《材料焊接性》PPT课件.ppt

焊接冶金学 兰州理工大学王晓军 材料焊接性 Q345E 16Mnq 南京长江大桥 以 渤海8号 自升式钻井平台为例 悬臂梁选用588MPa级高强度钢 牌号为WELLEN60 Q235A Q460 化学成分16Mn钢为基础 不添加V元素 添加约0 02 的Nb元素 采用控轧控冷工艺 TMCP 主要依靠晶粒细化和析出强化提高钢材强度 鸟巢 S355K2G3 16Mn 铜合金螺旋桨ZQAl10 3Fe 1 5Mn 课程基本信息 课程英文名称 MaterialsWeldability课程编号 301501课程学时 学分 32 1 5 其中讲课 28 实验 4课程类别 专业课考试方式 笔试 闭卷试题类型 选择 判断 填空 简答 综合分析成绩评定方式 平时成绩30 期末考试70 焊接金属学 焊接工艺学 焊接力学 焊接工程学 标准 新技术 焊接系统工程学 设计 材料 施工 试验检验 性能评价 材料选择 生产设计 生产管理 质量管理 人为因素 生产性 经济性 可靠性 安全性 焊接网络 焊接网络图 材料焊接性课程要解决的问题 如何解决实际工程中的焊接技术 焊接质量问题 这就是材料焊接性课程要解决的问题 即要解决以下两个问题 1 从工程实际提取理论研究对象 2 如何把理论应用到工程实践中去 理论与实践结合 焊接工作者的两大努力方向 1 如何把材料焊得好 解决材料的焊接性 研究焊接接头的性能和工艺方法 焊接参数之间的关系 2 如何焊得快 在保证焊接接头性能的前提下 研究采用什么工艺手段 使焊接的效率提高 好而快 主要参考资料 1 李亚江 金属焊接性 机械工业出版社2 陈伯蠡 金属焊接性基础 机械工业出版社3 顾钰熹 焊接连续冷却转变图及其应用机械工业出版社 第1章概述 1 1材料在工程中的发展及应用发展及应用 石器 青铜器 铁器时代 先进材料 中国6 267亿吨 河北 宝钢 鞍本 武钢 沙钢 首钢世界14 14亿吨 米塔尔 浦项 新日铁 JFE 生产工具是生产力发展水平的标志 1 1 1钢结构的发展及应用 表1 1国外近几年在不同结构上使用低合金钢的比例 表1 2主要工业部门对低合金钢的需求 1 低合金钢的发展 铆接 设计参数 抗拉强度 钢的强化 碳 单一合金元素 采用焊接技术 设计参数 屈服强度 韧性和焊接性 低合金高强钢快速发展 钢中碳的质量分数降低到0 1 以下 20世纪20年代以前 20世纪20 60年代 20世纪70年代以后 2 合金结构钢的应用 低合金钢锅炉和压力容器用钢船舶用低合金钢低温钢 建筑 桥梁 工程机械等 可以热轧 退火 正火 回火或调质状态供货 船舶用钢的合金系统基本上为C Mn和C Mn V Nb 用各种液态烯烃低温贮存设备 1 1 2有色金属的发展及应用 当前全世界金属材料的总产量约8亿t 其中有色金属材料约占5 处于补充地位 但有色金属的特殊作用却是钢铁材料无法代替的 航天 电子 信息 汽车 交通 轻工等 有色金属及合金分类 合金组分总的质量分数 根据组成合金元素数目 按基体金属 铝合金 铜合金 钛合金 镍合金等 二元合金 三元合金和多元合金 小于2 5 的为低合金 2 5 10 的为中合金 大于10 的为高合金 1 铝及铝合金 特点 应用 密度低 强度高 耐腐蚀导电导热性好 可焊接及加工性能好 应用仅次于钢铁 成为第二大金属 航空航天 汽车 高速列车 地铁车辆 飞机 舰船等 2 铜及铜合金 较高的导电导热性 抗磁性 耐蚀性 加工性 特点 分类 纯铜 黄铜 铜锌合金 青铜 黄铜 白铜以外的铜合金 白铜 铜镍合金 3 钛及钛合金 日本神户制钢公司 美国汽车公司 在飞机机体制造 轿车和运动摩托车排气系统用新型钛合金 最高温度可达800 汽车弹簧 发动机连杆和阀门上也采用了钛合金材料 树脂基复合材料和钛合金用量增加 1 1 3先进材料的发展及应用 根据其使用性能可分为结构材料和功能材料 具有高强度 高韧性 耐高温 抗腐蚀等优点 先进陶瓷 优点 耐更高温 但焊接难度很大 在新能源 航天以及海洋开发等特殊领域具有广泛的应用前景 金属间化合物先进复合材料 具有许多独特的物理 化学和力学性能 是一种很有发展前景的高温结构材料 克服单一材料的局限性 Ti3Al在航空航天应用十分广泛 Fe3A1能够在熔炉高温装置以及航空航天 电力等的应用 1 2本课程的任务 内容和特点 1 2 1本课程的目的和任务 目的 培养学生掌握对材料进行焊接性分析的基本方法 任务 培养学生对专业基本概念的理解 加强学生独立归纳整理和分析的能力 1 2 2本课程的内容和教学要求 内容 由概述 焊接性及其试验评定 合金结构钢的焊接 不锈钢及耐热钢的焊接 有色金属的焊接 铸铁焊接 先进材料的焊接和异种材料的焊接等章节组成 思考题 根据本章所述内容 举例说明低合金钢焊接在工程结构中的重要作用 第1章金属焊接性及其试验方法 由于在焊接过程中 焊接接头中的各种物理化学反应 在温度和化学成分都处于极不平衡的特定条件下进行的 引起两方面的后果 1 在焊接区内产生各种类型的缺陷 使焊接接头丧失其连续性 2 即使没有产生缺陷 也可能降低了某些必要的性能 影响焊接结构的使用寿命 第1章金属焊接性及其试验方法 因此 金属本身固有的基本性能 还不能直接表明它在焊接时出现什么问题 以及焊后接头性能是否满足使用要求 这样就要求人们从焊接的角度来分析研究金属某些特有的性能 焊接性 1焊接性及影响因素 一 焊接性概念焊接性 同质材料或异质材料在制造工艺条件下 能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力 讨论 1 正确区别 焊接 和 焊接性 2 分析研究焊接性的目的 1 工艺焊接性 使用焊接性 工艺焊接性是指金属或材料在一定的焊接工艺条件下 能否获得优质致密 无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头的能力 使用焊接性是指焊接接头或整体焊接结构满足技术条件所规定的各种性能的程度 