1、A,1,唐山神鋼焊接材料有限公司 營(yíng)業(yè)部,不銹鋼焊接材料基礎(chǔ)知識(shí) 參考 資 料,A,2,不銹鋼的基本知識(shí) 不銹鋼是指在大氣、水、酸、堿和鹽或其他介質(zhì)中具有一定化學(xué)穩(wěn)定性的鋼的總稱。一般來講，耐大氣、蒸汽和水等弱介質(zhì)腐蝕的鋼稱為不銹鋼，而將其中耐酸、堿和鹽等腐蝕性強(qiáng)的鋼成為耐腐蝕鋼，或耐酸鋼。不銹鋼具有不銹性，但不一定耐腐蝕，而耐腐蝕鋼一般具有較好的不銹性。 從合金元素構(gòu)成講，不銹鋼是在普通碳鋼的基礎(chǔ)上，加入12%以上的Cr(鉻)，鉻在鋼的表面形成堅(jiān)固致密的Cr2O3氧化膜，使鋼與大氣或腐蝕介質(zhì)隔離而免遭腐蝕。若在此基礎(chǔ)上加入一定量的Si(硅）、AI(鋁）、等合金元素會(huì)提高鋼的抗氧化性；加入Mo

2、(鉬）、W（鎢）、V（釩）、Ti(鈦）等合金元素能形成細(xì)小的彌散的碳化物，起彌散強(qiáng)化作用，提高室溫和高溫強(qiáng)度；加入Ni(鎳）、Mo(鉬）、Cu(銅）、Nb(鈮）、Ti(鈦）、Si(硅）等合金元素，則能使鋼具有耐腐蝕性、抗氧化性或具有高溫強(qiáng)度等性能。 不銹鋼不僅具有很強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)也有足夠的強(qiáng)度和塑性，并且在一定高溫和低溫下具有穩(wěn)定的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。 由于不銹鋼具有很強(qiáng)上述的性能，所以不銹鋼被廣泛運(yùn)用于石油化工、醫(yī)療、食品、電力、交通、軍工、原子能、航天等領(lǐng)域的設(shè)備中。,A,3,1、不銹鋼的分類和化學(xué)成分 目前各國(guó)不銹鋼牌號(hào)已超過百種（我國(guó)有117個(gè)牌號(hào)），不銹鋼分類方法很多，按照G

3、B/T13304-1991鋼分類以及國(guó)際上通用的分類方法（按鋼的組織劃分），通常以金相組織及用途進(jìn)行分類。按金相組織分類為：鐵素體（F)型不銹鋼、馬氏體（M）型不銹鋼、奧氏體（A）型不銹鋼、奧氏體-鐵素體（A+F)型雙相不銹鋼、奧氏體-馬氏體（A+M)型雙相不銹鋼和沉淀硬化（PH）型不銹鋼鋼這幾類不銹鋼之間成分如圖1-1所示,0Cr13,1Cr13,0Cr18Ni9,WCr1826 WNi47,Cr17Ni7,PH17-7 PH17-7Mo PH14-8Mo,（F 型）,增碳,（M 型）,（A 型）,（A-F 型）,（A-M 型）,增Cr、Ni,（改善加工性，提高耐腐性）,增Cr,減Ni,（雙

4、相抗應(yīng)力腐蝕）,（沉淀相強(qiáng)化）,減Cr, Ni,加AI、Cu、Mo、Ti、Nb,（提高s ，HV）,（加工硬化，使s提高）,A,4,（1）奧氏體不銹鋼 奧氏體不銹鋼在室溫下內(nèi)部顯微組織或奧氏體+少量鐵素體組織。形成少量鐵素體的目的主要是為防止熱裂紋的產(chǎn)生，也有利于晶間腐蝕。 奧氏體不銹鋼以Cr18Ni9鐵基合金為基礎(chǔ)，再次基礎(chǔ)上隨著不同的用途，發(fā)展成圖1-2所示的鉻鎳不銹鋼系列。奧氏體不銹鋼不能利用熱處理使晶粒細(xì)化，也不能經(jīng)過淬火來提高其硬度。奧氏體不銹鋼在氧化性環(huán)境中具有優(yōu)良的耐腐蝕性能 和良好的耐熱 性能 ，是應(yīng)用最廣泛的不銹鋼，其中以 18-8型不銹鋼最具有 代表性,它有較好的力學(xué)性能和

