【正文】 結(jié)構(gòu)生產(chǎn)及裝備 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2020 年 8 月 . [13] 賈安東 .焊接結(jié)構(gòu)與生產(chǎn) . 北京：機械工業(yè)出版社， 2020 年 1 月 . [14] 熊臘森 .焊接工程基礎(chǔ) . 北京：機械工業(yè)出版社， 2020 年 7 月 . [15] 張文鉞 .焊接冶金學(xué) . 北京：機械工業(yè)出版社， 2020 年 6 月 . [16] 李亞江 .焊接冶金學(xué) —— 材料焊接性 . 北京 ：機械工業(yè)出版社， 2020 年 10 月 . [17] 方洪淵 .焊接結(jié)構(gòu) . 北京：機械工業(yè)出版社， 2020 年 9 月 . [18] 陳裕川 .焊接工藝設(shè)計與實例分析 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2020 年 1 月 . [19] 伍玉嬌 .金屬材料學(xué) . 北京：北京大學(xué)出版社， 2020 年 8 月 . [20] 付華，張光磊 .材料性能學(xué) . 北京：北京大學(xué)出版社， 2020 年 9 月 . [21] 覃耀春 .金屬學(xué)與熱處理 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2020 年 6 月 . [22] 胡義祥 .周玉 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2020 年 6 月 . 指導(dǎo)教師簽字 教研室主任簽 字 主管系領(lǐng)導(dǎo)簽字 年 月 日 年 月 日 年 月 日 注：本任務(wù)書要求一式兩份，一份系部留存，一份報教務(wù)處實踐教學(xué)科。鋼的產(chǎn)量越高就代表這個國家的工業(yè)化水平越高。在不銹鋼中奧氏體不銹鋼又是其中非常重要的一種，在發(fā)達國家每年消耗的的鋼有 70%的是不銹 鋼，在我國也達到了 65%左右。 0Cr18Ni9 就是奧氏體不銹鋼，我做的這個課題就是探討 0Cr18Ni9 在低溫貯罐制造中的性能。低溫貯罐在現(xiàn)代生活、生產(chǎn)中使用已越來越廣泛，因此對 0Cr18Ni9 的探討就顯得越來越重要。 在這篇論文中我會通過一個焊接性試驗來探討 0Cr18Ni9 在低溫壓力容器中的各項性能我的這個實驗就是規(guī)格為 8 50 100mm 的兩塊 0Cr18Ni9 板水平對接焊接方法就是手工電弧焊。 關(guān)鍵詞：焊接性能 。使用性能 。Mechanics performance 。焊接工藝雖然發(fā)展歷史不長，但近年來發(fā)展十分迅速。隨著新焊接能源的開發(fā)與應(yīng)用，新的焊接方法不斷涌現(xiàn)，推動了焊接技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴大。迄今為止，焊接已發(fā)展為一門獨立的學(xué)科，在能源、交通、建筑，特別是在機器制造部門中，已成為不可缺少的工藝方法，并將發(fā)揮越來越大的作用。不銹鋼是指能耐空氣、水、酸、堿、鹽及其溶液和其他腐蝕介質(zhì)的、具有高度化學(xué)穩(wěn)定性的合金鋼的總稱。 奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分 不銹鋼按其金相組織可分為鐵素體型不 銹鋼、馬氏體型不銹鋼、奧氏體型不銹鋼、雙相不銹鋼 (包括奧氏體 — 鐵素體型、奧氏體 — 馬氏體型 )和沉淀硬化不銹鋼等 。依合金元素含量的不同，奧氏體不銹鋼可以分為 CrNi 奧氏體不銹鋼和 CrMnN 奧氏體不銹鋼。 