包括常规的力学性能 强度 塑性 韧性等 或特定工作条件下的使用性能 如低温韧性 断裂韧性 高温蠕变强度 持久强度 疲劳性能以及耐蚀性 耐磨性等 2 冶金焊接性 热焊接性 焊接过程 热过程 HAZ 冶金过程 WM 热焊接性 冶金焊接性 2 冶金焊接性 热焊接性 1 冶金焊接性冶金焊接性是指熔焊高温下的熔池金属与气相 熔渣等相之间发生化学冶金反应所引起的焊接性变化 2 热焊接性焊接过程中要向接头区域输人很多热量 对焊缝附近区域形成加热和冷却过程 这对靠近焊缝的热影响区的组织性能有很大影响 从而引起热影响区硬度 强度 韧性 耐蚀性等的变化 二 影响焊接性的因素 四大因素 材料 设计 工艺及服役环境 1 材料母材和焊材以一定熔合比形成熔池 正确选用母材和焊材是保证焊接性良好的重要因素 若选择不当 影响化学成分 力学性能等性能 甚至导致焊接缺欠 2 设计焊接接头的结构设计会影响应力状态 从而对焊接性产生影响 设计时注意减少焊接缺陷 多向应力和应力集中 1 材料因素如 焊接材料 焊接材料 种类供应方式电极 药芯焊丝实心焊丝 烧结型熔炼型 焊条焊丝焊剂保护气体 焊炬保护气体背面保护气体控制熔池用气体控制电弧用气体自保护 连续供给手工固定填入 熔化非熔化 2 设计因素 结构类型 接头形式 接头形式 对接接头T型接头十字接头角接接头搭接接头堆焊 结构类型 圆筒结构球形结构管结构平板结构框架结构装配结构 完全焊透部分焊透 双面焊单面焊 衬垫焊无衬垫水冷铜壁板 3 工艺对于同一母材 采用不同的焊接方法和工艺措施 所表现出来的焊接性有很大的差异 焊接方法的影响首先表现在焊接热源能量密度 温度以及热量输入上 其次表现在保护熔池及接头附近区域的方式上 如渣保护 气体保护 渣 气联合保护以及在真空中焊接等 工艺措施 预热 层温 缓冷和焊后热处理 对防止焊接缺陷 提高接头使用性能有重要的作用 3 工艺因素如 熔焊方法 熔焊方法 手工电弧焊自动买弧焊MIG MAGTIG等离子弧焊气电立焊自保护电弧焊电渣焊电子束焊激光焊气焊其它 焊接位置 平焊横焊立焊仰焊水平固定管 全位置 返回 横看 没有一种母材所有焊接方法都适用竖看 没有一种焊接方法所有母材都适用 铝返回 4 服役环境焊接结构的服役环境多种多样 如工作温度高低 工作介质种类 载荷性质等都属于使用条件 工作温度高时 可能产生蠕变 工作温度低或载荷为冲击载荷时 容易发生脆性破坏 工作介质有腐蚀性时 接头要求具有耐腐蚀性 使用条件越不利 焊接性就越不易保证 2焊接性试验的内容及评定原则 一 焊接性试验的内容1 WM 热裂纹 2焊接性试验的内容及评定原则 一 焊接性试验的内容2 WM HAZ冷裂纹 淬硬倾向 氢的作用 拘束度 冷裂纹 2焊接性试验的内容及评定原则 一 焊接性试验的内容3 焊接接头 脆性转变能力 2焊接性试验的内容及评定原则 一 焊接性试验的内容4 焊接接头 使用能力 2焊接性试验的内容及评定原则 二 评定焊接性的原则1 评定焊接接头产生工艺缺陷的倾向 为制定合理的焊接工艺提供依据 2 评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求 选择已有的或设计新的焊接性试验方法应符合下述原则 1 可比性尽可能接近实际焊接条件2 针对性应针对具体的焊接结构3 再现性结果要稳定可靠 具有很好的再现性4 经济性力求少耗材 易加工 短周期 低费用 2焊接性试验的内容及评定原则 三 焊接性评定方法的分类1 模拟类2 实焊类3 理论分析和计算类 利用CCT图或SHCCT图分析 1 模拟类Gleeble3500 2 实焊类方法 在一定条件下进行焊接 通过实焊过程来评价焊接性 主要有 裂纹敏感性试验 焊接接头的力学性能试验 低温脆性试验 断裂韧性试验 高温蠕变及持久强度试验等 1 焊接冷裂纹试验 小铁研 试验 插销试验 TRH RRC等 2 焊接热裂纹试验可调拘束裂纹试验 FISCO等 3 消除应力裂纹试验 小铁研 试验 H形拘束试验 插销式消除应力裂纹试验法等 4 层状撕裂试验Z向拉伸试验 Z向窗口试验等 5 应力腐蚀裂纹试验U形弯曲试验 缺口试验等 3 理论分析和计算类方法 利用物理性能分析Tm 利用化学成分分析CECeq利用化学性能分析 Ti O2 TiO4Al 3O2 2Al2O3 利用CCT图或SHCCT图分析利用合金相图 根据金属的特性 3焊接性的评定及试验方法 间接分析法直接试验法 焊接性试验方法 碳是各元素中对冷裂敏感性影响最显著的 因而人们就将各种元素都按相当与若干含碳量折合叠加起来求得所谓碳当量 CE或Ceq 用来估计冷裂倾向的大小 加权 权重 一 焊接性的间接评定 1 碳当量法 碳当量法 国际焊接协会 IIW 此式适用于中 高强度的非调质低合金高强钢 CE 0 45 焊接25mm的板可以不预热 C 0 207 时 焊接厚度 37mm的板可以不预热 碳当量法 日本JIS此式适用于低合金调质钢 其化学成分范围 C 0 2 或0 18 Si 0 55 Mn 1 5 Cu 0 5 Ni 2 5 Cr 1 25 Mo 0 7 V 0 1 B 0 006 根据钢材强度和碳当量确定预热要求 钢板厚度小于25mm 采用焊条电弧焊 焊接热输入17KJ cm 碳当量法 美国焊接学会AWS此式适合化学成分范围 C 0 6 Mn 1 6 Ni 3 3 Cr 1 0 Mo 0 6 P 0 05 0 15 Cu 0 5 1 0 当Cu 0 5或P 0 05时不计入 焊接性与碳当量的关系 不同条件下的预热要求 2 焊接冷裂纹敏感指数法 除碳当量外 焊缝含氢量和接头拘束度都对冷裂纹倾向有很大影响 T0 1440Pc 392 3 热裂纹敏感性指数法 1 热裂纹敏感系数HCSHCS 4 无热裂纹 HCS越大 热裂纹越敏感 临界应变增长率CSTCST 6 5 10 4 无裂纹 4 消除应力裂纹敏感性指数法 1 G法 G 0时 对裂纹不敏感 G 0时 敏感 G 1 5时 对裂纹不敏感 G 2时 敏感 PSR法 