5、良好的焊接性。但對(duì)溶液中含有氯離子（CI)的介質(zhì)特別敏感，易發(fā)生應(yīng)力腐蝕。在這類鋼中添加鈦和鈮時(shí)，能提高其抗晶間腐蝕能力；添加鉬、銅和鈦，則能提高其在還原酸（如稀硫酸）中的耐腐蝕性能，同時(shí)也提高其抗晶間腐蝕的能力。18-8型不銹鋼按期含碳量的不同分為三個(gè)等級(jí)：一般含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)WC0.15%）、低碳級(jí)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)WC0.08% ）和超低碳級(jí)（WC0.03%）。 奧氏體系不銹鋼彎曲、沖壓、焊接等性能優(yōu)良，容易加工。加熱也不會(huì)裂開或變硬，但是由于其熱傳導(dǎo)性差局部受熱，會(huì)導(dǎo)致局部變形嚴(yán)重。 一般常說的不銹鋼多指奧氏體系不銹鋼，因?yàn)槟透g性、機(jī)械性能、焊接性能都優(yōu)于馬氏體系和鐵素體系不銹鋼。被廣泛應(yīng)用

6、于罐體、熱交換器、污水處理裝置、廚房機(jī)器、澡盆等。 代表性鋼種 SUS304、SUS316。,增加碳量,(1提高耐蝕性),加Mo Cu Ti,提高抗還原性酸的能力,00Cr17Ni14Mo2,00Cr18Ni14Mo2Cu2Ti,(1) 0Cr18Ni9,00Cr19Ni10,降低碳量,提高強(qiáng)度,（2）0Cr18Ni9,1Cr18Ni9,增 Cr Ni,提高耐熱性,（5） 0Cr18Ni9,1Cr17Mn6Ni5N,1Cr18Mn8Ni5N,以Mn N代替Ni,節(jié)約Cr Ni,(6) 0Cr18Ni9,(4) 0Cr18Ni9,0Cr18NI12Mo2Cu2,1Cr23Ni13,1Cr25Ni

7、20,1Cr18Ni12Mo2Ti,1Cr18Ni12Mo3Ti,加入 Mo Cu Ti,提高抗還原性酸蝕能力和抗晶間腐蝕能力,提高抗晶間腐蝕能力,加Ti Nb穩(wěn)定碳化物,(3) 0Cr18Ni9,1Cr18Ni11Nb,1Cr18Ni9Ti,0Cr18Ni9Ti,A,5,（2）鐵素體不銹鋼 室溫下它的內(nèi)部顯微組織為鐵素體。合金元素以高Cr為主（通常Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)13%，不含Ni,某些鋼種添加有Mo、Ti、AI、Si等成分。一般以退火狀態(tài)供貨，其Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在11.5%32.0%范圍內(nèi)。隨著Cr含量的提高，其耐酸性也提高，加入Mo后，則可提高耐酸腐蝕性和抗應(yīng)力腐蝕的能力。這類不銹鋼的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

8、牌號(hào)有00Cr12、1Cr17、00Cr17Mo、00Cr32Mo2等。該類不銹鋼用于制造硝酸化工設(shè)備的吸收塔、熱交換器、儲(chǔ)槽和運(yùn)輸硝酸用的槽罐以及制造不承受沖擊載荷的其他零部件和設(shè)備。 按照碳和氮（C+N)的總含量，高Cr鐵素體不銹鋼分為普通純度和超高純度兩個(gè)系列。普通純度高Cr鐵素體不銹鋼，其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%左右，并含少量氮，如1Cr17、1Cr17Mo等牌號(hào)。它與常用的奧氏體型不銹鋼相比，缺點(diǎn)是材質(zhì)較脆，焊接工藝較差。這是因?yàn)椋鸿F素體晶粒長(zhǎng)大后，只有通過壓力加工才能細(xì)化；在高溫下（例如600820 ）停留時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，WCr 17%的鋼會(huì)生成脆性的相（CrmFen）；在400526 溫

