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<<不锈钢焊接>>, d* n8 h7 ]+ f; ?- J
不锈钢是在普通碳钢的基础上,加入一组铬的质量分数大可12％合金元素的钢材,它在空气作用下能保持金属光泽,也就是具有不生锈的特性。在这类钢中,有些除含较多的铬(Cr)外,还匹配加入较多的其它合金元素,如镍(Ni),使之在空气中、水中、蒸气中都具有很好的化学稳定性,而且在许多种酸、碱、盐的水溶液中也有足够的稳定性,甚至在高温或低温环境中,仍能保持其耐腐蚀的优点。+ l! U) q# O4 f
不锈钢有普通(一般)不锈钢和耐蚀钢两种;在空气或弱介质中能抵抗侵蚀的钢即可称为不锈钢,即一般的不锈钢;在某些强腐蚀介质中能抵抗侵蚀的钢称为耐蚀钢。不锈钢不一定能耐腐蚀,而耐蚀钢肯定不会生锈,当然无愧于不锈钢之称谓。不锈钢不仅具有很强的化学稳定性,同时也有足够的强度和塑性,并且在一定高温或低温下具有稳远力学性能。这类钢的某些牌号还可作为耐热钢使用;有的可用做优质的低温用钢,在使用过程中其耐腐性能仍然优良。# f. D$ b4 a! @
碳钢、铁素体型和马氏体型不锈钢有磁性,奥氏体型不锈钢无磁性,但其冷加工硬化生成马氏体相变时将会产生磁性,可用热处理方法来消除这种马氏体组织而恢复其无磁性。& F% }' t( p) j6 y. S8 B5 z
一种不锈钢可在许多介质中具有良好的耐蚀性,但在另外某种介质中,却可能因化学稳定性低而发生腐蚀。一种不锈钢不可能对所有介质都耐蚀。
2 c9 D5 I! ~( \ 金属的物理溶解属于物理腐蚀。化学腐蚀是指在介质中直接发生的化学作用,即金属同介质中离子直接交换电荷。电化学腐蚀是金属在电介质中,由于电极反应而发生的腐蚀。生活实际、工程实际中的金属腐蚀,绝大多数都属于电化学腐蚀。 W5 K) g( R# w; p. s
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。均匀腐蚀使金属截面不断减少,对于被腐蚀的受力零件而言,会使其承受的真实应力逐渐增加,最终达到材料的断裂强度而发生断裂。不锈钢--指在大气及弱腐蚀介质中耐蚀的钢。腐蚀速率小于0.01mm/年的,认为是"完全耐蚀";腐蚀速率小于0.1mm/年,认为是"耐蚀"的。耐蚀钢--指在各种强烈腐蚀介质中能耐蚀的钢。凡腐蚀速率小于0.1mm/年的,认为是"完全耐蚀";而腐蚀速率小于1mm/年,认为是"耐蚀"的。# l5 N1 a Z3 t* A
点腐蚀是指在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微,而分散发生高度的局部腐蚀,常见蚀点尺寸小于1.0mm,深度往往大于表因孔径,轻者有有较浅的蚀坑,严重的甚至形成穿孔。是不锈钢常见的腐蚀破坏类型之一。在含有氯离子(Cl--)的介质中,最易引起不锈钢的点腐蚀。目前,防止不锈钢点腐蚀破坏的途径有几个方面:
+ r4 v" X! H" b* l i& H (1)减少介质中氯离子含量和氧含量;加入缓蚀剂(如CN--、NO3--、SO4--等)降低介质温度等。* j! N! r. q: b% v2 Z+ ]
(2)在不锈钢中加入钼、锰、硅、钒或稀土元素合金化,能有效地增大抗点蚀能力。
' k+ v3 W9 ^; t# j* ` (3)尽量不进行冷加工,以减少位错露头处发生点蚀的可能。9 {5 S- J* E2 k, J7 i( G7 {8 t( S
(4)降低钢中碳的含量,提高铬、镍含量,都能提高其抗点腐蚀能力。现有的超低碳高铭镍含钼的奥氏体不锈钢和超高纯低碳低氮含钼的高铭铁素体不锈钢均有较高的耐点腐蚀能力。
8 d1 O1 _# i4 H, V7 {! q. U% i 缝隙腐蚀是指在金属构件缝隙处发生斑点状或溃疡形的宏观蚀坑,这是局部腐蚀的一种。常发生在垫圈、铆接、螺钉联接的接缝处,搭接的焊接接头、阀座、堆积的金属片间等处。部分奥氏体型不锈钢、铁素体型和马氏体型不锈钢在海水中均有程度不等的缝隙腐蚀的倾向。在钢中适当地增加铬、钼含量,可以改善抗缝隙腐蚀能力。实际上在海水中使用的装置,只有采用钛、高钼镍基合金和铜合金等材料,才能有效地防止缝隙腐蚀的发生。改善运行条件、改变介质成分和结构形式都可以防止缝隙腐蚀的重要措施。
