第七节 马氏体不锈钢的焊接
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马氏体不锈钢培训资料1.1马氏体不锈钢的化学组成及分类根据铁铬二元相图(见图1)可以看出,在831~1394℃的温度范围内,靠近纯铁的一边,存在一个封闭的γ相区(或称高温奥氏体稳定区域,是指铁和其他元素形成的面心立方晶格结构的固溶体),并存在一个窄的α和γ双相区域。
马氏体就是奥氏体通过无扩散型相变而转变成的亚稳相(具有铁磁性,其硬度、强度主要由过饱和的碳含量决定)。
因此,为了获得马氏体组织,一个基本的先决条件,就是在相图中必须存在有奥氏体(γ相)的区域。
对于无碳FeCr二元合金平衡相图而言,铬含量大于12%时,在所有温度条件下,均不存在奥氏体组织,为此只有加入能改变相图扩大γ相区的元素,(主要是碳等),才能实现上述先决条件。
随着碳含量的增加,γ相区边界逐渐向高铬方向扩展,而铬含量的增加,又稳定铁素体和缩小奥氏体γ相区,并阻碍冷却时奥氏体向马氏体的转变,所以提高铬含量时,还需相应提高碳含量来扩大γ相区,才能获得马氏体组织。
当碳含量达0.6%时,纯(单一)奥氏体相最高铬含量达18%左右。
若继续增加碳含量,因形成碳化物等而不再扩大γ相区,但能提高耐磨性。
因此,马氏体不锈钢一般含铬量在12%~18%之间,含碳量在0.1%~1.0%范围内。
鉴于碳对钢的组织与性能的重大影响,马氏体铬不锈钢习惯上可按碳含量大体分为三类:①低碳类:C≤0.15%,Cr12%~14%,如1Cr13;②中碳类:C0.2%~0.4%,Cr12%~14%,如2Cr13,3Cr13等;③高碳类:C0.6%~1.0%,Cr18%,如9Cr19,9Cr18MoV等。
为了改善铬马氏体不锈钢的性能向钢中加入少量的镍,于是形成另一类(或第四类)为含有少量镍的马氏体不锈钢。
镍属于稳定奥氏体和扩大γ相区的元素,加入2%Ni时,就有明显效果。
这样可以用镍代碳,如1Cr17Ni2马氏体不锈钢,因其低碳高铬加镍,比一般马氏体不锈钢具有更好的耐蚀性、强度与韧性。
马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢一、马氏体不锈钢马氏体不锈钢是一种具有优异耐腐蚀性的不锈钢材料。
它的特点是具有良好的强度和韧性,同时具备优异的耐热性和耐蚀性。
马氏体不锈钢通常由奥氏体不锈钢经过淬火和时效处理得到。
马氏体不锈钢的主要组织结构是马氏体,这是一种具有高硬度的组织形态。
通过淬火处理,奥氏体不锈钢中的铁素体和奥氏体会转变为马氏体,从而提高材料的强度和韧性。
此外,马氏体不锈钢还具有较高的耐腐蚀性能,可以在恶劣的环境中长时间使用。
马氏体不锈钢在工业领域具有广泛应用。
它广泛用于制造各种耐腐蚀的零部件,如阀门、管道、泵体等。
此外,马氏体不锈钢还被广泛用于制造刀具、弹簧和机械零件等。
二、奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢是一种具有良好耐腐蚀性和机械性能的不锈钢材料。
奥氏体不锈钢的主要组织结构是奥氏体,这是一种具有良好塑性和韧性的组织形态。
奥氏体不锈钢具有高强度、良好的焊接性能和优异的耐腐蚀性能。
奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能主要取决于其中的铬含量。
铬是一种具有良好抗氧化性的元素,可以形成一层致密的氧化铬膜来保护材料表面免受腐蚀的侵害。
因此,奥氏体不锈钢中的铬含量越高,其耐腐蚀性能就越好。
奥氏体不锈钢具有广泛的应用领域。
它被广泛用于制造化工设备、食品加工设备、医疗器械等对耐腐蚀性能要求较高的领域。
此外,奥氏体不锈钢还被应用于建筑装饰、家具制造等领域,其优雅的外观和良好的耐腐蚀性能使其成为理想的材料选择。
三、马氏体不锈钢与奥氏体不锈钢的比较1. 结构:马氏体不锈钢的主要组织结构是马氏体,而奥氏体不锈钢的主要组织结构是奥氏体。
