)律的認(rèn)識(shí)。 (3) 化學(xué)成分對(duì)熱裂紋的影響 調(diào)整成分歸根結(jié)底還是通過(guò)組織發(fā)生作用。 188系列奧氏體鋼，因 Creq/Nieq處于～ ，一般不會(huì)輕易發(fā)生熱裂。由此可知， 188系列奧氏體鋼，因 Creq/Nieq處亍 ～，一般丌會(huì)輕易収生熱裂；而 2520系列奧氏體鋼，因 Creq/Nieq＜ ， Ni含量越高，其比值越小，所以具有明顯的熱裂敏感性。以 AF模式凝固時(shí)，由亍是通過(guò)包晶 /共晶反應(yīng)面形成 γ+δ，這種共晶 δ丌足以構(gòu)成理想的 γδ界面，所以仍然可以呈現(xiàn)液膜潤(rùn)濕現(xiàn)象，以至還會(huì)有一定的熱裂傾向。凝固裂紋與凝固模式有直接關(guān)系。 晶粒潤(rùn)濕理論指出，偏析液膜能夠潤(rùn)濕 γ γ 、δ δ 界面，不能潤(rùn)濕 γ δ 異相界面。所謂凝固模式，首先是指以何種初生相（ γ 或 δ ）開(kāi)始結(jié)晶進(jìn)行凝固過(guò)程，其次是指以何種相完成凝固過(guò)程。但凝固開(kāi)始到結(jié)束都是單相 δ相組織，只是在繼續(xù)冷卻時(shí)，由亍収生 δ→γ 相變， δ數(shù)量越來(lái)越少，在平衡條件下直至為零。圖 414為 FeCrNi三元合金一個(gè)70%Fe的偽二元相圖。如圖 413所示，室溫 δ鐵素體數(shù)量由 0%增至100%，熱裂傾向不脆性溫度區(qū)間（ BTR）大小完全對(duì)應(yīng)。 (2) 凝固模式對(duì)熱裂紋的影響 凝固裂紋最易產(chǎn)生亍單相奧氏體（ γ）組織的焊縫中，如果為 γ＋ δ雙相組織，則丌易亍產(chǎn)生凝固裂紋，這已為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。 圖 38 00Cr20Ni10Nb 奧氏體焊縫的結(jié)晶裂紋 圖 39 含硼 304鋼 HAZ晶界液化裂紋 3) 奧氏體鋼及焊縫的合金組成較復(fù)雜，丌僅 S、 P、Sn、 Sb乊類(lèi)雜質(zhì)可形成易溶液膜，一些合金元素因溶解度有限（如 Si、 Nb），也能形成易溶共晶，如硅化物共晶、鈮化物共晶。焊縫金屬凝固期間存在較大拉應(yīng)力是產(chǎn)生熱裂紋的必要條件。 HAZ近縫區(qū)的熱裂紋大多是所謂液化裂紋。 2．熱裂紋 奧氏體鋼焊接時(shí)，在焊縫及近縫區(qū)都有產(chǎn)生裂紋的可能性，主要是熱裂紋。 為提高耐點(diǎn)蝕性能： 須減少 Cr、 Mo的析； 一方面采用較母材更高 Cr、 Mo含量的所謂“超合金化”焊接材 一方面 料（ Overalloyed Filler Metal）。因而晶軸負(fù)偏析部位易于產(chǎn)生點(diǎn)蝕。焊接材料選擇不當(dāng)時(shí)，焊縫中心部位也會(huì)有點(diǎn)蝕產(chǎn)生，其主要原因應(yīng)歸結(jié)為耐點(diǎn)蝕成分 Cr與 Mo的偏析。點(diǎn)蝕指數(shù) PI越小的鋼，點(diǎn)蝕傾向越大。 綜上所述，引起應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂須具備三個(gè)條件：首先是金屬在該環(huán)境中具有應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的傾向；其次是由這種材質(zhì)組成的結(jié)構(gòu)接觸戒處亍選擇性的腐蝕介質(zhì)中；最后是有高亍一定水平的拉應(yīng)力。 3）合金元素的作用 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂大多収生在合金中，在晶界上的合金元素偏析引起合金晶間開(kāi)裂是應(yīng)力腐蝕的主要因素乊一。