9、度區(qū)間較長(zhǎng)時(shí)間停留會(huì)出現(xiàn)室溫下的脆性，即475 脆性。因這類鋼脆性較大，所以限制了他的應(yīng)用。 超低碳和超低氮含量（C+N 總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0525%0.035%）的超高純度高Cr鐵素體不銹鋼板，如00Cr18Mo2和00Cr27Mo等鐵素體不銹鋼，它們無論在韌性、耐蝕性還是焊接性等方面均優(yōu)于普通純度鐵素體不銹鋼。 （3）馬氏體不銹鋼 室溫下它的顯微組織為馬氏體、這類鋼種Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.5%18.0%，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)0.6%。碳含量增高，提高了鋼的強(qiáng)度和硬度。在這類鋼中加入少量鎳可促使馬氏體，同時(shí)又可提高其耐蝕性。 這類鋼具有一定的耐腐蝕性和較好的熱穩(wěn)定性以及強(qiáng)熱性，可以作為溫度低于

10、700 以下長(zhǎng)期工作的耐熱鋼用。它廣泛用來制造韌性較高的零件，如汽輪機(jī)的葉片、內(nèi)燃機(jī)排氣閥和醫(yī)療器械。這類鋼的焊接性較差。常用的馬氏體不銹鋼有1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2等。 （4）奧氏體-鐵素體型不銹鋼 室溫下其顯微組織為奧氏體加鐵素體。通常鐵素體的體積分?jǐn)?shù)約占50%。這類鋼是在奧氏體不銹鋼基礎(chǔ)上，添加更多的Cr、Mo、Si等擴(kuò)大鐵素體或降低含碳量而得到的鋼種。與含相同碳量的奧氏體相比，具有較小的晶間腐蝕傾向和較高的力學(xué)性能，且韌性比鐵素體不銹鋼好。 該類鋼具有抗點(diǎn)腐蝕、抗盈利腐蝕性能。雙相不銹鋼通常以固溶狀態(tài)供貨。常用奧氏體-鐵素體型不銹鋼牌號(hào)的鋼板有00Cr18N

11、i5Mo3Si2、 0Cr26NiMo2雙相和復(fù)相不銹鋼，其鐵素體的體積分?jǐn)?shù)約為50%。這類鋼的屈服強(qiáng)度約為一般奧氏體不銹鋼的兩倍，耐晶間腐蝕性較好。它已在打化,A,6,肥廠CO2車間冷卻器以及制鹽蒸發(fā)設(shè)備等方面推廣使用。這類鋼機(jī)械加工、冷沖壓和焊接性能均良好。 （5）沉淀硬化型不銹鋼 這是一類須經(jīng)時(shí)效強(qiáng)化處理以形成析出硬化相的高強(qiáng)度不銹鋼，包括馬氏體沉淀硬化型、半奧氏體沉淀硬化型和奧氏體沉淀硬化型三類。其中馬氏體沉淀硬化型在固溶處理后，空冷至即可得到馬氏體+少量鐵素體或馬氏體+少量殘余奧氏體的組織，然后經(jīng)過時(shí)效強(qiáng)化。而半奧氏體沉淀硬化型精固溶處理并冷卻至室溫后，得到的是不穩(wěn)定的奧氏體組織。為