2. 性能:马氏体不锈钢具有较高的强度和硬度,同时具备良好的耐热性和耐蚀性。
奥氏体不锈钢具有良好的塑性和韧性,同时具备优异的耐腐蚀性。
3. 应用:马氏体不锈钢广泛应用于制造耐腐蚀的零部件,如阀门、管道、泵体等。
奥氏体不锈钢广泛应用于制造化工设备、食品加工设备、医疗器械等领域。
四、总结马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢都是具有优异耐腐蚀性能的不锈钢材料。
不锈钢焊接用钨极介绍钨极是钨极气体保护焊、等离子弧焊和切割用的电极。
它具有耐高温(熔点温度为3410℃±10℃ ,沸点为5900℃ )、电子发射能力较高的优点。
实践证明,用纯钨作为电极不够理想,必须在纯钨的基础上加一些电子发射能力很强的稀土元素,如钍、锶、铈、锆、镧等,更能发挥其作用。
钍钨极是在纯钨极配料中加人了质量分数不大于2.0%的氧化钍的电极,它具有降低空载电压、改善引弧、电弧稳定、增大许用焊接电流等优点。
但钍有微量的放射性,对人体健康有害,使其应用受到一定限制。
铈钨极是在纯钨极配料中加人了质量分数为2.0%左右的氧化铈的电极。
铈钨极除了放射性剂量要比针钨极低之外,它易于引弧,电弧稳定性好,阴极斑点小,压降低,烧损少等。
因此,它是目前非熔化电极气体保护焊以与等离子弧焊和切割用电极中应用最广的一种钨极。
发布于:2010年09月03日不锈钢管高频感应焊接注意的问题不锈钢管高频感应焊接的难点较多,归纳起来主要有以下方面:物理性质、不同材料的成型工艺特点、设备和模具加工精度;高频焊机和机组运行控制精度。
具体为:1、不锈钢管物理性质不锈钢管高频感应焊接最大问题是氧化物的影响。
当不锈钢中w(Cr)>12%时,铬比铁优先与氧化合而在母材表面形成一层致密的氧化膜Cr2O3,熔点高达2265℃,而铬的熔点是1857℃,会出现在焊接时,该氧化膜妨碍了母材的熔化合熔合,易出现未焊透缺陷。
2、不同材料的成型工艺特点1)不锈钢的线膨胀系数也比碳钢大,如奥氏体不锈钢线膨胀系数比碳钢大40%。
2)奥氏体不锈钢成型前应进行固溶处理,以便降低硬度,减小变形阻力,成型应采用综合弯曲变形方式。
3、设备和模具加工精度不同于焊接碳钢,不锈钢管的机组和模具要求很高的加工精度,仅许可运行中有极小的轴向和径向跳动。
较大的周期性震动会导致焊接缺陷。
一般要求加工精度径向跳动控制在0.01-0.03mmX围。
4、高频焊机和机组运行控制精度由于不锈钢材料的塑性X围小,焊接时必须精确控制输入热量。
不锈钢简介:不锈钢通俗地说,不锈钢就是不容易生锈的钢,实际上一局部不锈钢,既有不锈性,又有耐酸性〔耐蚀性〕。
不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其外表上富铬氧化膜〔钝化膜〕的形成。
这种不锈性和耐蚀性是相对的。
试验说明,钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中,其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而提高,当铬含量到达一定的百分比时,钢的耐蚀性发生突变,即从易生锈到不易生锈,从不耐蚀到耐腐蚀。
不锈钢的分类方法很多。
按室温下的组织结构分类,有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢;按主要化学成分分类,根本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统;按用途分那么有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等,按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等;按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。
