东莞304不锈钢板.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流东莞304不锈钢板.精品文档.奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接是最常见的异种钢焊接。异种钢接头使用环境也特别复杂，有的是在低温环境下使用，也有的在高温下使用；有的要求耐腐蚀，有时刚要求耐疲劳，这些都要求在选择焊接材料时必须认真考虑。 (1)稀释问题 在异种钢的焊接过程中，由于基体金属的熔化而使焊缝金属受到稀释，焊缝金属的成分是由填充金属的成分、母材成分及熔合比确定，这样可以在不锈钢组织图上，大致预测出焊缝金属的组织状态，也能大致知道焊缝的性能，保证接头的机械性能和抗裂性能。 (2)熔合区的塑性 奥氏体不锈钢与珠光体焊接时，一般选挥奥氏体焊缝金属，由

2、于稀释作用，往往会在过渡区产生脆性的马氏体组织，即在焊缝金属中靠近珠光俸母材一佣熔合区附近存在一个窄的低塑性带，低翅性带的化学成分和组织均不同于焊缝的其他部位，宽度一般为0.20. 6mm，位置在熔合区中靠熔合线的边缘。熔合区的宽度随填充金属的种类不同而不同，见表3-32。熔合区中低塑性的马氏体组织存在，明显地降低接头的冲击韧性，对于在低温下工作和承受冲击载荷的异种钢接头，应选用镍基合金材料作为填充金属、以减少熔合区的脆性马氏体层的宽度和熔合线附近冲击韧性的降低幅度。 (3)碳的扩散 前面已经提及异种接头，在焊后热处理或高温环境中使用时，由于两侧强破化物形成元素含量和组织的不同而产生碳的迁移这

3、样在珠光体一侧形成脱碳层，由于碳的减少。殊光体组织将变成铁索体组织而软化，同时促使脱碳区的晶粒长大，沿熔合线形成一层粗晶粒区。增碳层中的碳除溶入基体以外，利余的碳元素则以铬的碳化物形态析出，使组织硬化。研究表明，焊缝金属中龠镶量提高，脱碳层宽度减小。当含镍量提高到z5%时，脱碳层宽度显著减小。 碳的扩散迁移对接头的常沮和高温瞬时强度的不良影响比较小，但对持久强度和疲劳极限的影响较大，而且断裂部位大部分发生在熔合区的脱碳层上。随着碳扩散的发展、接头在熔合区发生脆性断裂的倾向增大。 (4)热应力及其影响 奥氏体不锈钢热膨胀系数比珠光体钢大3026 60%，导热系数却只有珠光体钢的30%40%。这样

4、两种材料的接头，焊后会引起热应力。而这种热应力是不可能通过热处理来消除的，这种永存的热应力对接头性能影响很大。 奥氏体不锈钢与珠光体钢异种材料的接头在周期挂加热和冷却条件下工作时，接头承受着严重的热应变应力，由于珠光体一翻的熔合区或热影响区韧性相对较差，所以很容易沿这一侧熔合线产生热疲劳裂纹。热疲劳裂纹会在热应力的作用下，沿着弱化的脱碳层扩展而导致接头破坏。由于镍基合金的热膨胀系数介于奥氏体钢与珠光体钢之间，且接近珠光体钢，这样就分散了接头因热膨胀系数不同而产生的应力。因此，在接头性能要求高的情况下，采用镍基合金焊接材料是非常有效的。 珠光体与奥氏体钢焊接时，必须选用奥氏体焊接材料。若选用珠光

5、体型焊接材料，则由于奥氏体钢的稀释作用，就会产生整个焊缝金属形成马氏体而膪化，并引起裂纹。若选用308型焊接材料，由于母材的稀释作用，焊缝金属产生大量的马氏体组织，抗裂性能较差。一般来说，选用309型焊接材料，焊缝金属为舆氏体十少量铁索体组织，则抗裂性能好、应用最为广泛，在实际工作中，应当根据接头的具体材料和接头的使用环境，确定焊缝金属的化学成分和组织，利用已知的熔合比和不锈铜组织状态图，来选择焊接材料。在不锈钢和高合金耐热钢中，马氏体钢是可以利用热处理制度调整性能的，因此，为了保证使用性能的要求，特别是耐热用马氏体钢，焊缝成分应尽量接近母材的成分。为了防止冷裂纹，也可采用奥氏体焊接材料，这时