PSR 0 对裂纹敏感 5 层状撕裂敏感性指数法 6 焊接HAZ最高硬度法 L 200mm B 150mm 20mm l 125mmGB4675 5 1984 焊接性试验焊接热影响区最高硬度试验方法 二 焊接性的直接试验方法 1 焊接冷裂纹试验方法 1 斜Y坡口对接裂纹试验 小铁研试验 主要用于评价打底焊缝及其热影响区冷裂纹倾向 试验焊缝只有一道 目的是鉴定第一层焊道根部裂纹敏感性 斜Y形坡口焊接裂纹试验 斜Y形坡口焊接裂纹试验 焊接规范为标准规范 焊条直径 4mm I 170A U 24V V焊 150mm min 试验焊缝两端都不得与拘束焊缝相连 应各相距2 3mm 熔敷焊缝试验以后 至少放置24小时 然后进行裂纹检验 表面裂纹率 lf L 100 根部裂纹率 lr L 100 断面裂纹率 Hs H 100 斜Y形坡口焊接裂纹试验 2 TRC试验和RRC试验 拉伸拘束裂纹试验 TRC 基本原理是模拟焊接接头承受的平均拘束应力 主要评定冷裂纹敏感性 此法设备较大而复杂 所需试板也很大 试验结果常与插销试验结果一致 现在用的不多 刚性拘束裂纹试验 RRC 基本原理是模拟焊接接头承受外部拘束 由于接头冷却时金属收缩所产生的应力而引起裂纹 可以用作评价冷裂纹敏感性的尺度 此试验比TRC试验的恒载拉伸更接近实际焊接情况 3 刚性固定对接裂纹试验 巴东试验 此法主要用于测定焊缝的冷裂纹和热裂纹倾向 但也可以测定热影响区的冷裂纹倾向 4 窗形拘束裂纹试验 此法主要用于测定多层焊时焊缝横向冷裂纹及热裂纹的敏感性焊后放置24小时再检查 一般以有无裂纹为准 也可以裂纹率为相对比较 5 插销试验 插销试验是一种简便又省材料的试验方法主要用于考核材料的氢致延迟裂纹敏感性 一种模拟的方法 切口效应 不同板厚 不同冷却速度 切口尖端的组织和抗裂性 拘束应力的大小 应力开始作用时间 插销试验 插销试验 插销试验 插销试验 试验结果 断裂时间tF及 Cr的关系 找出 Cr s的施工条件 可调节的工艺因素 H D T0 TP 填充金属材料 6 搭接接头焊接性试验 CTS 2 焊接热裂纹试验方法 1 压板对接 FISCO 焊接裂纹试验法 此法 GB4675 4 84 主要用于评定热裂纹敏感性 也可以做钢材与焊条匹配性的试验 压板对接 FISCO 焊接裂纹试验法 2 焊接按生产中的工艺焊接4条约40mm长的焊缝 3 计算裂纹率 lF裂纹长度之和 LF焊缝长度之和 2 可调拘束裂纹试验法 1 用途 评定热裂纹敏感性 美国焊接专家Savage1965年提出 2 试验方法 纵向可调拘束裂纹试验法横向可调拘束裂纹试验法 可调拘束裂纹试验法 可调拘束裂纹试验法 试验原理改变模块的R即可改变应变量 而达到一定值时 就会在焊缝或热影响区发生热裂纹 随着增加 裂纹的数目及长度的总和也增加 从而获得一定的规律 3 焊接消除应力裂纹试验方法 1 插销式消除应力裂纹试验法2 H形拘束试验3 斜Y形坡口消除应力裂纹试验 4 层状撕裂试验方法 1 Z向拉伸试验 此法用于测定层状撕裂敏感性 试棒拉伸破坏后 以Z向断面收缩率 为层状撕裂敏感性的判据 15 25 时 才能较好地抵抗层状撕裂 2 Z向窗口试验 2 Z向窗口试验 此法也是测试层状撕裂敏感性的试验方法焊接顺序 先焊1 2两条拘束焊缝 再焊3 4两条试验焊缝 计算裂纹率 lF裂纹长度之和 LF焊缝长度之和 第一章思考题 1 什么是焊接性 包含哪几个方面 2 不同的焊接方法是如何影响材料焊接性的 3 小铁研实验的条件是什么 裂纹率如何测量与计算 4 插销试验的目的是什么 如何利用插销试验确定预热温度 5 产生层状撕裂的主要原因是什么 如何用试验的方法确定材料层状撕裂的敏感性 第三章合金结构钢的焊接 碳素钢 合金元素 合金结构钢综合性能好 强度高 韧性 塑性和焊接性好 应用广泛 压力容器 工程机械 石油化工 桥梁 船舶等 第三章合金结构钢的焊接 1分类和性能一 分类 按合金元素含量分类 合金钢 低合金钢 合金元素总的质量分数不超过5 中合金钢 合金元素总的质量分数为5 10 高合金钢 合金元素总的质量分数大于10 第1节分类 性能 一 合金结构钢的分类凡是用做机械零件和各种工程结构的钢材都称为结构钢 合金结构钢可分两类 1 强度用钢2 特殊用钢 强度用钢凡是屈服强度大于295MPa的强度用钢均可称为高强钢 一般有热轧钢 正火钢 低碳调质钢和中碳调质钢 微合金化钢 焊接无裂纹钢 抗层状撕裂钢和大线能量钢 第1节分类 性能 1 热轧及正火钢凡是屈服强度为295 490MPa的低合金高强钢 一般都在热轧或正火状态下供货使用 故称热轧钢及正火钢 是一种非热处理强化钢 CF钢 Z向钢 大线能量钢 TMCP钢 UFG钢 第1节分类 性能 CF钢 日本的610U2 属于低碳调质钢中的焊接无裂纹钢 CF钢 其特点是含碳量低 0 09 总碳当量低 CEQ2 0 39 裂纹敏感系数低 PCM 0 19 由于在钢材生产过程中采用新技术 如在线余热淬火等 在碳当量不大情况下 增加其淬透性 并加入多种微量元素 所以能在保证高强度的同时提高其塑性和韧性 40 时其AKv 200J甚至达300以上 Z向钢 Z向钢是在某一等级结构钢 称为母级钢 的基础上 经过特殊冶炼 镇静处理和适当热处理的钢材 厚度方向承受拉伸载荷而对厚度方向有性能要求的厚度不小于15mm的钢材与扁钢 简称Z向钢 大线能量钢 Ti作为微合金元素提高钢的大线能量焊接的可焊性 这是由于Ti的氮化物和氧化物在高温下具有较好的稳定性 Ti微合金钢合金化的经典观点是Ti和N的含量应保持在理想化学比Ti N 3 42附近 TMCP钢 热机械控制处理 TMCP ThermoMechanicalControlProcess 也称控轧控冷工艺 在日本被译为加工热处理 工艺 将 控轧 CR ControlledRolling 轧制温度比普通轧制低 技术与随后的 加速冷却 AcC AcceleratedCooling 快于空冷 结合起来 在尽量减少合金元素添加的情况下 