由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度围的强韧性等系列特点,所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。
不锈钢牌号分组200 系列—铬-镍-锰奥氏体不锈钢300 系列—铬-镍奥氏体不锈钢型号301—延展性好,用于成型产品。
也可通过机械加工使其迅速硬化。
焊接性好。
抗磨性和疲劳强度优于304不锈钢。
型号302—耐腐蚀性同304,由于含碳相对要高因而强度更好。
型号303—通过添加少量的硫、磷使其较304更易切削加工。
型号304—通用型号;即18/8不锈钢。
GB牌号为0Cr18Ni9。
型号309—较之304有更好的耐温性。
型号316—继304之後,第二个得到最广泛应用的钢种,主要用于食品工业和外科手术器材,添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。
由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢〞来使用。
SS316那么通常用于核燃料回收装置。
18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。
[1]型号321—除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之外其他性能类似304。
马氏体不锈钢的基本介绍与主要性能马氏体不锈钢是指在室温下保持马氏体显微组织的一种铬不锈钢。
通常情况下,马氏体不锈钢比奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢具有更高的强度,可通过热处理进行强化,具有良好的力学性能和高温抗氧化性。
该钢种在大气、水和弱腐蚀介质如加盐水溶液、稀硝酸及某些浓度不高的有机酸,在温度不高的情况下均有良好的腐蚀介质。
但该钢种不耐强酸,如硫酸、盐酸、浓硝酸等的腐蚀,常用于水、蒸汽、油品等弱腐蚀性介质。
由于铬不锈钢可通过热处理强化,因此为了避免强度过高产生脆性,应采用正确的热处理工艺。
基本介绍标准的马氏体不锈钢是:403、410、414、416、416(Se)、420、431、440A、440B和440C 型,这些钢材的耐腐蚀性来自“铬”,其范围是从11.5至18%,铬含量愈高的钢材需碳含量愈高,以确保在热处理期间马氏体的形成,上述三种440型不锈钢很少被考虑做为需要焊接的应用,且440型成份的熔填金属不易取得。
标准马氏体钢材的改良,含有类如镍、钼、钒等的添加元素,主要是用于将标准钢材受限的容许工作温度提升至高于1100K,当添加这些元素时,碳含量也增加,随着碳含量的增加,在焊接物的硬化热影响区中避免龟裂的问题变成更严重。
性能马氏体不锈钢能在退火、硬化和硬化与回火的状态下焊接,无论钢材的原先状态如何,经过焊接后都会在邻近焊道处产生一硬化的马氏体区,热影响区的硬度主要是取决于母材金属的碳含量,当硬度增加时,则韧性减少,且此区域变成较易产生龟裂、预热和控制层间温度,是避免龟裂的最有效方法,为得最佳的性质,需焊后热处理。
马氏体不锈钢是一类可以通过热处理(淬火、回火)对其性能进行调整的不锈钢,通俗地讲,是一类可硬化的不锈钢。
马氏体不锈钢牌号马氏体不锈钢(Martensitic Stainless Steel)是一种属于不锈钢的合金材料,主要特征是具有高强度、硬度及磨削性能。
它由铁、铬、镍和其他元素组成,属于一类热处理不锈钢。
在加工、切割和焊接等方面,马氏体不锈钢具有通用性、便利性和低成本的特点。
以下是常见的马氏体不锈钢牌号列表:1. 410型不锈钢410型不锈钢是一种具有高热处理硬度的马氏体不锈钢牌号。
