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發(fā)布者：管理員
發(fā)布時(shí)間：2011-11-3閱讀：1044次
不銹鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接和切割是不可避免的。由于不銹鋼本身所具有的特性，與普碳鋼相比不銹鋼的焊接及切割有著其特殊性，更易在其焊接接頭及熱影響區(qū)(HAZ)產(chǎn)生各種缺陷。焊接時(shí)要特別注意不銹鋼的物理性質(zhì)。例如奧氏體型不銹鋼的熱膨脹系數(shù)是低碳鋼和高鉻系不銹鋼的1.5倍；導(dǎo)熱系數(shù)約是低碳鋼的1/3，而高鉻系不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)約是低碳鋼的1/2；比電阻是低碳鋼的4倍以上，而高鉻系不銹鋼是低碳鋼的3倍。這些條件加上金屬的密度、表面張力、磁性等條件都對(duì)焊接條件產(chǎn)生影響。
馬氏體型不銹鋼一般以13%Cr鋼為代表。它進(jìn)行焊接時(shí)，由于熱影響區(qū)中被加熱到相變點(diǎn)以上的區(qū)域發(fā)生γ—α(M)相變，因此存在低溫脆性、低溫韌性惡化、伴隨硬化產(chǎn)生的延展性下降等問(wèn)題。因而對(duì)于一般馬氏體型不銹鋼焊接時(shí)需進(jìn)行預(yù)熱，但碳、氮含量低的和使用丁系焊接材料時(shí)可不需預(yù)熱。焊接熱影響區(qū)的組織通常又硬又脆。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，可通過(guò)進(jìn)行焊后熱處理使其韌性和延展性得到恢復(fù)。另外碳、氮含量最低的牌號(hào)，在焊接狀態(tài)下也有一定的韌性。
鐵素體型不銹鋼以18%Cr鋼為代表。在含碳量低的情況下有良好的焊接性能，焊接裂紋內(nèi)敏感性也較低。但由于被加熱至900℃以上的焊接熱影響區(qū)晶粒顯著變粗，使得在室溫下缺少延伸性和韌性，易發(fā)生低溫裂紋。也就是說(shuō)，一般來(lái)講鐵素體型不銹鋼有475℃脆化、700—800℃長(zhǎng)時(shí)間加熱下發(fā)生“相脆性、夾雜物和晶粒粗化引起的脆化、低溫脆化、碳化物析出引起耐蝕性下降以及高合金鋼中易發(fā)生的延遲裂紋等問(wèn)題。通常應(yīng)在焊接時(shí)進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理，并在具有良好韌性的溫度范圍進(jìn)行焊接。
奧氏體型不銹鋼以18%Cr—8%Ni鋼為代表。原則上不須進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理。一般具有良好的焊接性能。但其中鎳、鉬含量高的高合金不銹鋼進(jìn)行焊接時(shí)易產(chǎn)生高溫裂紋。另外還易發(fā)生σ相脆化，在鐵素體生成元素的作用下生成的鐵素體引起低溫脆化，以及耐蝕性下降和應(yīng)力腐蝕裂紋等缺陷。經(jīng)焊接后，焊接接頭的力學(xué)性能一般良好，但當(dāng)在熱影響區(qū)中的晶界上有鉻的碳化物時(shí)會(huì)極易生成貧鉻層，而貧鉻層的出現(xiàn)將在使用過(guò)程中易產(chǎn)生晶間腐蝕。為避免問(wèn)題的發(fā)生，應(yīng)采用低碳(C≤0.03%)的牌號(hào)或添加鈦、鈮的牌號(hào)。為防止焊接金屬的高溫裂紋，通常認(rèn)為控制奧氏體中的δ鐵素體肯定是有效的。一般提倡在室溫下含5%以上的δ鐵素體。對(duì)于以耐蝕性為主要用途的鋼，應(yīng)選用低碳和穩(wěn)定的鋼種，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮负鬅崽幚恚欢越Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度為主要用途的鋼，不應(yīng)進(jìn)行焊接后熱處理，以防止變形和由于析出碳化物和發(fā)生σ相脆化。