CrNi 奧氏體不銹鋼具有良好的綜合力學(xué)性能、優(yōu)良的冷加工工藝（當(dāng)然包括焊接）性能、特別是在多種介質(zhì)中具有良好的耐腐蝕性、非磁性、 良好的高溫和低溫性能。但是，它的強度、硬度較低。如在奧氏體基體上會產(chǎn)生其他相，如鐵素體、馬氏體、碳化物、氮化物、碳氮化物、各種金屬間化合物等。 鉻當(dāng)量（ Creq ）和鎳當(dāng)量 (Nieq ）決定不銹鋼的組織。奧氏體和鐵素體含量的變化，會引起鋼的性能的變化。奧氏體不銹鋼中各主要元素的作用簡述如下： 1. 碳的主要作用 碳在高溫下，在奧氏體中有較高的溶解度，但是，隨著溫度的降低，碳在奧氏體中的溶解 度也降低而處于過飽和狀態(tài)。 鉻是奧氏體不銹鋼中主要的合金元素，但是，它也是形成金屬間化合物的主要合金元素。鉻又是較強的促進鐵素體形成的元素，在一定條件下（如高溫和低溫），也能使材料變脆。并且使鋼具有優(yōu)良的冷熱加工工藝（當(dāng)然包括焊接 )性能還能提高在氯化物中耐應(yīng)力腐蝕性能，及在還原性酸中的耐腐蝕性能。因此，在低溫用鋼中， Ni 是不可缺少的合金元素。它能夠提高奧氏體不銹鋼的強度，但是并不會顯著降低其塑性、韌性。 3 鉬也是奧氏體不銹鋼中經(jīng)常添加的 合金元素，又是較強的促進鐵素體形成的元素。還能強化奧氏體組織。 鈮和釩的析出強化可提高其蠕變強度 [1]。不同類別不銹鋼和低碳鋼的物理性能見表 1。由于奧氏體不銹鋼的特殊物理性能，在焊接過程中會引起較大的焊接變形，特別是在異種鋼焊接時，由于兩種材料的熱導(dǎo)率和線脹系數(shù)有很大差別，會產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力，成為焊接接頭產(chǎn)生裂紋的主要原因之一。 4 表 1 不銹鋼的物理性能 物 理 性 能 鋼 種 低碳鋼 奧氏體不銹鋼 鐵素體不銹鋼 馬氏體不銹鋼 密度 /㎏ (m（ ㎏ m1 12 69~102 59~67 55~72 熔點 /℃ 1538 1400~1450 1480~1530 1480~1530 奧氏體不銹鋼的化學(xué)性能 各類不銹鋼的力學(xué)性能見表 2。奧氏體不銹鋼同絕大多數(shù)的其它金屬材料相似，其抗拉強度、屈服點和硬度，隨著溫度的降低而提高；塑性則隨著溫度降低而減小；其具有較高的冷加工硬化性。 5 表 2 典型不銹鋼的力學(xué)性能 類型 牌號 熱處理狀態(tài) 屈服點?s/Mp a 抗拉強度 ?b/Mp a 伸長率?(％ ) 硬度 HBW 奧氏體型 0Cr18Ni9 固溶處理 ≥ 205 ≥ 520 ≥ 40 ≤ 187 1Cr19Ni9N ≥ 275 ≥ 550 ≥ 35 ≤ 217 0Cr25Ni20 ≥ 205 ≥ 520 ≥ 40 ≤ 187 1Cr18Ni12Mo2Ti ≥ 205 ≥ 530 ≥ 35 ≤ 187 1Cr18Ni9Ti ≥ 205 ≥ 520 ≥ 40 ≤ 187 奧氏體 鐵素體型 00Cr18Ni5Mo3Si2 固溶處理 ≥ 390 ≥ 590 ≥ 20 － 1Cr18Ni11Si4AlTi － ≥ 715 ≥ 30 － 1Cr25NiTi － ≥ 635 ≥ 20 － 0Cr26Ni5Mo2 ≥ 390 ≥ 590 ≥ 18 ≤ 277 鐵素體型 0Cr13Al 退火處理 ≥ 175 ≥ 410 ≥ 20 ≤ 183 1Cr15 ≥ 205 ≥ 450 ≥ 22 ≤ 183 00Cr17 ≥ 175 ≥ 365 ≥ 22 ≤ 183 1Cr17Mo ≥ 245 ≥ 410 ≥ 20 ≤ 217 00Cr18Mo2 ≥ 245 ≥ 410 ≥ 20 ≤ 217 馬氏體型 1Cr12 退火處理 ≥ 205 ≥ 440 ≥ 20 ≤ 200 1Cr13 ≥ 205 ≥ 440 ≥ 20 ≤ 183 3Cr13 ≥ 225 ≥ 440 ≥ 18 ≤ 235 1Cr17Ni2① ≥ 1080 ≥ 10 ① 1Cr17Ni2 為淬火回火狀態(tài)下的抗拉性能。