依靠细化晶粒能得到正火或淬火 回火等热处理不可能得到的强度和低温韧性 实现了非调质高强钢的开发 UFG钢 超细晶粒钢 Utrafine GrainedSteel 简称UFG钢 目标粒径约1 m 作为21世纪的代表性先进高性能金属结构材料 其强化思路具有鲜明的特点 即通过晶粒的超细化同时实现强韧化 完全不同于传统的以合金元素添加及热处理为主要手法的强化思路 其优点在于 能同时实现强韧化 可尽量少用合金元素降低碳当量 改善焊接性 并利于循环利用以降低对环境的损害 2 低碳调质钢屈服强度为490 980MPa 是热处理强化钢 一般都在调质状态下供货 含碳量小于0 22 第1节分类 性能 3 中碳调质钢屈服强度为880 1176MPa以上 含碳量较高 约0 25 0 5 这类钢通常在退火状态下焊接 然后再通过热处理来达到需要的性能 第1节分类 性能 特殊用钢1 珠光体耐热钢具有较好的高温强度和高温抗氧化的特性 用于工作温度为500 600 的高温设备等 合金化主要元素是 Cr Mo为基础 再加V W Nb和B等合金元素 焊后进行高温回火处理 第1节分类 性能 2 低温钢具有非常好的低温韧性 用于各种低温装置 40 196 合金化主要元素是 Ni元素 3 低合金耐蚀钢 第1节分类 性能 二 合金结构钢的基本性能 1 化学成分低碳钢 C 0 10 0 25 提高强度 但引起淬硬和裂纹 应在保证强度的条件下 越少越好 Si 0 3 Mn 0 5 0 8 P S含量要低 合金化元素 Mn Si Cr Ni Mo V Nb B Cu等 Ni组元素 Ni Mn Co Cr组元素 Cr Si P A1 Ti V Mo W N 作用与C相似 扩大A区 与其他合金元素形成稳定的氮化物 这些氮化物往往以弥散的微粒分布 从而细化晶粒 提高钢的屈服点和抗脆断能力 为了充分发挥氮作为合金元素的作用 钢中必须同时加入Al V和Ti等氮化物形成元素 C 为了保证良好的综合性能和焊接性 要求钢中碳的质量分数不大于0 22 实际上碳的质量分数都在0 18 以下 此外 添加一些合金元素 如Mn Cr Ni Mo V Nb B Cu等 主要是为了提高钢的淬透性和马氏体的回火稳定性 2 力学性能屈强比 3 显微组织 第2节热轧 正火钢的焊接 一 热轧 正火钢的成分及性能热轧钢 强化机理 固溶强化屈服强度 295 390MPa级合金系 C Mn或Mn Si系主合金化元素 Mn Mn Si辅合金化元素 V Nb代替部分Mn典型钢种 Q345 16Mn 第2节热轧 正火钢的焊接 正火钢 强化机理 固溶强化 沉淀强化或细晶强化屈服强度 为390 490MPa合金系 C Mn或Mn Si V Nb Ti Mo 系主合金化元素 Mn Mn Si辅合金化元素 V Nb Ti Mo 碳化物 氮化物元素 热处理状态 正火 充分发挥碳化物形成元素的作用典型钢种 15MnVN 第2节热轧 正火钢的焊接 正火状态下使用钢除15MnTi外 主要是V Nb钢 15MnV 15MnVN 正火 回火状态使用的含Mo钢18MnMoNb 第2节热轧 正火钢的焊接 微合金化控轧钢采用微合金化 加入微量Nb V Ti 和控制轧制技术达到细化晶粒和沉淀强化相结合的效果 同时从冶炼冶炼工艺上采取了降C降S 改变夹杂物形态 提高钢的纯度等措施 使钢具有均匀的细晶粒等轴铁素体基体 X70 X80 X70除加微量Nb V Ti外 还加入Ni Cr Cu Mo 返回 返回 第2节热轧 正火钢的焊接 二 热轧 正火钢的焊接性分析主要是 各类裂纹 脆化问题 冷裂纹从材料本身看 淬硬组织是引起冷裂纹的决定因素 焊接时是否形成对氢致裂纹敏感的组织是评定材料焊接性的一个重要指标 第2节热轧 正火钢的焊接 1 碳当量 第2节热轧 正火钢的焊接 CE为国际焊接学会的碳当量公式Ceq为日本常用的碳当量公式Pcm为合金元素的裂纹敏感指数 第2节热轧 正火钢的焊接 CE和Ceq适用于含碳量较高的钢 C 0 18 以及抗拉强度在400 700MPa的钢材 对于含碳量较低的钢 C 0 18 以及抗拉强度在400 900MPa的钢材则用Pcm更合适 第2节热轧 正火钢的焊接 在实际中 CE应用相当普遍 CE 0 4 无淬硬倾向 焊接性好 CE 0 4 0 6 淬硬倾向增加 属于有淬硬倾向的钢 CE 0 5 淬硬倾向严重 18MnMoNb属于此类 焊接18MnMoNb要严格控制线能量 采取预热和焊后热处理等工艺 第2节热轧 正火钢的焊接 2 淬硬倾向不同成分钢材的冷裂纹敏感性 可以通过反映钢材焊接热影响区淬硬倾向的模拟焊接热影响区连续冷却转变 SHCCT 曲线来进行分析比较 第2节热轧 正火钢的焊接 热轧钢的淬硬倾向与冷裂纹敏感性热轧钢的含碳量并不高 但含有少量的合金元素 其淬硬倾向比低碳钢要大些 但冷裂纹敏感性不大 其SHCCT图如图3 4所示 正火钢的淬硬倾向与冷裂纹敏感性 第2节热轧 正火钢的焊接 由于正火钢的强度级别较高 合金元素的含量较多 因此与低碳钢相比 焊接性的差别就较大 冷裂纹敏感性一般随强度的提高而增加 如15MnVN与18MnMoNb相比 18MnMoNb的冷裂纹敏感性就大 这与其的SHCCT图的位置有关 第2节热轧 正火钢的焊接 3 HAZ最高硬度 第2节热轧 正火钢的焊接 3 HAZ最高硬度 第2节热轧 正火钢的焊接 热裂纹和消除应力裂纹1 热裂纹 碳含量较低 而Mn含量较高 因此这类钢的WMn WS能达到要求 具有较好的抗热裂性能 焊接过程中的热裂纹倾向较小 第2节热轧 正火钢的焊接 热裂纹和消除应力裂纹2 消除应力裂纹 消除应力裂纹一般产生在HAZ的粗晶区 裂纹沿FZ方向在粗晶区的奥氏体晶界断续发展 产生原因与杂质元素在奥氏体晶界偏聚及碳化物析出 二次硬化 导致的晶界脆化有关 消除应力裂纹的产生一般须有较大的焊接残余应力 因此在拘束度大的厚大工件中或应力集中部位更易于出现消除应力裂纹 返回 第2节热轧 正火钢的焊接 2 消除应力裂纹一般C Mn和Mn