它含有12%的铬,可以提供出色的耐蚀性,同时还能够抵抗加热和淬火过程中的热应力。
常用于制造刀片、轴承、阀门、卡子等要求高强度、高硬度和耐腐蚀的部件。
2. 420型不锈钢420型不锈钢是一种高碳含量的马氏体不锈钢牌号,含铬量为12%。
它具有良好的热处理性能和高强度,适合用于制造刀片、割刀、刀具零件和轴承等高强度、高硬度要求较高的机械零件。
3. 431型不锈钢431型不锈钢是一种具有高强度和良好的综合机械性能的马氏体不锈钢牌号,含铬量为16%。
它具有优异的耐腐蚀性、耐磨损性和耐热性,适用于制造高耐磨、高强度的零件,如螺纹钢材、法兰、阀门、液压零件等。
4. 440C型不锈钢440C型不锈钢是一种强度和切削能力较高的马氏体不锈钢牌号,含铬量为17%。
它具有优秀的耐蚀性、良好的韧性和高温性能,适用于制造高速切割工具、轴承、气动工具、精密轴等。
5. 501型不锈钢501型不锈钢是一种具有优异的强度和磨损性能的马氏体不锈钢牌号,含铬量在11%~13%之间。
它具有优秀的耐腐蚀性、极强的抗氢脆性和高温性能,常用于化工、石油、航空等领域,制造石油钻探器材、气动及液压工具、化工设备和轴承等机械零件。
以上是一些常见的马氏体不锈钢牌号,各有其不同的特点和用途,可根据具体的需求选用合适的牌号。
不锈钢焊接施工工艺标准QB-CNCEC J221010-20061 适用范围本施工工艺标准适用于普通铬不锈钢(马氏体、铁素体)、铬--镍不锈钢(奥氏体)的手工电弧焊、埋弧自动焊、手工钨极氩弧焊及熔化极惰性气体保护焊的焊接作业。
2 施工准备2.1 技术准备2.1.1 施工技术资料设计资料(设计施工图、材料表、标准图、设计说明及技术规定等)及焊接工艺评定。
2.1.2 现行施工标准规范GB50235《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50236《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》SH3501《石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》SH3523《石油化工铬镍奥氏体钢、铁镍合金和镍合金管道焊接规程》GB150《钢制压力容器》《压力容器安全技术监察规程》JB4708《钢制压力容器焊接工艺评定》JB/T4709《钢制压力容器焊接规程》JB4730《压力容器无损检测》JB3223《焊条质量管理规程》2.1.3施工方案2.1.3.1编制工程焊接施工方案、焊接工艺指导书。
2.1.3.2焊接工艺评定⑴根据工程需要编制焊接工艺评定计划,并及时进行焊接工艺评定;焊接工艺评定过程见《通用焊接施工工艺标准》2.1.3.2第5条。
⑵压力容器、压力管道焊接工艺评定应执行JB4708《钢制压力容器焊接工艺评定》;其余的也可执行GB50236《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》。
⑶ JB4708《钢制压力容器焊接工艺评定》和GB50236《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》中未包括的钢材,应按这些标准的规定进行归类,对于无法归类的材料应按钢号分别进行评定。
⑷引进项目中外国材料的焊接工艺评定应按设计文件要求的规范、标准进行。
2.1.4技术及安全交底专业技术人员应按要求向所有焊接人员进行技术及安全交底。
2.1.5焊工培训考试2.1.5.1 根据工程需要编制焊工考试取证计划,并向有资质的焊工考试委员会提出申请,由考试委员会组织焊工进行基本知识和焊接操作技能考试。
马氏体不锈钢1、常用马氏体不锈钢的钢号、化学成分和性能特点。
1、Cr13型(1)此类钢的化学成分见表2-8表2-8 1Cr13,2Cr13,3Cr13,4Cr13钢的化学成分,%①①GB1220-92(2)力学性能1Cr13,2Cr13,3Cr13,4Cr13 钢的力学性能分别见表2-9至表2-16。