雙相不銹鋼的焊接裂紋敏感性較低。但在熱影響區(qū)內(nèi)鐵素體含量的增加會(huì)使晶間腐蝕敏感性提高，因此可造成耐蝕性降低及低溫韌性惡化等問(wèn)題。
對(duì)于沉淀硬化型不銹鋼有焊接熱影響區(qū)發(fā)生軟化等問(wèn)題。
綜上所述，不銹鋼的焊接性能主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)高溫裂紋：在這里所說(shuō)的高溫裂紋是指與焊接有關(guān)的裂紋。高溫裂紋可大致分為凝固裂紋、顯微裂紋、HAZ(熱影響區(qū))的裂紋和再加熱裂紋等。
(2)低溫裂紋：在馬氏體型不銹鋼和部分具有馬氏體組織的鐵素體型不銹鋼中有時(shí)會(huì)發(fā)生低溫裂紋。由于其產(chǎn)生的主要原因是氫擴(kuò)散、焊接接頭的約束程度以及其中的硬化組織，所以解決方法主要是在焊接過(guò)程中減少氫的擴(kuò)散，適宜地進(jìn)行預(yù)熱和焊后熱處理以及減輕約束程度。
(3)焊接接頭的韌性：在奧氏體型不銹鋼中為減輕高溫裂紋敏感性，在成分設(shè)計(jì)上通常使其中殘存有5%—10%的鐵素體。但這些鐵素體的存在導(dǎo)致了低溫韌性的下降。在雙相不銹鋼進(jìn)行焊接時(shí)，焊接接頭區(qū)域的奧氏體量減少而對(duì)韌性產(chǎn)生影響。另外隨著其中鐵素體的增加，其韌性值有顯著下降的趨勢(shì)。
已證實(shí)高純鐵素體型不銹鋼的焊接接頭的韌性顯著下降的原因是由于混入碳、氮、氧的緣故。其中一些鋼的焊接接頭中的氧含量增加后生成了氧化物型夾雜，這些夾雜物成為裂紋發(fā)生源或裂紋傳播的途徑使得韌性下降。而有一些鋼則是由于在保護(hù)氣體中混入了空氣，其中的氮含量增加在基體解理面｛100｝面上產(chǎn)生板條狀Cr2N，基體變硬而使得韌性下降。
(4)σ相脆化：奧氏體型不銹鋼、鐵素體不銹鋼和雙相鋼易發(fā)生σ相脆化。由于組織中析出了百分之幾的α相，韌性顯著下降。“相一般是在600～900℃范圍內(nèi)析出，尤其在75℃左右最易析出。作為防止”相產(chǎn)生的預(yù)防型措施，奧氏體型不銹鋼中應(yīng)盡量減少鐵素體的含量。
(5)475℃脆化，在475℃附近(370—540℃)長(zhǎng)時(shí)間保溫時(shí)，使Fe—Cr合金分解為低鉻濃度的α固溶體和高鉻濃度的α’固溶體。當(dāng)α’固溶體中鉻濃度大于75%時(shí)形變由滑移變形轉(zhuǎn)變?yōu)閷\晶變形，從而發(fā)生475℃脆化。
馬氏體型不銹鋼一般以13%Cr鋼為代表。它進(jìn)行焊接時(shí)，由于熱影響區(qū)中被加熱到相變點(diǎn)以上的區(qū)域發(fā)生γ—α(M)相變，因此存在低溫脆性、低溫韌性惡化、伴隨硬化產(chǎn)生的延展性下降等問(wèn)題。因而對(duì)于一般馬氏體型不銹鋼焊接時(shí)需進(jìn)行預(yù)熱，但碳、氮含量低的和使用丁系焊接材料時(shí)可不需預(yù)熱。焊接熱影響區(qū)的組織通常又硬又脆。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，可通過(guò)進(jìn)行焊后熱處理使其韌性和延展性得到恢復(fù)。另外碳、氮含量最低的牌號(hào)，在焊接狀態(tài)下也有一定的韌性。
鐵素體型不銹鋼以18%Cr鋼為代表。在含碳量低的情況下有良好的焊接性能，焊接裂紋內(nèi)敏感性也較低。但由于被加熱至900℃以上的焊接熱影響區(qū)晶粒顯著變粗，使得在室溫下缺少延伸性和韌性，易發(fā)生低溫裂紋。也就是說(shuō)，一般來(lái)講鐵素體型不銹鋼有475℃脆化、700—800℃長(zhǎng)時(shí)間加熱下發(fā)生“相脆性、夾雜物和晶粒粗化引起的脆化、低溫脆化、碳化物析出引起耐蝕性下降以及高合金鋼中易發(fā)生的延遲裂紋等問(wèn)題。通常應(yīng)在焊接時(shí)進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理，并在具有良好韌性的溫度范圍進(jìn)行焊接。