12、了得到馬氏體組織，還需經(jīng)過Ms點(diǎn)升溫?zé)崽幚恚缓笤偈怪畷r(shí)效強(qiáng)化。奧氏體沉淀硬化型不銹鋼則是在室溫下呈穩(wěn)定的奧氏體組織，只須經(jīng)過時(shí)效強(qiáng)化即可達(dá)到目的。0Cr17Ni、0Cr17Ni4Cu4Nb和0CrNi7Mo2AI三種不銹鋼是屬于沉淀硬化半奧氏體型不銹鋼。該鋼的組織特點(diǎn)是在固溶或退火狀態(tài)是具有奧氏體加體積分?jǐn)?shù)為5%20%的鐵素體組織。這種鋼經(jīng)過系列的熱處理或機(jī)械變形處理后奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，在通過時(shí)效析出硬化達(dá)到所需要的強(qiáng)度。這種鋼具有良好的成形性能和良好的焊接性。 2、不銹鋼的性能 （1）不銹鋼的物理性能 碳鋼和不銹鋼相比，碳鋼的密度略高于鐵素體型和馬氏體型不銹鋼，而略低于奧氏體型不銹鋼；碳

13、鋼、鐵素體型不銹鋼和馬氏體型不銹鋼有磁性，奧氏體型不銹鋼無磁性，但其加工硬化生成馬氏體相變時(shí)將會(huì)產(chǎn)生磁性，可用熱處理方法來消除這種馬氏體組織而恢復(fù)其無磁性。 奧氏體型不銹鋼與碳鋼相比，具有以下特點(diǎn) 電阻率高，約為碳鋼的5倍。 線膨脹系數(shù)大，比碳鋼大40%左右，隨著溫度的升高，線膨脹系數(shù)的數(shù)值也相應(yīng)增加。 熱導(dǎo)率低，約為碳鋼的1/3. 由于奧氏體不銹鋼具有這些特殊的物理性能，在焊接過程中會(huì)引起較大的焊接變形。特別在異種金屬（指與碳鋼、低合金鋼）焊接時(shí)，由于這兩種材料的熱導(dǎo)率和線膨脹系數(shù)有很大差異，會(huì)產(chǎn)生很大的焊接殘余應(yīng)力，也成為焊接接頭產(chǎn)生裂紋的主要原因之一。 （2）不銹鋼的力學(xué)性能 馬氏體系不

14、銹鋼淬火后強(qiáng)度和硬度都增加，鐵素體系不銹鋼同碳鋼的強(qiáng)度很接近，但是韌性要低于碳鋼，奧氏體系不銹鋼的強(qiáng)度、延伸性、韌性都很好，不論是不銹鋼冷軋鋼板還是耐熱鋼版，奧氏體型的鋼板的綜合性能最好，既有足夠的強(qiáng)度，又極好的韌性，同時(shí)硬度也不高，這也是他們被廣泛采用的原因之一,A,7,奧氏體型不銹鋼同大多數(shù)金屬材料相似，其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度，隨著溫度的降低而提高；塑性則隨著溫度降低而減少。其抗拉強(qiáng)度在溫度1580 范圍內(nèi)變化較快，溫度進(jìn)一步降低時(shí)則變化緩慢而屈服強(qiáng)度的增長(zhǎng)是比較均勻的。更重要的是，隨著溫度的降低，其沖擊韌性減少緩慢，并不存在脆性轉(zhuǎn)變溫度。所以18-8型不銹鋼在低溫時(shí)能保持足夠的塑性和

15、韌性，如在溫度-196 時(shí)，沖擊吸收功可達(dá)392J；甚至在溫度為-270 的液氦介質(zhì)中具有阻止應(yīng)力集中部位發(fā)生脆性斷裂的能力。因此，這類鋼被廣泛應(yīng)用于制造深冷設(shè)備。但是，為了防止18-8型不銹鋼焊縫產(chǎn)生熱裂紋，在焊接材料中藥添加一些鐵素體形成元素，而少量鐵素體的形成會(huì)降低其低溫沖擊韌度。因此，焊接18-8型不銹鋼低溫材料時(shí)，要引起足夠的重視。 18-8型不銹鋼不僅在低溫時(shí)具有良好的力學(xué)性能，而且在高溫時(shí)又有較高的強(qiáng)熱性。它在900 的氧化介質(zhì)和在700 的還原介質(zhì)中，都能保持其化學(xué)穩(wěn)定性，所以這種鋼也是常用的耐熱材料。 （3）不銹鋼的耐熱性能 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