當(dāng)在高溫長時間加熱時，可能導(dǎo)致475℃脆化， ? 脆性相產(chǎn)生或晶粒粗大等，使力學(xué)性能進一步惡化。一種不銹鋼可在多種介 質(zhì)中具有良好的耐蝕性，但在另外某種或某些介質(zhì)中，卻可能因化學(xué)穩(wěn)定性 6 低而發(fā)生腐蝕，所以一種不銹鋼不可能對所有介質(zhì)都具有耐蝕性。 ⑴ 均勻腐蝕 均勻腐蝕是指接觸腐蝕介質(zhì)的金屬表面全部產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象。 ⑵ 晶間腐蝕 晶間腐蝕起源于金屬表面沿金屬晶界發(fā)生的有選擇的深入金屬內(nèi)部的腐蝕。所以在所有的腐蝕形式中，晶間腐蝕的危害性最大，容易造成設(shè)備突然破壞，而在金屬外形上沒有任何變化。 ⑶ 點蝕 點蝕是指在金屬表面產(chǎn)生的尺寸約小于 的穿孔性或蝕抗性的宏 觀腐蝕。經(jīng)試驗研究表明，材料的陽極點位值越高，抗點蝕能力越好。 ⑷ 縫隙腐蝕 縫隙腐蝕是在金屬構(gòu)件縫隙處發(fā)生的斑點狀或潰瘍形宏觀蝕抗。從材料試驗結(jié)果分析上看， 0Cr18Ni9 及 00Cr17nI14Mo 型奧氏體不銹鋼、鐵素體及馬氏體不銹鋼在海中均有縫隙腐蝕的傾向。實際上只有采用鈦、高鉬鎳基合金和銅合金等，才能有效地防止縫隙腐蝕的發(fā)生。 ⑸ 應(yīng)力腐蝕破裂 應(yīng)力腐蝕破裂是指在拉伸應(yīng)力與電化學(xué)介質(zhì)的共同作用下，因陽極溶解過程而引起的斷裂。應(yīng)力腐蝕的最大特點之一是在腐蝕介質(zhì)與材料的組合上有選擇 性，在特定組合以外的條件下不產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。盡管 Cl－ 離子含量很高，但含 O 量很少時，不會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋；反之，也不會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，既強調(diào)了兩者共存的條件。 2 ) 應(yīng)力條件。 引起應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力有焊接加工過程中的內(nèi)應(yīng)力和工作應(yīng)力。消除殘余應(yīng)力是防止應(yīng)力腐蝕最有效的措施之一。一邊條件下純金屬不會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，應(yīng)力腐蝕均發(fā)生在合金中。 應(yīng)力腐蝕破裂在斷裂部位上具有如下的特征：一般在近介質(zhì)表面出現(xiàn)；沒有總體均勻腐蝕；宏觀裂紋較平直，常常有分支、花紋和龜裂；微觀裂紋一般由分支特征，裂紋尖端較銳利，根部較寬，且常起源于點蝕坑底和表面；有沿晶、穿晶與混合型裂紋。 奧氏體不銹鋼的焊接性 奧氏體不銹鋼具有面心立方晶 格結(jié)構(gòu)，通常具有良好的塑性和韌性，因此這類剛具有良好的彎折、卷曲和沖壓成形性；冷加工時不會產(chǎn)生任何的淬火硬化，盡管其線脹系數(shù)比較大，但焊接過程中極少出現(xiàn)冷裂紋。奧氏體不銹鋼焊接時存在的主要問題是：焊縫及熱影響區(qū)熱裂紋敏感性大；接頭產(chǎn)生碳化鉻沉淀析出，耐蝕性下降；接頭中鐵素體含量高，可能出現(xiàn) 475℃脆化或 ? 相脆化。 1． 