Si系的热轧钢由于不含碳化物形成元素 对再热裂纹不敏感 18MnMoNb有一定的再热裂纹敏感性 第2节热轧 正火钢的焊接 WM组织和韧性组织 PF FSP AF Bu P 第2节热轧 正火钢的焊接 第2节热轧 正火钢的焊接 第2节热轧 正火钢的焊接 第2节热轧 正火钢的焊接 热影响区脆化主要是过热区的脆化 及还有可能是热应变脆化问题 1 过热区脆化 奥氏体严重长大 魏氏体 粗大马氏体 混合组织 M A组元 难熔质点的溶入 第2节热轧 正火钢的焊接 第2节热轧 正火钢的焊接 2 热应变脆化热应变脆化和室温下预应变后的应变时效 本质上都是由固溶氮引起的 热应变脆化容易发生于一些固溶氮含量较高的低碳钢和强度级别不高的低合金钢中 若加入足够的N化物形成元素 Ai Ti V 后 脆化倾向就减弱 第2节热轧 正火钢的焊接 层状撕裂一般板厚在16mm以下就不会产生层状撕裂 从钢材本身的来讲 主要取决于冶炼条件 钢中的片状硫化物等杂质 第2节热轧 正火钢的焊接 三 热轧及正火钢的焊接工艺焊接方法的选择无特殊要求 在此仅讨论焊接材料和工艺参数的确定 坡口加工 装配及定位焊 焊接材料的选择考虑两个问题 无焊接缺陷 满足使用性能要求 焊接方法 成分 第2节热轧 正火钢的焊接 对于热轧 正火钢 裂纹一般不会产生 主要根据使用性能要求来选择焊接材料 注意以下问题 1 选择与母材力学性能匹配的相应级别的焊接材料等强匹配或低强匹配 C 0 14 合金元素低于母材 第2节热轧 正火钢的焊接 2 同时考虑熔合比和冷却速度的影响焊缝金属的化学成分 力学性能取决于 母材的熔入量即熔合比 组织的过饱和度 组织的过饱和度取决于 冷却速度3 考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响 母材性能 第2节热轧 正火钢的焊接 焊接工艺参数的确定1 焊接热输入 线能量 焊接线能量的确定 取决于 过热区的脆化 冷裂纹 对于Ceq小于0 40 的热轧正火钢 焊接线能量可适当放宽 对于Ceq0 40 0 60 正火钢 小焊接线能量 预热 第2节热轧 正火钢的焊接 典型工艺参数 1 焊条电弧焊打底焊道和非平焊位置 焊条直径小些 在保证质量前提下 尽量采用大焊条 大电流 表3 72 自动焊埋弧焊 电渣焊 CO2气体保护焊 表3 8 93 氩弧焊主要用于打底焊 表3 10 11 第2节热轧 正火钢的焊接 2 预热和焊后热处理目的 防止裂纹 改善组织 性能 1 预热 第2节热轧 正火钢的焊接 第2节热轧 正火钢的焊接 2 焊后热处理a 不要超过母材原来的回火温度 以免影响母材本身的性能 b 对于有回火脆性的材料 避开出现回火脆性的温度区域 第2节热轧 正火钢的焊接 焊接接头的力学性能WM和HAZ的力学性能是影响接头使用可靠性的基本性能 而其中强度与韧性又是关键的考核要素 表3 14 第3节低碳调质钢的焊接 一 低碳调质钢的种类 成分及性能低碳调质钢强化机理 相变强化 调质处理 屈服强度 490MPa 980MPa抗拉强度 600MPa 1300MPa合金系 低C Mn Ni Cr Mo系 第3节低碳调质钢的焊接 主合金化元素 C 0 22 Mn Si辅合金化元素 Cr Ni Mo V Nb B Cu热处理状态 淬火 回火典型钢种 14MnMoVN HY80 HY130 1 高强度结构钢 b 600 800MPa 14MnMoNbB2 高强度耐磨钢 b 1000MPa HQ1003 高强度韧性钢 b 700MPa HY80 CF钢是碳含量很低的微合金化调质钢 CE Pcm低 KV高 50mm以下不预热 第3节低碳调质钢的焊接 二 低碳调质钢的焊接性分析碳低 C 0 18 焊接性优于中碳调质钢 低碳马氏体自回火 冷裂纹倾向小 焊缝强韧性匹配 s 工程设计中确定许用应力的主要依据 b 强度储备的重要指标 s b 选择材料的重要参数 低的有利于加工成形 高的有利于发挥钢材的强度潜力 第3节低碳调质钢的焊接 焊缝强度匹配系数 S b w b bS 1 超强匹配S 1 等强匹配S 1 低强匹配传统认为超强匹配和等强匹配安全 但韧性低 造成低应力脆断 近年来 重新认识低强匹配 焊接结构学 第3节低碳调质钢的焊接 冷裂纹成分 低碳 提高淬透性的合金元素 组织 低碳自回火马氏体 下贝氏体 M自回火条件 保证M转变时的冷却速度较慢 超低氢可防止冷裂纹 第3节低碳调质钢的焊接 第3节低碳调质钢的焊接 热裂纹和消除应力裂纹C低 Mn高 S P低 热裂纹倾向小 高Ni低Mn类钢有热裂纹倾向 主要为HAZ液化裂纹 C高 Mn S提高当WC 0 12 时 WMn WS 10 当WC 0 16 时 WMn WS 40 当WC 0 2 时 WMn WS 50 30较小敏感性 第3节低碳调质钢的焊接 防止液化裂纹 小热输入 并注意控制熔池形状 减少熔合区凹度 防止消除应力裂纹 V影响最大 Mo次之 但V Mo同时加入更为敏感 热影响区性能变化组织性能不均匀 同时存在脆化和软化 1 调质钢HAZ组织特征ML BL时 韧性良好 但随着BU增加韧性急剧下降 第3节低碳调质钢的焊接 2 HAZ脆化C 0 8 1 0 有利于形成M A组元 主要由于上贝氏体和M A组元 M A组元一般只在一定的冷却速度时形成 调整工艺参数可以控制M A组元的产生 控制焊接热输入和多层多道焊工艺有益 第3节低碳调质钢的焊接 3 HAZ软化当回火温度 Tp AC1时 出现软化 Tp影响A晶粒度 碳化物溶解以及冷却时组织转变 失强率D 硬夹软有约束强化作用 软夹层越窄 约束强化越显著 失强率越小 第3节低碳调质钢的焊接 热输入 回火温度 相对宽度影响软化程度 相对宽度 m b h E小 T0小 b小 失强率小 第3节低碳调质钢的焊接 三 低碳调质钢的焊接工艺特点BM组织 ML BL 注意问题 M转变时的冷却速度不能太快 使M自回火 防止冷裂 800 500 的冷却速度大于产生脆性组织的临界速度 焊接方法 材料的选择 