消除 Ф125mm，壁厚 25mm，焊態(tài)時(shí)的焊接殘余應(yīng)力 σR =120MPa應(yīng)力退火后， LMP≥18時(shí)才開(kāi)始使 σR降低；當(dāng) LMP≈23時(shí)， σR≈0。 LMP越大，殘余應(yīng)力消除程度越大。 為防止應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，從根本上看，退火消除焊接殘余應(yīng)力最為重要。而在 H2SχO6介質(zhì)中，由亍晶間腐蝕領(lǐng)先，應(yīng)力則起到了加速作用，此時(shí)可認(rèn)為 σth≈0。在含氯化物介質(zhì)中，引起奧氏體鋼 SCC的臨界拉應(yīng)力 σth，接近奧氏體鋼的屈服點(diǎn) σs，即 σth≈σs。由亍低熱導(dǎo)率及高熱膨脹系數(shù)，丌銹鋼焊后常常產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。 Cl－ 離子濃度很高、氧含量較少戒 Cl－ 離子濃度較低、氧含量較高時(shí)，均丌會(huì)引起應(yīng)力腐蝕。 圖 47 刀狀腐蝕 (2) 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（ SCC） 1）腐蝕介質(zhì)的影響 應(yīng)力腐蝕的最大特點(diǎn)乊一是腐蝕介質(zhì)不材料組合上的選擇性，在此特定組合乊外丌會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。 實(shí)質(zhì)： 與 M23C6沉淀形成貧鉻層有關(guān) 。 發(fā)生部位： 只發(fā)生在含 Ti或 Bb的 188和 188鋼的熔合區(qū) 。 3）刀狀腐蝕 定義： 在熔合區(qū)產(chǎn)生的晶間腐蝕，如刀削切口形式， 故稱(chēng)為刀狀腐蝕。 焊縫上的晶間腐蝕通常都只是在多道多層焊的情況下出現(xiàn) 。由亍鉻原子的擴(kuò)散速率比碳小得多，來(lái)丌及補(bǔ)充形成碳化物所消耗的鉻，使晶粒邊界的鉻含量低亍耐蝕所需鉻的極限值（ WCr＜ 12%)，亍是導(dǎo)致晶粒邊緣貧鉻而喪失了耐腐蝕能力，在腐蝕介質(zhì)中工作一殌時(shí)間后就會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。 奧氏體丌銹鋼長(zhǎng)期加熱而導(dǎo)致晶間腐蝕的敏化溫度區(qū)為450～ 850℃ 。不銹鋼貧鉻區(qū)的存在是不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕敏感性的最重要的原因之一。在以后接觸到某些具有晶間腐蝕能力的介質(zhì)時(shí)，貧鉻區(qū)的溶解速度會(huì)大大超過(guò)晶粒本身。 貧鉻區(qū)： 不銹鋼在 300℃ 以上的熱過(guò)程中，晶粒邊界會(huì)析出碳化鉻、氮化鉻、 σ相與其他金屬間化合物等鉻含量高于甚至大大高于不銹鋼平均鉻含量的高鉻相，致使晶界高鉻相與晶粒外緣相鄰接的狹長(zhǎng)區(qū)域的鉻含量大大下降，稱(chēng)為貧鉻區(qū)。碳化鉻的析出溫度范圍實(shí)際上就是使不銹鋼產(chǎn)生與提高晶間腐蝕敏感性的主要敏化溫度范圍。其鉻含量常達(dá) 90%以上，大大高于不銹鋼的平均鉻含量。 碳化鉻： 不銹鋼在 300℃ ～ 950℃ 溫度范圍內(nèi)可能在晶界析出碳化鉻。 敏化 ：不銹鋼材在冶金和制造過(guò)程中經(jīng)受到熱成形、焊接、熱處理等溫度超過(guò) 300℃ 的熱作工藝，使得在晶界析出了碳化鉻、氮化鉻、 σ相和鉻與其他金屬間的化合物等高鉻相，同時(shí)在晶界高鉻相與晶粒鄰近的狹長(zhǎng)地區(qū)產(chǎn)生了貧鉻區(qū)，使不銹鋼產(chǎn)生與提高了晶間腐蝕敏感性，不銹鋼的這種受熱過(guò)程叫敏化。 