6、的焊缝强度必然低于母材。 焊缝成分同母材成分相近时，焊缝和热影响区将会同时硬化变脆，同时在热影响区中出现回火软化区。为了防止冷裂，厚度3mm以上的构件往往要进行预热，焊后也往往需要进行热处理，以提高接头性能，由于焊缝金属与母_材的热膨胀系数基本一致，经热处理后有可能完伞消除焊接应力。 当工件不允许进行预热或热处理时，可选择奥氏体组织焊缝，由于焊缝具有较高的塑性和韧性，能松弛焊接应力，并且能较多地固溶氢，因而可降低接头的冷裂倾向，但这种材质不均匀的接头，由于热膨胀系数不同，在循环温度的工作环境下，在熔合区可能产生剪应力，而导致接头破坏。 对于简单的Cr13型马氏体钢，不采用奥氏体组织的焊缝时，焊

7、缝成分的调整余地不多，一般都和母材基体相同，但必须限制有害杂质S、P及Si等，Si在Cr13型马氏体钢焊缝中可促使形成粗大的马氏体。降低含C量，有利于减小淬硬性，焊缝中存在少量Ti、IN或Al等元素，也可细化晶粒并降低淬硬性。 对于多组元合金化的Cr12基马氏体热强钢，主要用途是耐热，通常不用奥氏体焊接材料，焊缝成分希望接近母材。在调整成分时，必须保证焊缝不致出现一次铁索体相，因它对性能十分有害，由于Cr12基马氏体热强钢的主要成分多为铁素体元素（如Mo、Nb、W、V等），为保证全部组织为均一的马氏体，必须用奥氏体元素加以平衡，也就是要有适当的C、Ni，Mn、N等元素。 马氏体钢可采用所有的熔

8、焊方法进行焊接，由于这种钢具有相当高的冷裂倾向，因此必须严格保持低氢，甚至超低氢，在选择焊接材料时，必须要注意这一点，电焊条一般选用低氢型药皮。 马氏体铜焊材列入国标的不多，具体焊接材料选择可参考表3-17。随着冶炼技术的提高，一些新的低碳甚至超低碳马氏体钢已经使用，在选择焊接材料时，要充分考虑成分的相近性一般新的钢种的产生，其焊接材料也随之产生。 由于铁索体一臭氏体双相不锈钢的两相组织存在，其焊接热裂纹倾向很小，焊前不需要预热，焊盾不需要处理。 在焊接热循环的作用下双相不锈铜的组织变化较大，热影响区的相比例直接影响接头性能。按照焊接热循环的峰值温度高低，双相不锈钢的热影响区可划分为高温区、圃

9、溶区、中温区和低温区。低温区（低于400）的组织不发生变化：，中温区-(400900)有析出物析出，如碳化物、a相等，在正常情况下很少发现；圃溶区(9001100)的铁素体相虽然随峰值温度增高而增多，但两相比例变化不大。一般来说，这三个区的组织变化不大，各项性能亦无下降趋势。高温区的低温部分，温度约在1100-1250之间，晶粒开始长大，奥氏体向铁素体相转变，奥氏体数量减少，但由于该区晶粒长大不严重，奥氏体数量仍然较多(一般大于30%)，脆性析出物少故性能下降不太大。高温区的高温段，温度约在1280熔点，也称为过热区，该区组织发生急剧变化。在焊接的加热过程中，当温度升到一定程度时，奥氏体开始向

10、铁索体转变，当峰值温度大于1280，即使时间程短，也几乎形成等轴晶纯铁索体组织，晶粒粗大，在冷却过程中则发生铁寒体向奥氏体转变。焊接热循环的冷却过程中，由于从过热区峰值温度到400的时间很短，手工电弧焊通常只有2030s，而在铁素体向奥氏体转变的高温区和固溶区停留时间还不到lOs，因此相变过程难以达到平衡，相对于母材的圊溶态来说，奥氏体组织的比例要减少。研究表明t在热影响区中，必须有一定量的臭氏体才能把铁索体包围，形成奥氏体与铁索体的晶界，而且奥氏体还要在铁索体的晶内析出，才能获得满意的性能。一般来说，过热区奥氏体组织占202630%是合适的。 不锈钢中的B值越大，热影响区的铁索体含量越高。一

11、般认为：B值小于7时，热影响区为健全的奥氏体与铁索体两相组织（无纯铁鬟体品界），铬的析出物也大大减少，耐蚀性也能基本得到保证。进一步试验结果来看：B值偏高时，虽然占值小于7，单道焊接过热区的奥氏体仅在部分铁素体晶界上析出，未形成爿健全”的双相组织，而且在晶界、晶内还析出大量的碳化物和氮化物，影响钢的塑韧性和耐蚀性。单道焊接时，只有B值不大于4时，热影响区的过热区才能保证获得良好的臭氏体与铁索体两相组织。 在多层多道焊接时，后续焊道对前面焊道和前面的热影响区有热处理作用。第一次焊接热影响区的过热区，是第二次焊接热影响区的周溶区，这样后续焊接对前道焊接的过热区进行圊溶处理，使奥氏体进一步析出，同时