奧氏體型不銹鋼以18%Cr—8%Ni鋼為代表。原則上不須進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理。一般具有良好的焊接性能。但其中鎳、鉬含量高的高合金不銹鋼進(jìn)行焊接時(shí)易產(chǎn)生高溫裂紋。另外還易發(fā)生σ相脆化，在鐵素體生成元素的作用下生成的鐵素體引起低溫脆化，以及耐蝕性下降和應(yīng)力腐蝕裂紋等缺陷。經(jīng)焊接后，焊接接頭的力學(xué)性能一般良好，但當(dāng)在熱影響區(qū)中的晶界上有鉻的碳化物時(shí)會(huì)極易生成貧鉻層，而貧鉻層的出現(xiàn)將在使用過(guò)程中易產(chǎn)生晶間腐蝕。為避免問(wèn)題的發(fā)生，應(yīng)采用低碳(C≤0.03%)的牌號(hào)或添加鈦、鈮的牌號(hào)。為防止焊接金屬的高溫裂紋，通常認(rèn)為控制奧氏體中的δ鐵素體肯定是有效的。一般提倡在室溫下含5%以上的δ鐵素體。對(duì)于以耐蝕性為主要用途的鋼，應(yīng)選用低碳和穩(wěn)定的鋼種，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮负鬅崽幚恚欢越Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度為主要用途的鋼，不應(yīng)進(jìn)行焊接后熱處理，以防止變形和由于析出碳化物和發(fā)生σ相脆化。
雙相不銹鋼的焊接裂紋敏感性較低。但在熱影響區(qū)內(nèi)鐵素體含量的增加會(huì)使晶間腐蝕敏感性提高，因此可造成耐蝕性降低及低溫韌性惡化等問(wèn)題。
對(duì)于沉淀硬化型不銹鋼有焊接熱影響區(qū)發(fā)生軟化等問(wèn)題。
綜上所述，不銹鋼的焊接性能主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)高溫裂紋：在這里所說(shuō)的高溫裂紋是指與焊接有關(guān)的裂紋。高溫裂紋可大致分為凝固裂紋、顯微裂紋、HAZ(熱影響區(qū))的裂紋和再加熱裂紋等。
(2)低溫裂紋：在馬氏體型不銹鋼和部分具有馬氏體組織的鐵素體型不銹鋼中有時(shí)會(huì)發(fā)生低溫裂紋。由于其產(chǎn)生的主要原因是氫擴(kuò)散、焊接接頭的約束程度以及其中的硬化組織，所以解決方法主要是在焊接過(guò)程中減少氫的擴(kuò)散，適宜地進(jìn)行預(yù)熱和焊后熱處理以及減輕約束程度。
(3)焊接接頭的韌性：在奧氏體型不銹鋼中為減輕高溫裂紋敏感性，在成分設(shè)計(jì)上通常使其中殘存有5%—10%的鐵素體。但這些鐵素體的存在導(dǎo)致了低溫韌性的下降。在雙相不銹鋼進(jìn)行焊接時(shí)，焊接接頭區(qū)域的奧氏體量減少而對(duì)韌性產(chǎn)生影響。另外隨著其中鐵素體的增加，其韌性值有顯著下降的趨勢(shì)。
已證實(shí)高純鐵素體型不銹鋼的焊接接頭的韌性顯著下降的原因是由于混入碳、氮、氧的緣故。其中一些鋼的焊接接頭中的氧含量增加后生成了氧化物型夾雜，這些夾雜物成為裂紋發(fā)生源或裂紋傳播的途徑使得韌性下降。而有一些鋼則是由于在保護(hù)氣體中混入了空氣，其中的氮含量增加在基體解理面｛100｝面上產(chǎn)生板條狀Cr2N，基體變硬而使得韌性下降。
(4)σ相脆化：奧氏體型不銹鋼、鐵素體不銹鋼和雙相鋼易發(fā)生σ相脆化。由于組織中析出了百分之幾的α相，韌性顯著下降。“相一般是在600～900℃范圍內(nèi)析出，尤其在75℃左右最易析出。作為防止”相產(chǎn)生的預(yù)防型措施，奧氏體型不銹鋼中應(yīng)盡量減少鐵素體的含量。
(5)475℃脆化，在475℃附近(370—540℃)長(zhǎng)時(shí)間保溫時(shí)，使Fe—Cr合金分解為低鉻濃度的α固溶體和高鉻濃度的α’固溶體。當(dāng)α’固溶體中鉻濃度大于75%時(shí)形變由滑移變形轉(zhuǎn)變?yōu)閷\晶變形，從而發(fā)生475℃脆化。