16、能（即熱穩(wěn)定性），同時(shí)在高溫時(shí)又有足夠的強(qiáng)度（即熱強(qiáng)性）。不銹鋼除了耐腐蝕性外，還具有優(yōu)良的耐高、低溫性能，許多不銹鋼可兼作耐熱鋼或低溫鋼使用。 作為耐熱鋼使用的不銹鋼，多為含碳量較高的鐵素體、馬氏體和奧氏體不銹鋼，他們具有下列特點(diǎn)。,A,8, 保證抗氧化要求需較高的含Cr量以形成致密的氧化膜。能在800 、1000 、1100 仍保持熱穩(wěn)定性的Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%20%、22%30%。含Cr量越高抗氧化能力越強(qiáng)。在鋼中加入AI和Si等合金元素有助于增強(qiáng)Cr的影響。使鋼材表面形成結(jié)構(gòu)致密并與鋼材表面牢固結(jié)合的氧化膜，如Cr2O3AI2O3SiO2等這種合金氧化膜。這種合金氧化膜具有良好的

17、保護(hù)作用，從而延長(zhǎng)鋼的使用壽命或提高使用溫度。在不銹鋼中，若氧化膜主要以（FeCr)2O3的形式出現(xiàn)時(shí)，其抗氧化溫度劇變的能力最為優(yōu)越。 保證熱強(qiáng)的措施 A. 增Ni以等到穩(wěn)定的奧氏體組織，利用MoW固溶強(qiáng)化，提高原子間 結(jié)合力。但加Mo對(duì)抗氧化性不利。 B. 形成碳化物（MC、M23C6）為主的第二相，為此應(yīng)適當(dāng)提高含碳量 C.加入微量元素硼或稀土等以控制晶粒度并強(qiáng)化晶界，如耐熱奧氏體鋼0Cr15Ni25Ti2MoAIVB 高溫脆化問題。耐熱不銹鋼在熱加工或高溫長(zhǎng)期工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種脆化現(xiàn)象，如0Cr13鋼在550 左右的回火脆性，高Cr鐵素體鋼的晶粒長(zhǎng)大脆化，奧氏體鋼沿晶界析出碳化物造成的脆

18、化以及鐵素體鋼的475 脆性、850 附近的相析出脆化，甚至搞Cr-Ni奧氏體鋼（如25-20）也有相析出脆化問題。耐熱鋼在高溫使用過程中要考慮到長(zhǎng)期高溫工作時(shí)可能產(chǎn)生脆化現(xiàn)象和高溫疲勞失效。疲勞失效一般由表層或者變面下某些缺陷形成裂紋，裂紋在交變載荷作用下，逐漸擴(kuò)大，直至斷裂。在較低溫度下，疲勞裂紋是穿晶的，而在高溫下的疲勞裂紋是沿晶間發(fā)展而導(dǎo)致斷裂。,A,9,（4）不銹鋼的耐蝕性能 耐蝕性是指給定的腐蝕體系內(nèi)，環(huán)境引起金屬腐蝕的能力。不銹鋼的耐腐蝕性能一般隨Cr含量的增加而提高。其基本原理是，當(dāng)鋼中有足夠的Cr時(shí)，在鋼的表面形成非常薄的致密氧化膜，它可以防止進(jìn)一步的氧化或腐蝕。氧化性環(huán)境可