表2-9 1Cr13钢的室温力学性能①摘自GB1220,硬度为退火或高温回火后的数值②实际生产检验值,钢材截面尺寸≤60mm表2-10 1Cr13钢的高温力学性能表2-11 2Cr13钢的室温力学性能①摘自GB1220,硬度为退火或高温回火后的数值;②实际生产检验值,钢材截面尺寸≤60mm,硬度为退火后硬度值。
表2-12 2Cr13钢的高温力学性能表2-13 3Cr13钢的室温力学性能①摘自GB1220,括号内硬度系退火或高温回火后的布氏硬度;②实际生产检验值。
表2-14 3Cr13钢的高温力学性能表2-15 4Cr13钢的室温力学性能①摘自GB1220;②实际生产检验值。
表2-16 4Cr13钢的高温力学性能(3)耐蚀性能1Cr13,2Cr13,3Cr13,4Cr13 钢均具有不锈性。
在室温的稀硝酸以及弱有机酸中也有一定耐蚀性。
1Cr13和2Cr13钢在某些介质中的耐蚀性能见表2-17和表2-18表2-17 1Cr13钢的耐蚀性能表2-18 2Cr13钢的耐蚀性能(4)工艺性能包括冷、热加工性能、热处理性能及焊接性能。
1Cr13钢的冷塑性及深冲性、抛光性和切削加工性能均良好,其板材厚度与深冲度的关系见图2-49。
它的热加工温度以850-1200℃为宜,随后需灰冷或砂冷。
它的焊接性能与0Cr13相近,焊后若焊缝需进行机加工时,应进行退火处理。
1Cr13钢的热处理工艺见表2-19。
图2-49表2-19 1Cr13钢的热处理工艺2Cr13钢冷塑性变形性能、深拉和深冲性以及切削加工性均尚好,它的热加工温度以850-1200℃为宜,随后需砂冷或及时进行退火处理。
不锈钢焊缝防腐处理方法关于不锈钢焊缝处理方法,森源提供了多种解决方案,森源生产的CA-Q04可以很好的处理不锈钢的焊缝适用于200、300、400系列不锈钢的焊缝处理,包括奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈钢均能有效快速去除焊缝。
铁素体不锈钢的焊缝处理方法:(1)铁素体型不锈钢在加热和冷却过程中不发生相变,不会产生淬火硬化现象。
(2)被加热到950℃以上的部分(焊缝及热影响区)晶粒长大倾向严重,且不能用焊后热处理的方法使粗大晶粒细化,接头韧性降低,增加冷裂倾向。
(3)焊缝及热影响区如在400~600℃温度范围停留,容易出现“475℃脆性”。
在650~850℃温度区间停留,则易引起8相析出脆化。
(4)焊接时应注意在上述两个温度区间的加热和冷却速度。
600℃以上短时加热后空冷可消除475℃脆化;加热至930~980℃急冷,可消除相析出脆化。
(5)焊前预热可防止裂纹产生。
马氏体不锈钢的焊缝处理方法:(1)马氏体型不锈钢具有强烈的淬硬倾向,焊接时热影响区容易产生粗大的马氏体组织,母材含碳量越高,淬硬倾向越大。
(2)焊后残余应力较大,极易产生冷裂纹。
焊接接头中氢的含量增加会加重冷裂纹倾向。
(3)马氏体型不锈钢会产生较大的过热倾向,焊接接头中受热超过1150℃的区域,晶粒长大显著,过快或过慢的冷却都可能引起接头脆化。
另外,马氏体型不锈钢与铁素体型不锈钢一样也有475℃时的脆性,焊前预热和焊后热处理都必须注意。
双相不锈钢的焊缝处理方法:双相不锈钢具有良好的焊接性,尽管其凝固结晶为单相铁素体,但在一般的拘束条件下,焊缝金属的热裂纹敏感性很小,当双向组织的比例适当时,其冷裂纹敏感性也较低。
但应注意,双相不锈钢中毕竟具有较高的铁素体,当拘束度较大及焊缝金属含氢量较高时,还存在焊接氢致裂纹的危险。
因此,在焊接材料选择与焊接过程中应控制氢的来源。
沉淀硬化不锈钢的焊缝处理方法:沉淀硬化马氏体不锈钢具有良好的焊接性,进行同材质等强度焊接时,在拘束度不大的情况下,一般不需要焊前预热或后热,焊后热处理采用与母材相同的低温回火时效将可获得等强度的焊接接头。