第3节低碳调质钢的焊接 解决问题 裂纹 保证强度的同时 提高韧性 一般无PWHT 焊后强度 韧性下降时可采用PWHT 常采用的焊接方法有SMAW MIG MAG 采用热量集中的气保焊或焊条电弧焊焊接高强高韧性钢 采用低强匹配焊材和气保焊焊接不同强度级别的两种低碳调质钢接头 第3节低碳调质钢的焊接 焊接参数的选择1 焊接热输入的确定 应合适冷却速度的上限不产生冷裂纹 下限HAZ不出现脆化混合组织 Wc 0 18 是ML形成界限 先根据HAZ韧性确定热输入 再通过冷裂确定预热 tb t8 5 tm 第3节低碳调质钢的焊接 焊接工艺参数的选择2 预热温度 焊后热处理预热目的是降低M转变时的冷却速度 通过M自回火作用来提高抗裂性能 PWHT温度比BM原回火温度低约30 一般焊态使用 焊接接头的力学性能 第4节中碳调质钢的焊接 一 中碳调质钢典型钢种成分及性能合金元素 保证淬透性 提高抗回火性能的作用碳元素 0 25 0 5 保证强度 焊接性变差强化机理 相变强化 调质处理 屈服强度 为880MPa 1176MPa合金系 中C Cr Mn Ni Mo Si系 第4节中碳调质钢的焊接 合金化元素 Mn Si Cr Ni B Mo W V Ti热处理状态 淬火 回火典型钢种 30CrMnSi 4340 第4节中碳调质钢的焊接 1 40Cr齿轮和轴类2 35CrMoA 35CrMoVA叶轮 主轴和发电机转子3 30CrMnSiA 30CrMnSiNi2A 40CrMnSiMoVA飞机构件4 40CrNiMoA 34CrNi3MoA飞机起落架和发动机外壳 第4节中碳调质钢的焊接 二 中碳调质钢的焊接性分析 焊缝中的热裂纹因含碳 硅较高 有较大的热裂纹倾向 尽可能选用碳含量低以及含S P杂质少的焊材 冷裂纹因含碳较高 合金元素多 淬硬倾向明显 冷裂纹倾向大 尽可能降低含氢量 预热和后热 第4节中碳调质钢的焊接 HAZ脆化 软化1 HAZ脆化高碳马氏体引起脆化 采用小热输入 同时采用预热 缓冷和后热等措施 2 合金热影响区的软化温度高于回火温度 退火态焊接时 无软化问题 调质态焊接时 有软化问题 40CrNi2Mo 40CrNi2Mo 30CrMnSi 第4节中碳调质钢的焊接 三 中碳调质钢的焊接工艺特点母材焊前状态决定了焊接工艺 退火或正火状态下焊接 工艺特点 WM BM成分相似 焊接方法无限制 高的预热温度 层温 焊后中间热处理 去氢 韧性组织防裂 消应力 第4节中碳调质钢的焊接 调质态焊接 焊后不再调质处理 有冷 热裂纹 选用塑韧性好的奥氏体焊条解决 高碳马氏体引起的硬化和脆化 焊后回火处理解决 以及高温回火区软化 无法消除 工艺特点 预热 层温控制 中间热处理 焊后及时回火处理 上述温度应低于BM回火温度至少50 一般采用的预热和层间温度为200 250 采用热量集中 能量密度大的焊接方法 且热输入越少越好 第4节中碳调质钢的焊接 焊接方法及焊接材料1 焊接方法焊条电弧焊 气保焊 埋弧焊 脉冲氩弧焊 等离子弧焊及电子束焊等 小E 预热 后热2 焊接材料采用低碳合金系 降S P 3 预热和焊后热处理预热和PWHT是其焊接的重要工艺措施 预热温度一般为200 350 例 30CrMnSiA钢的焊接 典型中碳调质钢 属于Cr Mn Si系统 前苏联的主要合金钢种 不含贵重的Ni元素 在我国得到了较为广泛的应用 退火状态组织 F P调质状态组织 回火索氏体低温回火组织 回火马氏体第一类回火脆性 300 450 第二类回火脆性 450 600 30CrMnSiA钢的焊接工艺 3 2U 20 25VI 90 110A 0 8 Q 10 14l minU 17 19VI 85 110AV 150 180m h 2 5U 21 38VI 290 400AV 27m h 第5节珠光体耐热钢的焊接 低 中合金珠光体耐热钢具有很好的抗氧化性和热强性 工作温度可高达600 一 珠光体耐热钢的成分 性能Cr 0 5 9 Mo 0 5 或1 合金体系 Cr Mo Cr Mo V Cr Mo W V Cr Mo W V B Cr Mo V Ti B 供货状态 退火或正火 回火组织 合金元素3 时 Bu F提高热强性措施 基体固溶强化 第二相沉淀强化 晶界强化 0 6Tm 0 7Tm RE B Ti B 142页 12Cr1Mo 14MoV63 第5节珠光体耐热钢的焊接 二 珠光体耐热钢的焊接性分析与低碳调质钢相近1 HAZ硬化及冷裂纹低氢 控制热输入 预热 后热防止冷裂 2 SR裂纹防止措施 1 采用高温塑性高于母材的焊材 限制V Ti Nb 2 预热温度250 以上 层温300 左右 3 小热输入 减少焊接过热区宽度 细化晶粒 4 选择合适的HT制度 避免敏感温度区间停留较长时间 第5节珠光体耐热钢的焊接 3 回火脆性三 焊接工艺特点1 常用焊接方法 焊接材料焊条电弧焊 埋弧焊 气保焊 电渣焊 2 预热和PWHT后热250 以上 第6节低温钢的焊接 通常把 10至 196 的温度范围称为 低温 低于 196时称为 超低温 typeI 低碳铝镇静钢 typeII 低合金高强钢typeIII 低Ni钢 typeIV 9Ni钢 typeV 奥氏体不锈钢 第6节低温钢的焊接 一 低温钢的分类 成分及性能 低温钢的分类1 按使用温度等级分 10 40 50 90 100 120 196 273 2 按合金含量和组织分类低合金F低温钢 中合金低温钢 高合金A低温钢3 按有无镍 铬元素分类无Ni Cr低温钢 含Ni Cr低温钢4 按热处理方式分类非调质低温钢 调质低温钢 第6节低温钢的焊接 低温钢的化学成分和组织1 低合金低温钢 无Ni低温钢 2 中合金低温钢 含Ni低温钢 低温钢的力学性能满足低温下的力学性能 特别是低温下的冲击韧性 希望屈强比不要太高 第6节低温钢的焊接 二 低温钢的焊接性分析1 无Ni低温钢的焊接性特点2 含Ni低温钢的焊接性特点三 低温钢的焊接工艺特点防止裂纹 保证WM和HAZ的韧性 1 低温钢的焊条电弧焊2 