19、以強(qiáng)化這種膜，而還原性環(huán)境則必然破壞這種膜，造成鋼的腐蝕。金屬腐蝕是金屬在腐蝕介質(zhì)作用下逐漸破壞的過程。不銹鋼在同一介質(zhì)中，不同不銹鋼的銹蝕速度不同；而同一不銹鋼在不同腐蝕介質(zhì)中，銹蝕情況也不一樣。金屬的腐蝕，按腐蝕機(jī)理分為化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕。 化學(xué)腐蝕是指在介質(zhì)中直接發(fā)生的化學(xué)作用，即金屬同介質(zhì)中離子直接交換電荷。鈍化防護(hù)薄膜之所以能阻止金屬再受腐蝕，其中要的一個(gè)方面是阻礙其離子交換和電荷的交換速度。 電化學(xué)腐蝕是金屬在電介質(zhì)中，由于電極反應(yīng)而發(fā)生的腐蝕。在許多電化學(xué)腐蝕過程中，有一種金屬與另一種金屬共同參與，或,A,10,者金屬內(nèi)部各不同相的組成物共同參與，即形成所謂的電偶腐蝕，此種情況

20、下，一種金屬構(gòu)成陽極受腐蝕而發(fā)生溶解，另一種金屬構(gòu)成陰極而不發(fā)生還原反應(yīng)，工程中的金屬腐蝕，絕大多數(shù)屬于電化學(xué)腐蝕。 不銹鋼的主要腐蝕形式有均勻腐蝕（表面腐蝕）和局部腐蝕，局部腐蝕又分為點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕等。據(jù)分析，不銹鋼的腐蝕破壞，90%以上為局部腐蝕造成的。 全面腐蝕 金屬表面很均勻的被腐蝕。 鐵素體系、馬氏體系不銹鋼能夠抵抗硝酸這樣的氧化性酸。但是像硫酸這樣的非氧化性酸會(huì)將不動(dòng)態(tài)破壞使其被腐蝕。 奧氏體系不銹鋼即便是硫酸也顯示出很好的耐腐蝕性。 孔蝕和縫隙腐蝕 部分不動(dòng)態(tài)被破壞，腐蝕發(fā)生在某一位置被稱為孔蝕。 金屬表面的飛濺等附著物下，異物之間縫隙處產(chǎn)生的腐蝕被稱為縫隙

21、腐蝕。 當(dāng)環(huán)境中有氯離子等存在會(huì)經(jīng)常發(fā)生以上這兩種腐蝕。 晶間腐蝕 晶間腐蝕是鉻的碳化物析出在結(jié)晶粒界附近有選擇的腐蝕。 應(yīng)力腐蝕裂紋 應(yīng)力腐蝕裂紋是拉伸應(yīng)力與腐蝕環(huán)境的相互作用產(chǎn)生的，主要發(fā)生在奧氏體系不銹鋼。機(jī)械加工不能消除焊接時(shí)產(chǎn)生的殘留應(yīng)力，在使用過程中會(huì)有負(fù)荷應(yīng)力等產(chǎn)生。這種腐蝕在含有氯離子50200的環(huán)境里經(jīng)常發(fā)生。,A,11,（5）各種合金元素對(duì)不銹鋼組織和性能的影響 各種合金元素對(duì)鋼的作用不是簡(jiǎn)單的疊加，也不是相互抵消的。他們之間有時(shí)會(huì)新的物理化學(xué)作用，往往會(huì)引起強(qiáng)化力學(xué)性能的作用。各種合金元素對(duì)不銹鋼組織結(jié)構(gòu)和性能的影響見下表，從表中可以看出，合金元素對(duì)不銹鋼組織的影響基本上分三大類：第一類是形成鐵素體的元素，有Cr、Si、AI、Mo、Ti、Nb等；第二類是形成奧氏體的元素，有C、N、Ni、Mn、Cu，其中C和N的作用最大；第三類是形成碳化物的元素，有Nb、Ti、C、Cr、W、Mo等。加入Cu、AI、Ti、Nb、N等元素能促使鋼產(chǎn)生彌散硬化，從而提高鋼的熱強(qiáng)性。,A,