焊縫區(qū)晶間腐蝕 鈍化 敏華 鈍化 ：由于金屬表面在腐蝕過(guò)程中生成的腐蝕產(chǎn)物（不銹鋼的腐蝕產(chǎn)物中主要含有 Cr2O3）很致密且能牢固地附著于金屬表面，阻滯了腐蝕過(guò)程，出現(xiàn)了腐蝕速度降低的現(xiàn)象，叫鈍化，金屬在介質(zhì)中處于鈍化的狀態(tài)叫鈍態(tài)。在正常情況下，現(xiàn)代技術(shù)水平可以保證焊縫區(qū)不會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。出現(xiàn)敏化區(qū)腐蝕就不會(huì)有熔合區(qū)腐蝕。 它發(fā)生的部位是在熱循環(huán)峰值溫度 600～ 1000℃ 的熱影響區(qū)，如圖 310a所示；也有的發(fā)生在焊縫金屬上，如圖 310b所示；另一種晶間腐蝕發(fā)生在焊縫的熔合線輪廓外側(cè)很狹窄的范圍內(nèi)，像刃狀深入發(fā)展，故稱(chēng)之刀狀腐蝕，如圖 310c所示，它是晶間腐蝕的一種特殊形式。 1．奧氏體不銹鋼焊接接頭的耐蝕性 (1) 晶間腐蝕 奧氏體不銹鋼焊接接頭，在腐蝕介質(zhì)中工作一段時(shí)間可能局部發(fā)生沿晶界的腐蝕，一般稱(chēng)此腐蝕為晶間腐蝕。由亍 Mo是縮小奧氏體相區(qū)的元素，為了固溶處理后得到單一的奧氏體相，在鋼中 Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 要提高到 10%以上 (3) 2520型奧氏體丌銹鋼 這類(lèi)鋼鉻、鎳含量很高，具有很好的耐腐蝕性能和耐熱性能。 奧氏體不銹鋼的類(lèi)型 常用的奧氏體型丌銹鋼根據(jù)其主要合金元素 Cr、 Ni的含量丌同，可分為如下三類(lèi)： (1) 188型奧氏體丌銹鋼 是應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)奧氏體丌銹鋼，也是奧氏體型丌銹鋼的基本鋼種，其他奧氏體鋼的鋼號(hào)都是根據(jù)丌同使用要求而衍生出來(lái)的。 耐熱性能： 耐熱性能是指高溫下 ， 既有抗氧化 或耐氣體介質(zhì)腐蝕的性能即熱穩(wěn)定性 ， 同時(shí)又 有足夠的強(qiáng)度即熱強(qiáng)性 。 易產(chǎn)生的 在 600700℃ 保溫 1h空冷可恢復(fù) 。 430～ 480℃ 之間長(zhǎng)期加熱并緩冷 ， 導(dǎo)致在 常溫時(shí)或負(fù)溫時(shí)出現(xiàn)強(qiáng)度升高而韌性下降的現(xiàn)象 。 多分布在晶界 ， 降低韌性 。 σ 相脆化： 是 Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約 45%的典型 FeCr 金屬間化合物 ， 無(wú)磁性 ， 硬而脆 。 什么是敏化區(qū) ？ 188鋼型奧氏體不銹鋼在 450850℃ 溫度 范圍內(nèi)加熱后對(duì)晶間腐蝕最為敏感 ， 通常 把這一溫度區(qū)間成為敏化溫度區(qū)間 ， 在此 區(qū)間內(nèi)加熱的過(guò)程稱(chēng)為敏化過(guò)程 。丌銹鋼的應(yīng)力腐蝕大部分是由氯引起的。若鋼中存在碳化物穩(wěn)定元素，如 Ti、 Nb等 (常稱(chēng)為穩(wěn)定化元素 )，經(jīng)穩(wěn)定化處理（加熱 850℃ *2h），優(yōu)先形成 NbC或 TIC，因可限制 Cr與 C結(jié)合，而防止 Cr的損失，故可提高抗晶間腐蝕性能。現(xiàn)已證明，若鋼中含碳量低于其溶解度， C%,就不會(huì)析出 Cr23C6，因而不會(huì)貧鉻。晶間腐蝕多卉不晶界層“貧鉻”現(xiàn)象有聯(lián)系。 點(diǎn)腐蝕（孔蝕或坑蝕）： 金屬材料表面大部分 不腐蝕或腐蝕輕微，而分散發(fā)生的局部腐蝕 均勻