低温钢的埋弧焊 合金结构钢的焊接思考题 1 从焊接方法 焊接材料 焊接工艺参数三方面阐述正火钢的焊接工艺要点 2 从焊接方法 焊接材料 焊接工艺参数三方面阐述热轧钢的焊接工艺要点 3 低合金调质钢的强化机理是什么 合金结构钢的焊接思考题 4 试分析低碳调质钢HAZ液化裂纹的产生机理 5 试分析低碳调质钢与热轧正火钢的焊接性差别 6 中碳调质钢热裂纹的产生原因和预防措施 7 中碳调质钢冷裂纹的产生原因和预防措施 8 中碳钢退火状态下焊接时的工艺特点 9 中碳调质钢调质状态下焊接时的工艺特点 关于重要概念及重要技术的讨论 一 如何确定预热温度T0 1 预热的作用 2 预热的目的 3 如何确定预热温度T0 4 工程施工时如何实施 二 影响焊接热循环特性的因素是什么 工程施工时如何调整这些因素 保证质量 关于重要概念及重要技术的讨论 三 关于定位焊的要求是什么 1 定位焊的概念 2 定位焊的作用 3 理论依据是什么 4 如何控制定位焊的的质量 5 工程施工时如何实施 关于重要概念及重要技术的讨论 四 焊缝与母材的强度匹配原则的讨论及工程应用 1 韧性要求值与强度的关系 2 焊缝的韧性如何控制 3 热影响区的韧性如何控制 4 什么是焊缝与母材的低强 等强 超强匹配 5 焊缝与母材的低强 等强 超强匹配 6 在工程上如何应用 以具体钢种为例进行说明及分析 焊材 母材 坡口形式 接头形式 焊接参数的 第三章不锈钢 耐热钢的焊接 第1节不锈钢 耐热钢的分类及特性一 不锈钢的基本定义 定义原义型 仅指在无污染的大气中不生锈的钢 习惯型 指原义型不锈钢与能耐酸腐蚀的不锈钢 广义型 指耐蚀钢和耐热钢的总和 不锈钢 铬含量不低于12 镍含量不高于30 的耐蚀钢 GB T21433 2008不锈钢压力容器晶间腐蚀敏感性检验 不锈钢 以不锈 耐蚀性为主要特性 且铬含量至少为10 5 碳含量最大不超过1 2 的钢 GB T20878 2007不锈钢和耐热钢牌号及化学成分 耐酸钢 铬含量不低于16 的不锈钢 对酸等腐蚀介质常有较好的耐蚀性 钝化 由于金属表面在腐蚀过程中生成的腐蚀产物 不锈钢的腐蚀产物中主要含有Cr2O3 很致密且能牢固地附着于金属表面 阻滞了腐蚀过程 出现了腐蚀速度降低的现象 叫钝化 金属在介质中处于钝化的状态叫钝态 依靠钝化而耐蚀的耐蚀金属如不锈钢等叫可钝化型金属 敏化 不锈钢材在冶金和制造过程中经受到热成形 焊接 热处理等温度超过300 的热作工艺 使得在晶界析出了碳化铬 氮化铬 相和铬与其他金属间的化合物等高铬相 同时在晶界高铬相与晶粒邻近的狭长地区产生了贫铬区 使不锈钢产生与提高了晶间腐蚀敏感性 不锈钢的这种受热过程叫敏化 不锈钢与耐热钢的区别不锈钢 以不锈 耐蚀性为主要特性 且铬含量 10 5 碳含量 1 2 的钢 耐热钢 在高温下具有良好的化学稳定性或较高强度的钢 GB T20878 2007不锈钢和耐热钢牌号及化学成分 区别主要是用途和使用环境条件不同 不锈钢主要是在温度不高的所谓湿腐蚀介质条件下使用 尤其是在酸 碱 盐等强腐蚀溶液中 耐腐蚀性能是其最关键 最重要的技术指标 耐热钢则是在高温气体环境下使用 除耐高温腐蚀 如高温氧化 可谓干腐蚀的典型 为必要性能外 高温下的力学性能是评定耐热钢质量的基本指标 二 不锈钢与耐热钢的分类 按主要化学成分分类1 铬不锈钢Cr 12 30 Cr132 铬镍不锈钢Cr 12 30 Ni 6 12 Cr18Ni93 铬锰氮不锈钢节镍 Mn N代Ni 1Cr18Mn8Ni5N 1Cr18Mn6Ni5N 按用途分类1 不锈钢 耐腐蚀但对强度要求不高 大气 有浸蚀介质 T 500 1Cr13 2Cr13 0Cr19Ni9 1Cr18Ni9Ti 00Cr25Ni22Mo2 000Cr25Ni202 抗氧化钢 耐高温抗氧化性 T 900 1100 1Cr17 1Cr25Si2 2Cr25Ni20 2Cr25Ni20Si23 热强钢 高温抗氧化 高温强度 T 600 800 1Cr18Ni9Ti 1Cr16Ni25Mo6 1Cr12MoWV 按室温组织分类 GB T20878 2007不锈钢和耐热钢牌号及化学成分 A型不锈钢 基体以面心立方晶体结构的奥氏体组织为主 无磁性 主要通过冷加工使其强化 并可能导致一定的磁性 的不锈钢 F型不锈钢 基体以体心立方晶体结构的铁素体组织为主 有磁性 一般不能通过热处理硬化 但冷加工可使其轻微强化的不锈钢 M型不锈钢 基体为马氏体组织 有磁性 通过热处理可调整其力学性能的不锈钢 A F 双相 型不锈钢 基体兼有奥氏体和铁素体两相组织 其中较少相的含量一般大于15 有磁性 可通过冷加工使其强化的不锈钢 沉淀硬化型不锈钢 基体为奥氏体或马氏体组织 并能通过沉淀硬化 又称时效硬化 处理使其硬 强 化的不锈钢 按室温组织分类1 奥氏体不锈钢 固溶态供货 综合性能最好18 8型 1Cr18Ni9Ti0Cr18Ni825 20型 2Cr25Ni20Si24Cr25Ni2025 35型 4Cr25Ni354Cr25Ni35Nb2 铁素体钢 退火态供货 抗氧化钢 耐蚀钢 耐Cl 1SCC最好Cr 11 5 32 0 常为耐蚀钢 1Cr17 1Cr25Si2 000Cr30Mo23 马氏体钢 退火态或淬火回火态供货 强度最好Cr 11 5 18 0 1Cr13 2Cr13 3Cr13 4Cr13 常为不锈钢 1Cr13 2Cr13 3Cr13 4Cr13 1Cr17Ni12 1Cr12MoWV4 铁素体 奥氏体双相钢 固溶态供货 腐蚀性能最好18 5型 00Cr18Ni5Mo3Si2 22 5型 00Cr22Ni5Mo3N25 5型 0Cr25Ni5Mo3N 固溶状态供货5 沉淀硬化钢 PH不锈钢 时效处理态供货 M A M0Cr17Ni4Cu4Nb 17 4PH 0Cr17Ni7Al 17 7PH 高碳不锈钢 碳含量超过0 08 的不锈钢 304H低碳不锈钢 碳含量超过0 03 而低于或等于0 08 的不锈钢 