12、对进一步细化晶粒、减少碳氯化物都是极其有益的。当母材的B值小于7时，在多层焊时，除表面掉道的热影响区外，其余部位的热影响区均可获得较满意的双相组织。 母材中的两相比例直接关系到焊接热影响区组织和性能。如25%Cr。型双相不饬钢母材奥氏体与铁素体比例为70比30时，由于热影响区内奥氏体虫且有纯铁素体晶界，铁索体晶内会有较多的氮化物析出（特别是最后焊接的热影响区过热区），导致热影响区塑韧性和耐蚀性降低。当母材奥氏体与铁索体比例为60比40时，单道焊时热影响区组织还不完善，还不能保证无纯铁索体晶界，其性能仍低予母材。当母材奥氏体与铁索体比例为50比50时，热影响区为完善的双相组织，母材和热影响区均有

13、满意的性能。当母材奥氏体与铁泰体比例为40比60时，虽然热影响区耐孔蚀性髂提高i但冲击韧性下降，母材的静性也略有下降，耐孔蚀性能也略有下降，热加工性能也下降。因此，生产双相不锈钢时，除保征化学成分外；还应对相比例进行控制，即控翻铬、镍当量值。二般认为双相不锈钢的最佳相比例是50比50。 在双相不锈钢中，随着Cr、Mo含量的提高，475脆性和l口相臆化敏感性也有所提高，所以焊接时要特别注意焊接工艺的制定，特别是超级双相不锈钢的焊接。 不锈钢锭的质量与钢流注入钢锭模或结晶器的条件与注流在其中的分布密切相关。在浇注过程中，模内的钢液通常存在着三种不同的流动注流或气泡上浮引起的强制流动因温度梯度或浓度

14、梯度引起的自然对流溷钢水静压力和冷凝收缩而产生的流动。 1.模内不锈钢水的强制流动根据上注、下注不同方法，其情况有很大区别。 (1)下注法。即钢液经浇注系统从下部注入钢锭模内。此时，模内钢水的强制流动情况如图4-1-2所示。 根据下注15吨钢锭翻倒试验的测定结果，钢液在模内的实际喷射高度h实 可见，当F一定时，注流喷射高度随浇注线速度加快或上升孔出口半径缩小而增加。 下注钢锭内处于九以下的区域称为循环区。中心流股随着与上升孔出口断面距离的增加，因周围钢液的不断加入而使钢液流量与断面半径不断加大，而速度不断降低。位于上部的钢液在重力作用下产生向下的回流量和速度不断增加。 注流的喷射高度对钢锭的表

15、面质量有重要影响。增大，一方面因回流加剧，使凝固壳局部减薄易产生裂纹：另一方面使模内裸露的钢液面温度相应升高，阻止固体渣膜的形成，有利于减少翻皮缺陷。因此，应根据不同钢种选择合适的下水口形状和尺寸。如裂纹敏感性弱的钢，可采用圆柱形（图4-1 -3）口，以减少翻皮裂纹敏感性强的钢种，宜采用扩散形，(图4-1-3)6，以减少裂纹：宽厚比较大的扁锭和易形成固体渣膜的方锭，可分别采用椭圆形（或矩形）和梅花形（图4-1 -3）c.d，以加强边缘角部的传热，减少翻皮。 (2)上注法。即钢水直接从上口注入钢锭模内。此时模内钢液的流动与下注法有很大区别。注入模内的流股随着潜入钢液面的深度增加，流股断面逐渐增大，而速度却逐渐降低。与此相反，沿凝固前沿上升的反向流股，因其截面积逐渐减小，流速逐渐增大。但其增大程度在一定条件下存一临界值，其后又逐渐减小。 根据对上注的15吨20钢的扁锭测试可知，凝固着的钢锭内存在着三个有代表性的区域上部反向回流作用较平稳（速度小，时间短）冲间部位（距表面约950毫米处）回流作用强烈临界截面以下区域，反向回流作用中等。 随着浇注的进行，受注流影响的强制循环在较大范围内逐步上移，有利于下部钢液的凝固。所以，可以采用比下注法快的线速度进行浇注。同理，当用大型盛钢桶进行上注时，如采用中间漏斗，则可使强制循环区上移，从而有利于减少钢锭表面裂纹及翻皮缺陷。