不锈钢焊接工艺的现状及发展.doc

1、不锈钢焊接工艺的现状及发展摘要：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

2、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。 1 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

3、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 N S S31803 ( SA F 2205 ) , U N S S32760 (SA F 2507)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

4、、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, 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,双相钢就可获得令人满意的焊接性。 1.3 马氏体不锈钢 C r13 系列及以 C r12 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

5、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 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 铁素体(5%10%) 时, 可防止热裂纹,

6、提高抗晶间腐蚀能力, 但 铁素体含量较高时, 抗应力腐蚀裂纹倾向则会降低。 铁素体对低温韧性也不利。 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, 蠕虫状铁素体容易发生解理断裂, 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, 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

7、低, 韧性越低, 铁素体和夹杂物的含量均对低温冲击韧性有影响, 但 铁素体的影响更大。因 铁素体的热膨胀系数比奥氏体小, 在凝固过程中,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 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 / 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

8、 / 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 Ni 之后, 相变温度提高, 向 的转变更完全; 此外, 冷却速度对接头的组织也有较大的影响: 冷却速度不同, 奥氏体含量不同; 冷却速度快时, 会有铬氮化合物析出; 冷却速度快时, 晶粒细小, 晶界面积大, 不但可有更多的 转变为 , 提高 / 相比例, 而且还可提高焊缝的韧性。 Toshio Kuroda 等研究了 DP3、2207 和 DP8、2205 双相钢之后发现, Cr、Mo 可促进 相 的析出。随 Cr、Mo 含量的增加, 相的 C 曲线左移。在 HAZ 区, 相沿 / 晶界析出, 含 Cr、Mo 高的焊缝中还会有

9、二次奥氏体析出, 加速了 相的析出。焊接热过程不会影响双相不锈钢的晶间蚀性能, 但却会强烈影响点腐蚀性能。例如, 在氯化物介质中, 焊缝的点蚀速 度几乎为母材的 2 倍, 但在含氮介质中, 焊缝的点蚀速度与母材基本相同, 这表明铁素体对点蚀性能较为敏感, 而奥氏体则对晶间腐蚀较为敏感。TIG 焊双相不锈钢时, 水冷焊缝的耐点蚀性能比空冷焊缝的耐点蚀性能强, 硬度值也较空冷焊缝的高, 这主要与前者冷却速度快、铁素体含量增多有关。 5 马氏体不锈钢的研究进展 马氏体不锈钢高温加热后, 容易产生淬硬组织, 较多地应用于堆焊场合。堆焊马氏体不锈钢时, 随 Ni、Cr 含量的增加, 残余奥氏体含量增加、

10、硬度值下降, Ni 的含量增加到一门槛值后,硬度值则会显著下降。增加 Mo 的含量时, 残余奥氏体含量也增加, 但效果不如 Ni、Cr 明显。 结束语 随着不锈钢品种和消费量的增加, 国内外开展不锈钢焊接技术研究的广度和深度在不断地加大, 在焊接理论和工艺实践上已经取得了积极的研究成果。在生产应用中, 许多新的焊接问题不断出现,对我国的焊接工作者提出了新的挑战。大力改进不锈钢的焊接工艺, 逐步缩小我国与世界先进水平的差距, 是摆在我国广大焊接科研技术人员面前的一个亟待解决的问题。深入认识不锈钢焊接接头中的组织和合金元素, 对避免接头脆性相的生成或通过添加元素来改善焊缝的组织, 进而提高接头性能有重要的意义; 对进一步开发新型填充材料, 推动新型焊接工艺的发展具有现实意义。 参考文献 1 林企曾, 李成.迅速发展的中国不锈钢工业 J .钢铁,2006 , 41( 12 ) : 1. 2 张其枢,堵耀庭.不锈钢焊接 M .北京:机械工业出版社.2004. 3 中国机械工程学会焊接学会.材料焊接 M / 焊接手册, 第 2 卷.北京: 机械工业出版社.1992.