304L超低碳不锈钢 碳含量等于或低于0 03 的不锈钢 高纯不锈钢 碳 磷 硫含量不超过0 01 硅含量不超过0 1 的不锈钢 超级不锈钢 包括超级奥氏体不锈钢 超级铁素体不锈钢 超级双相不锈钢 超级马氏体不锈钢四大类 超级不锈钢的共同特点 1 具有比四大类不锈钢更精细的特殊成份设计 2 具有超高结净度 3 具有超高均匀性 成份 组织和性能 4 具有在苛刻环境中比四大类不锈钢更优异的性能 5 具有良好的工艺制造性能 6 具有高的性价比 超级不锈钢 三 不锈钢及耐热钢的特性 不锈钢的物理特性合金元素含量 热导率 线膨胀系数 电阻率 碳钢AISI10107 870 4980 44812 214 3 M F 比碳钢 1 2 相当 A 比碳钢 1 3 大50 不锈钢的耐蚀性能 1 均匀腐蚀均匀腐蚀是指接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象 2 点腐蚀点腐蚀是指在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微 而分散发生的局部腐蚀 点蚀指数 PI wCr 3 3wMo 13 16 wN 3 缝隙腐蚀用点蚀指数来衡量耐缝隙腐蚀倾向 4 晶间腐蚀沿着或紧挨着不锈钢的晶粒边界发生的电化学腐蚀形态 工程中一般在晶粒边界的腐蚀比晶粒本体的腐蚀严重得多时才认为产生了晶间腐蚀 不锈钢基本的晶间腐蚀类型分两种 一为在弱氧化性介质中晶粒钝化而晶界的贫铬区活化快速溶解 另一为在强氧化性介质中晶粒钝化而晶界的高铬相过钝化快速溶解 5 应力腐蚀 SCC指不锈钢在特定的腐蚀介质和拉应力作用下出现的低于强度极限的脆性开裂现象 固溶处理 solutionheattreatment 将不锈钢加热到适当高温 并保温足够时间 使可溶组分溶解进入基体中 通常以较快的速度冷却 可以使基体中析出的组分来不及析出 仍然过饱地固溶在基体中 这种热处理叫固溶处理 敏化处理 sensitizationheattreatment 在检验不锈钢材的晶间腐蚀敏感性时 为考核不锈钢在以后设备制造过程中经受热作后是否仍能达到应有的耐晶间腐蚀性能 将供货状态的不锈钢试件预先进行一种规定的 标准规定或协议规定 能提高晶间腐蚀敏感性的热处理 然后再对试样进行检验 这种热处理在晶间腐蚀敏感性检验中称为敏化处理 敏化处理制度一般以能使不锈钢最易产生敏化的温度 如650 700 750 等 作为敏化处理温度 在敏化温度下保温一定时间 如2h 1h 30min 10min等 然后快冷 有的规定空冷 也有规定水冷 稳定化处理 stabilizationheattreatment 将稳定化不锈钢加热到高温 一般为850 930 并保温足够时间 如2h 使已在钢中加入的比较充分地从基体中析出 以碳化钛 碳化铌等碳化物的形式沉淀于晶粒边界 使加入稳定化元素要起的稳定碳的作用得以较充分地发挥 稳定化处理的工艺条件为 将工件加热到850 930 保温足够长的时间 空冷 碳化铬 不锈钢在300 950 温度范围内可能在晶界析出碳化铬 最重要的碳化铬形式为 Cr Fe 23C6或 Cr Fe Mo 23C6 其铬含量常达90 以上 大大高于不锈钢的平均铬含量 晶界碳化铬的析出是使晶界邻近的晶粒边缘产生贫铬区的最重要的原因 碳化铬的析出温度范围实际上就是使不锈钢产生与提高晶间腐蚀敏感性的主要敏化温度范围 在10 草酸法检验与沸腾65 硝酸法检验时 碳化铬可以被快速溶解 贫铬区 不锈钢在300 以上的热过程中 晶粒边界会析出碳化铬 氮化铬 相与其他金属间化合物等铬含量高于甚至大大高于不锈钢平均铬含量的高铬相 致使晶界高铬相与晶粒外缘相邻接的狭长区域的铬含量大大下降 称为贫铬区 当热过程较短时 晶粒本体的铬原子来不及充分向贫铬区扩散补充 温度下降后 贫铬区得以保持 在以后接触到某些具有晶间腐蚀能力的介质时 贫铬区的溶解速度会大大超过晶粒本身 晶粒本身为钝化腐蚀时 贫铬区常常为活化腐蚀 因而会产生晶间会产生晶间腐蚀 不锈钢贫铬区的存在是不锈钢产生晶间腐蚀敏感性的最重要的原因之一 相 相为不锈钢中常见的金属间化合物相 名义成分为FeCr 实际成分为 FeNi x CrMo y 在铁素体相中较容易析出 相的铬含量为42 50 比不锈钢的平均铬含量高 属高铬相 因而 相在晶界析出时也可使邻近的晶粒边缘产生贫铬区 但 相在晶界的析出对晶间腐蚀敏感性的影响常更体现在 相本身的快速溶解 对于晶间腐蚀的作用而言 一般将 相分为两类 一类为从含钼不锈钢中产生的 相 为金相可见的 相 另一类为由含钛的稳定化不锈钢中产生的 相 为金相不可见 相 在沸腾65 硝酸法这样氧化性很强的溶液中 两类 相可产生过钝化的快速溶解 在沸腾的50 硫酸 硫酸铁法检验溶液中 介质的氧化性稍弱 含钛的稳定化不锈钢中产生的 相可在其中快速溶解 而含钼不锈钢钢产生的 相不能在其中快速溶解 在沸腾的16 硫酸 硫酸铜 铜屑 法这样弱氧化性的介质中 相不能产生快速溶解 不锈钢 耐热钢的高温性能 1 高温性能表面氧化铬钝化膜不仅具有抗氧化和耐腐蚀性能 而且提高使用温度 12 Cr 800 20 Cr 950 28 Cr 1100 2 合金化问题保证抗氧化性 含Cr Si Al 形成致密完整的氧化膜而防止继续氧化 3 高温脆化问题475 脆化 Cr含量超过15 的F钢 430 480 长期加热 脆化 FeCr金属间化合物 无磁性 硬而脆 HRC68以上 Fe Cr Fe Ni相图及合金元素的影响 1 Fe Cr相图Cr 强F形成元素 Cr 12 时 A相区消失 820 形成 相 2 Fe Ni相图Ni 强A形成元素 Ni 5 时 全A 无磁性 3 合金元素对相图的影响1 C 强A形成元素 优先与Cr形成化合物 其次是与Fe 影响 相形成 2 N 强A形成元素 不易形成脆性析出相 影响 相形成 Fe Cr Fe Ni相图及合金元素的影响 3 Mo F形成元素 使A相区向高温区迁移 使 向低铬高镍