不锈钢焊接注意事项不锈钢焊接是一种常见且重要的金属加工方法,它广泛应用于制造业、建筑业和工程领域。
然而,不锈钢焊接过程中需要注意一些关键事项,以确保焊缝质量和安全性。
本文将介绍一些不锈钢焊接的注意事项。
首先,选择合适的焊接材料至关重要。
不锈钢有多种类型,如奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等。
不同类型的不锈钢具有不同的焊接特性,因此在焊接前需要了解所用材料的性质、组成和焊接性能。
根据具体要求选择合适的焊接材料,以确保焊接质量。
其次,保持焊接区域的干净与干燥也是焊接成功的关键。
在焊接前,应该彻底清洁焊接材料的表面,将油脂、污垢和氧化物清除干净。
使用适当的清洗剂能够有效地清除不锈钢表面的污垢,并尽量避免再污染。
除此之外,焊接材料的表面还要保持干燥,以避免水分进入焊接区域,因为水分会导致氢气在焊接时产生,从而引发气孔问题。
第三,控制适当的焊接参数非常重要。
在不锈钢焊接中,焊接电流、电压和焊接速度等参数都需要进行精确控制。
过大的电流和电压可能会导致熔深过大,影响焊缝质量,而过小的电流和电压则会导致焊缝形成不良,无法满足使用要求。
正确设置焊接参数,能够保证焊接质量,并提高焊接效率。
另外,选择合适的焊接方法也是关键。
常见的不锈钢焊接方法有TIG焊接、MIG/MAG焊接和电阻焊接等。
每种焊接方法都有其适用范围和特点,需要根据具体情况进行选择。
例如,TIG焊接适用于对焊接质量要求较高的薄壁管焊接,而MIG/MAG焊接则适用于高效率焊接和大批量生产。
选择合适的焊接方法可以提高焊接质量和工作效率。
最后,进行焊后处理同样重要。
焊后处理能够消除焊接过程中的应力和变形,提高焊接接头的稳定性和强度。
常见的焊后处理方法包括退火、热处理和机械处理等。
合适的焊后处理能够增强焊缝的耐腐蚀性和机械性能。
综上所述,不锈钢焊接是一项需要注意细节的工艺,正确选择焊接材料,保持清洁和干燥的焊接区域,控制适当的焊接参数,选择合适的焊接方法和进行合适的焊后处理,都是确保焊缝质量和安全性的关键因素。
第七节 马氏体不锈钢的焊接一、马氏体不锈钢的焊接性马氏体不锈钢主要有:①普通Cr13钢,如1Cr13、2Cr13等;②热强马氏体不锈钢,如2CrWMoV、2Cr12MoV等;③超低碳复相马氏体不锈钢,如0.01C-13Cr-7Ni-3Si、0.03C-12.5Cr-4Ni-0.3Ti、0.03C-12.5Cr-5.3Ni-0.3Mo等。
除了超低碳复相马氏体不锈钢,常见马氏体不锈钢均有脆硬倾向,含碳量越高,脆硬倾向越大。
因此,焊接马氏体不锈钢时,常见的问题是热影响区的脆化和冷裂纹。
1.热影响区脆化马氏体不锈钢尤其是铁素体形成元素较高的马氏体不锈钢,具有较大的晶粒长大倾向。
冷却速度较小时,焊接热影响区易产生粗大的铁素体和碳化物;冷却速度较大时,热影响区会产生硬化现象,形成粗大的马氏体。
这些粗大的组织都使马氏体不锈钢焊接热影响区塑性和韧性降低而脆化。
此外,马氏体不锈钢还具有一定的回火脆性。
所以,焊接马氏体不锈钢时,冷却速度的控制是一个难题。
2.焊接冷裂纹马氏体不锈钢由于含铬量高,极大地提高其淬硬性,不论焊前的原始状态如何,焊接总会使其近缝区产生马氏体组织。
马氏体不锈钢热影响区随含碳量增多,导致马氏体转变温度(M S点)下降、硬度提高、韧性降低。
随着淬硬倾向的增大,接头对冷裂也更加敏感,尤其在有氢存在时,马氏体不锈钢还会产生更危险的氢致延迟裂纹。
对于焊接含奥氏体形成元素碳或镍较少,或含铁素体形成元素铬、钼、钨或钒较多的马氏体不锈钢,焊后除了获得马氏体组织外,还会产生一定量的铁素体组织。
这部分铁素体组织使马氏体回火后的冲击韧性降低。
在粗大铸造态焊缝组织及过热区中的铁素体,往往分布在粗大的马氏体晶间,严重时可呈网状分布,这会使焊接接头对冷裂纹更加敏感。
二、焊接方法与焊接材料1.焊接方法焊接马氏体不锈钢可以采用各种电弧焊方法进行焊接。