焊接接頭產(chǎn)生熱裂紋的原因 8 奧氏體不銹鋼具有較大熱裂紋敏感性，主要取決于其化學(xué)成分、組織與性能特點： ⑴ 化學(xué)成分 奧氏體不銹鋼中的合金元素較多，尤其是含有一定適量的鎳，它易于硫、磷等雜質(zhì)形成低熔點共晶，如在 NiS 共晶熔點為 645℃， NiS 共晶熔點為 880℃，比 Fes、 FeP 共晶的熔點更低，危害性也更大。 ⑵ 組織 奧氏體不銹鋼焊縫易形成方向性強的粗大柱狀晶組織，有利于有害雜質(zhì)元素的偏析，從而促使形成連續(xù)的晶間液膜，增加了熱裂紋的敏感性。 從上述三方面分析可知，奧氏體不銹鋼的焊接熱裂紋傾向比低碳鋼大的多，尤其是高鎳奧氏體不銹鋼。鋼中鎳含量越高，越應(yīng)該嚴格控制硫、磷、硼、硒等有害元素的含量。加入鐵素體化元素，使焊縫金屬 出現(xiàn)奧氏體－鐵素體雙相組織，能夠有效地防止焊縫熱裂紋的產(chǎn)生。對于 188 型不銹鋼來說，當(dāng)焊接材料的鉻鎳比小于 時就易產(chǎn)生熱裂紋；而鉻鎳比達到 ~ 時，就可以防止熱裂紋的產(chǎn)生。 ④ 在焊縫金屬中加入少量的鈰、鋯、鉭等微量元素。 上述冶 金元素主要是通過選擇焊接材料來達到調(diào)整焊縫化學(xué)成分的目的。 ⑵ 工藝措施 焊接時應(yīng)盡量減小熔池過熱程度，以防止形成粗大的柱狀晶。 此外，液化裂紋主要出現(xiàn)在 2520 型奧氏體不銹鋼的焊接接頭中。 焊接接頭的晶間腐蝕 有些奧氏體不銹鋼的焊接接頭，在腐蝕介質(zhì)中工作一段時間后可能發(fā)生局部沿著晶界的腐蝕，一般稱此種腐蝕為晶間腐蝕。 1． 晶間腐蝕 ⑴ 產(chǎn)生晶間腐蝕的原因 奧氏體不銹鋼焊縫和 HZA 敏化區(qū)的晶間腐蝕，都與敏化過程使晶界形成貧鉻層有關(guān)。 從“貧鉻理論”的角度看，奧氏體不銹鋼在固溶狀態(tài)下，碳以過飽和形式溶解在 ? 固熔體中，加熱時，過飽和的碳與鉻結(jié)合以 Cr23C6的形式沿晶界析出。貧鉻層的電極電位比晶粒內(nèi)低得多，當(dāng)金屬與腐蝕介質(zhì)接觸時，就形成了微電池，電極電位低的境界稱為陽極，因此被腐蝕介質(zhì)溶解腐蝕。這是因為當(dāng)溫度低于 450℃時，碳原子活動能力很弱， Cr23C6 析出困難不會形成貧鉻層；而當(dāng)溫度高于 850℃時，晶粒內(nèi)部的鉻獲得了足夠的動能，擴散到境界，從而使已形成的盆各層消失；而在 450~850℃溫 度區(qū)間內(nèi)，既有利于 Cr23C6的析出，晶粒內(nèi)部的鉻原子又不能擴散到境界，最容易形成貧鉻層，對晶間腐蝕最敏感。 ⑵ 防止焊接接頭產(chǎn)生晶間腐蝕的措施 1 ) 冶金措施 ① 使焊縫金屬具有奧氏體 鐵素體雙相組織，其鐵素體的體積分數(shù)應(yīng)在 4％~12％范圍內(nèi)，不僅能提高焊縫金屬抗晶間腐蝕的 能力和抗應(yīng)力腐蝕的能力，同時還能提高焊縫金屬抗熱裂紋的能力。一般 認為鈦碳比大于 5 時，能提高抗晶間腐蝕的能力。這是由于鈦優(yōu)先地與全部的碳結(jié)合，消除了晶界的貧鉻地帶，從而改善了抗蝕性。最大限度地降低碳在焊縫金屬中的含量，達到低于碳在不銹鋼中室溫溶解極限值以下，使碳不可能與鉻生成 Cr23C6，從根本上消除晶界的貧鉻區(qū)。 如上所述，為了使焊縫金屬中含有恰當(dāng)?shù)暮辖鹪胤N類和數(shù)量，只有從焊接材料著手，選擇滿足上述冶金因素條件的焊條、焊劑及焊絲，才能使焊縫金屬達到不產(chǎn)生晶間腐蝕的目的。對于薄件、小型規(guī)則的焊接接頭，應(yīng)選用能量集中的真空電子束焊、等離子弧焊、鎢極氬弧焊；對于中等厚度的板材的焊縫，可采用熔化極氣體保護焊；而大厚度的板材的焊接，選用埋弧焊、焊條電弧焊為常用的焊接方法，氣焊不宜采用。 ③ 在操作上盡量采用窄焊縫，多道多層焊，并注意每焊完一 道焊縫后要等