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1、不锈钢焊接工艺现状和发展 摘要：随着我国不锈钢消费量的快速增长,不锈钢的焊接技术越来越重要,需要予以重视。本文介绍了不锈钢的类型及特点，分析了奥氏体不锈钢、双相不锈钢、马氏体不锈钢的研究进展及存在的问题，有助于产品质量的提高,保证产品质量的稳定。关键词：不锈钢；焊接工艺；现状；发展中图分类号：TG43文献标识码：A文章编号：引言不锈钢由于其优良的耐腐蚀性能,在我国的经济建设中占有举足轻重的地位,被广泛应用于船舶、车辆、汽车、宇航、桥梁、建筑、压力容器、贮罐、建筑机械、管线及家电设备等行业。与国外
2、相比,我国的不锈钢焊接技术水平存在一定的差距,主要表现在焊接设备、焊接工艺(大部分焊接工程技术人员及焊工不熟悉不锈钢的焊接)和焊接材料(焊材研发能力弱,优质焊材主要靠进口)等方面。因此,迫切需要我们加强不锈钢焊接工艺与材料的研究工作,致力于产品质量的提高,保证产品质量的稳定,迅速缩小与国外先进水平的差距。同时加强对高品质特种不锈钢焊材的研制开发与生产,适应市场的需求,降低成本,增强自身的竞争能力,为我国的经济建设做贡献。61不锈钢的类型及其特点1.1奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢是应用最广的一种,高铬镍
3、钢及高铬锰氮钢均属此类,其中,铬镍奥氏体不锈钢是最通用的钢种。18-8钢主要用于耐蚀环境下,25-20钢主要用作热稳定钢,提高含碳量则可用做热强钢。奥氏体不锈钢是不锈钢中最重要的钢种,由于其在高温、极低温度(-196℃)下均具有优良的塑韧性、冷热加工性能和耐腐蚀性能,因此大量用于石油、化工、宇航及核工程等重要焊接结构。目前的主要问题是接头的刀状腐蚀和应力腐蚀开裂,以及含镍较高的单相奥氏体钢接头热裂问题,有时也会有接头热强性和再热裂纹问题。1.2双相不锈钢双相不锈钢主要是指奥氏体—铁素体不锈钢,如U
4、NSS31803(SAF2205),UNSS32760(SAF2507)等在室温下奥氏体和铁素体组织各占约一半的不锈钢。双相不锈钢具有优良的综合性能,如高强度、高抗疲劳强度、低温高韧性、耐孔蚀性、高抗应力腐蚀开裂性能等,广泛应用于石油、天然气、化工等领域的大型容器、管道设备中。双相不锈钢是由奥氏体和铁素体两种显微组织相组成的钢种,因此双相不锈钢的焊接性兼有奥氏体钢和铁素体钢各自的优点,6并减少了其各自的不足之处。对双相钢的焊接性起决定性作用的因素是铁素体和奥氏体的相比例。选择适当的材料和工艺,双相
5、钢就可获得令人满意的焊接性。1.3马氏体不锈钢Cr13系列及以Cr12为基的多元合金化的钢均属马氏体不锈钢。马氏体不锈钢的主要问题是接头的冷裂和脆化。马氏体型不锈钢与铁素体型不锈钢相比,其铁素体形成元素铬的含量较少,含有较高的奥氏体形成元素碳。这类钢中高温下存在的奥氏体在通常不太慢的冷却条件下会发生奥氏体到马氏体的转变,属于淬硬组织的钢种。在焊接时,由于焊接热循环的作用,焊缝和热影响区焊后状态的组织为硬脆的马氏体组织,易形成冷裂纹。并随着碳含量的提高,形成冷裂纹的倾向会越来越大。另外,马氏体钢也有
6、较大的晶粒粗化倾向。在冷却速度小时,近缝区就会出现粗大的铁素体和碳化物组织,因而塑性和韧性显著下降;若冷却速度大,由于产生粗大的马氏体组织,塑性的韧性也要下降。2奥氏体不锈钢的研究进展δ铁素体对不锈钢焊接接头性能有着较大的影响。奥氏体不锈钢焊缝金属中含有少量的δ铁素体(5%～10%)时,可防止热裂纹,提高抗晶间腐蚀能力,但δ铁素体含量较高时,抗应力腐蚀裂纹倾向则会降低。δ铁素体对低温韧性也不利。δ铁素体按其组织形态可分为蠕虫状铁素体、花边状铁素体和球状铁素体。低温却贝冲击试验时,6蠕虫状铁素体容易
7、发生解理断裂,而花边状铁素体和球状铁素体则容易发生韧窝断裂。因此,在铁素体含量一定的情况下,改变铁素体的形态,可改善焊缝的低温韧性。例如,随着花边铁素体或者不连续蠕虫状铁素体的增加,低温韧性增加。室温时,δ铁素体对冲击韧性无影响,冲击韧性主要取决于夹杂物的含量,夹杂物含量增高,冲击韧性下降。低温时(如-196℃),由于铁素体为体心立方结构,其冲击韧性与温度有关,温度越低,韧性越低,δ铁素体和夹杂物的含量均对低温冲击韧性有影响,但δ铁素体的影响更大。因δ铁素体的热膨胀系数比奥氏体小,在凝固过程中,δ
8、铁素体的体积收缩可在一定程度上缓和奥氏体的膨胀,故焊缝中的δ铁素体还有降低焊后残余应力的作用。此外,铁素体对高循环和低循环疲劳特性的影响也不显著。4双相不锈钢焊接冶金的研究进展焊接双相不锈钢时,为获得与母材相同的δ/γ相比例,焊丝中通常加入比母材高2%～4%的Ni,以获得与母材相同的相比例。比较电子束焊(EBW)和钨极氩弧焊(GTAW)用和不用Ni基填充丝焊接双相不锈钢UNS3180后认为,化学成分和冷却速度均对焊接接头中δ/γ相比例有影响,但化学成分的影响更大,这是因为焊缝中增加