目前仍以焊条电弧焊为主,而采用二氧化碳气体保护焊或氩、二氧化碳混合气体保护焊,可以大大降低焊缝中含氢量,从而降低焊缝冷裂的敏感性。
2.焊接材料马氏体不锈钢焊接可以采用两种不同的焊条和焊丝。
1)Cr13型马氏体不锈钢焊条和焊丝通常在焊缝有较高的强度要求时,采用Cr13型马氏体不锈钢焊条和焊丝,可使焊缝金属的化学成分与母材相近,但焊缝的冷裂倾向大。
因此要求焊前预热,预热温度不能超过450℃,以防止475℃脆化。
焊后进行热处理,焊后热处理是在冷至150-200℃时,保温2h,使奥氏体各部分转变为马氏体,然后立即进行高温回火,加热到730-790℃,保温时间每1mm板厚为10min,但不小于2h,最后空冷。
如果焊后冷至室温再进行高温回火,则有产生裂纹的危险。
为了防止裂纹,焊条和焊丝中S、P的含量应小于0.015%,Si的含量应不大于0.3%。
Si含量增加,促使生成粗大的一次铁素体,导致接头的塑性降低。
碳的含量一般应低于母材的含碳量,可以降低淬透性。
但从防止产生一次铁素体的角度考虑,有时不能降低含碳量,如采用热817焊条进行焊接,则增加含碳量至0.19%,并减少Cr含量。
2)Cr-Ni奥氏体型不锈钢焊条与焊丝Cr-Ni奥氏体钢型焊缝金属具有良好的塑性,可以缓和热影响区马氏体转变时产生的应力。
此外,Cr-Ni奥氏体不锈钢型焊缝对氢的溶解度大,可以减少氢从焊缝金属向热影响区的扩散,有效地防止冷裂纹,因此不需预热。
但焊缝的强度较低,也不能通过焊后热处理来提高。
.3.马氏体不锈钢焊接工艺要保证马氏体不锈钢焊接接头不产生冷裂纹,并具有良好的力学性能,必须正确选择预热温度和焊后热处理方法。
1)焊前准备(1)清理杂质清除坡口中的油污及吸附的水分,减少氢的来源。
(2)烘干焊条焊条电弧焊的焊条焊前要经过350~400℃的高温烘烤,以便彻底除去水分,减少扩散氢含量和降低冷裂纹敏感性。
(3)正确选择焊前预热温度焊前预热温度应低于马氏体开始转变温度,一般为150~400℃,最高不超过450℃。
碳含量是确定预热温度的最主要因素,含碳量高,预热温度应相应高一些。
影响选择预热温度的其他因素还有材料厚度、填充金属种类、焊接方法和拘束程度等。
含碳量小于0.1%时,可不预热,也可预热至200℃;含碳量为0.1%~0.2%时,预热200~260℃。
在特别苛刻情况下可采用更高的预热温度,如预热400~450℃。
含碳量大于0.2%时,需要保持层间温度。
薄板有时可以不预热,即使预热,预热温度为150℃即可。
对于刚性大的厚板结构,以及淬硬倾向大的钢种,预热温度相应高些,通常选在马氏体开始转变温度M S点上。
如焊接厚度大于25mm时,预热温度为300~400℃。
采用Cr-Ni奥氏体不锈钢焊条或焊丝焊接马氏体不锈钢时,一般可不进行预热,只有在焊接厚板时才预热200℃左右。
当预热温度过高时(如预热温度超过450℃),会使焊接接头的性能恶化。
一方面接头长时间处于高温,有可能出现475℃脆化;另一方面由于冷却速度缓慢,长时间处于奥氏体温度以上的部分,会分解出粗大的铁素体,奥氏体间析出大量的碳化物。
这些均将导致接头的韧性严重降低。
同时,此类钢通常在调质状态下焊接,焊后只进行高温回火,一般不能加热到相变点以上的温度进行热处理来改变这种不良的组织,因此,预热温度尽可能不超过450℃。
(4)接头设计焊接接头设计应避免刚性过大,装配焊接时避免强制装配。
2)焊接工艺要点(1)根据实际正确选择焊接方法和焊接材料为了保证使用性能要求,焊接成分应与母材同质。
为了防止冷裂,也可采用奥氏体不锈钢作为填充金属,此时由于焊缝成分为奥氏体组织,焊缝强度不可能与母材匹配,而且奥氏体焊缝与母材相比,在物理、化学和冶金的性能上存在很大差异,所以在选用奥氏体焊接材料焊接马氏体不锈钢时,必须考虑母材稀释的影响以及凝固过渡层的形成问题。
(2)正确选择工艺参数一般选用较大焊接线能量焊接,可能降低冷却速度。
(3)其他① 严格控制层间温度,以防止在熔敷后续焊道前发生冷裂纹。
② 保证全部焊透,如采用钨极氩弧焊进行打底焊,可以避免产生根部裂纹。
③注意填满弧坑,防止出现火口裂纹。
3)后热及焊后热处理绝大多数马氏体不锈钢焊后不允许直接冷却到室温,以防止冷裂纹的产生。
马氏体不锈钢焊接中断或焊完之后,应立即施加后热,以使奥氏体在不太低的温度下全部转变为马氏体(有时还有贝氏体)。
后热的时机很重要,既不能等到冷却至室温,又不能在M S点以上进行。
如果焊后能够立即进行热处理,则可以免去后热。
马氏体不锈钢焊后热处理的目的:①消除焊接残余应力,去除接头中的扩散氢,以防止延迟裂纹的产生;②对接头进行回火处理以减小硬度,改善组织和力学性能。
焊后热处理的目的是降低焊缝和热影响区硬度,改善其塑性和韧性,同时减少焊接残余应力。
焊后热处理有两种。
一种是焊后进行调质处理,这种处理是在焊后立即进行,不必再进行高温回火。
另一种是焊前已进行调质处理(淬火+回火),因此焊后只进行高温回火,而且回火的温度应比调质的回火温度略低,使之不至于影响母材原有的组织状态。
如Cr12WMoV钢的调质回火温度为740-780℃,焊后的高温回火温度应比它低20-40℃。
回火温度的选择应适应构件对接头力学性能和耐蚀性的要求。
回火温度一般选在650-750℃,至少保温1h,空冷。
回火温度不应高于A C1点,防止再度奥氏体转变。
对高温使用的焊接结构常采用较高的回火温度。
高温回火时析出较多的碳化物,对耐蚀性不利。
对于主要用于耐蚀的结构,应进行较低温度的消除应力退火。
对于不再进行调质处理的焊后回火处理,不应在焊件尚处于高温下进行,应等到接头冷却到马氏体转变基本完成的温度M f,立即进行回火。
若焊后尚处于高温的工件立即回火,虽然可以防止冷裂纹的产生,但是接头会出现粗大的铁素体和沿晶界析出碳化物,甚至焊缝中还会形成大量性能较差的贝氏体组织,因此回火前应使焊件冷却,让焊缝和热影响区的奥氏体基本分解完。
对于刚度小的构件,可以冷却至室温后再加热。
对于大厚度的结构,特别当含碳量较高时,需采用复杂的工艺:焊后冷却至100~150℃,保温0.5~1.0h,然后加热到回火温度。
回火温度一般不选在475~550℃。
在这个温度回火的钢韧性都很低。
韧性低的原因与微观组织变化和回火脆化有关。
钢中加入Mo、V、Nb和降低含碳量可改善韧性。
回火处理需保温足够的时间,以使接头中可能存在的脆硬贝氏体组织能够转变为索氏体。
保温时间可按每毫米厚度4min计算。
保温后以3~5℃/min的冷却速度冷至300℃,然后空冷。
四、常见焊接缺陷及防止措施马氏体不锈钢焊接时产生的主要缺陷为焊接冷裂纹和热影响区脆化。
1.冷裂纹产生的主要原因详见3.3.1小节。
防止冷裂纹的措施如下:1)预热预热是防止焊缝硬脆和产生冷裂纹的一个很有效的措施。
预热温度可根据工件的厚度和刚性大小来决定,一般为200~400℃,含碳量越高,预热温度也越高。
但从接头质量看,预热温度过高,会在接头中引起晶界碳化物沉淀和形成铁素体,对韧性不利,尤其是焊缝含碳量偏低时。
这种铁素体+碳化物的组织,仅通过高温回火不能改善,必须进行调质处理。
2)焊接工艺 采用大线能量 较大的焊接电流,可以减缓冷却速度。
3)控制层间温度对于不同的钢种层间温度不同,一般不低于预热温度。
4)正确选择焊接材料 为了保证使用性能,最好采用同质填充金属。
为了防止冷裂纹,也可采用奥氏体不锈钢型填充,此时由于焊缝成分为奥氏体组织,焊缝强度不可能与母材匹配。
此外,若采用奥氏体焊接材料时,必须考虑母材稀释的影响以及凝固过渡层的形成问题。
5)焊后处理焊后缓冷到150~200℃,并进行焊后热处理以消除焊接残余应力,去除接头中扩散氢,同时也可以改善接头的组织和性能。
2.热影响区脆化防止热影响区脆化的措施如下。
1)合理选择预热温度,预热温度不应超过450℃,否则接头长时间处于高温下,可能产生475℃脆化。
2)合理选择焊接材料调整焊缝的成分,尽可能避免焊缝中粗大铁素体的产生。