9 ]( R# U8 F+ z9 e2 ` 晶间腐蚀是一种有选择性的腐蚀破坏,它与一般选择性腐蚀不同之处在与,腐蚀的局部性显微尺度的,而宏观上不一定是局部的。此腐蚀集中发生在金属显微组织晶冤并向金属材料内部深入,称之晶间腐蚀。这种类型腐蚀发生以后,有时从外观上不易被察觉,但由于晶界区因腐蚀己遭到破坏,晶粒间的结合强度几乎完全丧失。腐蚀深度较大者可失去金属声,构件有效承载截南大减而导致过载断裂。受腐蚀严重的金属甚至形成粉末,从构件上脱落下来。这是一种危害性很大的腐蚀破坏。奥氏体型不锈钢会发生晶间腐蚀是由于这类钢加热到600-8000C温度区间会发生敏化,因而晶界区贫铭而形成晶间腐蚀。在某些超低碳含钼奥氏体型不锈钢,铁素体型不锈钢也有形成晶间腐蚀的倾向。20世纪50年代不锈钢焊接的主要问题是焊接接头的晶间腐蚀,随着科学技术的发展,这一问题逐步得到解决。(不锈钢焊接产生的晶间腐蚀机理、预防措施---略)
# L5 D: U6 X8 C& D) J 应力腐蚀是指金属在某种特定环境与相应水平应力的共同作用寸,以裂纹扩展方式发生的与腐蚀有关的断裂。特定环境下无应力或应力水平太低,不会引起应力腐蚀。同样有相当水平应力而无特定环境也不会发生应力腐蚀。所谓特定环境,是指只有当介质的成分和浓度范围适当时,才能导致某种相应金属的应力腐蚀。20世纪60年代以来,许多不锈钢焊接构件因应力腐蚀断裂事故不断发生,断裂的模式是完全脆性的。在裂纹缓慢伸展过程中不出现任何其它的宏观症候,一旦达到瞬断截面立即快速断裂,往往造成灾难性事故。(不锈钢焊接产生的应力腐蚀机理、预防措施---略)$ [4 G7 f! e0 t& |: @
从物理冶金学原理可知,合金的化学成分决定其各种热处理状态和加工状态下的金相结构和组织。以化学成分为基础,加上金相结构和组织决定该合金材料的性能。
0 W. t- Q: n Q! H0 y 众多不锈钢牌号的异同和各种合金元素对不锈钢组织和性能的影响2 V6 i: [" b5 r- f1 e, ]+ z
铬、硅、铝--可使钢在氧化性介质中产生一种与基体组织牢固结合的钝化膜;又能提高钢在电介质中的电极电位,从而使化学稳定性得到提高。在18-8型不锈钢中,当硅的质量分数从0.4％提高到2.4％时,钢在9800C时抗氧化性能提高22倍,但会严重恶化稳定奥氏体型钢的焊接性。铝在沉淀硬化型不锈钢中,可以提高其室温和高温的强度。$ X6 j* S3 L1 @
镍--形成奥氏体的元素,扩大钢在酸中的钝化范围,但不能改善其对稀硝酸的耐蚀性,是耐蚀钢的主要合金元素。在低碳铬不锈钢(Wcr.17％)的基础上,只需加入质量分数为9％的镍,既能满足钢的耐蚀性要求,又能提高钢的高温强度和抗氧化性。
% L& d2 z% ^( v5 _5 x1 k 钼和铜--钼是形成铁素体的元素,可以提高钢在非氧化性介质中的稳定性,比抵抗氯离子(Cl--)产生的点腐蚀;同时也能提高奥氏体型钢的热强性,改善奥氏体钢短时塑性和持久塑性,对焊接有利。但钼含量多则会降低奥氏体型不锈钢的韧性。在铬镍不锈钢中加入铜能促使钢产生弥散硬化组织, 提高钢的热强性。与钼配合使用,可进一步提高铬镍不锈钢在稀硫酸中的耐蚀性能。0Cr18Ni12Mo2Cu2& h8 {5 z+ s1 p( Z
锰和氮--锰和氮对提高不锈钢的耐蚀性没有直接影响,但它们都是促进和稳定奥氏体的有效元素。当锰含量过高时,对含铬量较低的不锈钢的耐蚀性不利,还会使铸钢件产生气孔,同时增加硬度,给钢的冷加工带来困难。氮与碳共同作用能提高奥氏体型钢的热强性,氮的强化作用在于时效过程中形成氮化物和碳氮化物。1Cr17Mn6Ni5N7 w& v: q$ R# ^; T0 P6 y' O; u
钛和铌--它们是比铬更易与碳结合形成稳定碳化物的元素。在铬镍不锈钢中当钛的加入量大于碳含量5倍,或者铌的加入量大于碳含量8倍时,可以使绝大部分的碳存在于钛或铌的碳化物之中,因而使固溶碳的质量分数降到0.03％以下,这就能保证铬在钢中的有效固溶浓度,从而改善钢的抗晶间腐蚀能力。铌的质量分数达到0.5-2.0％,既能提高奥氏体钢的热强性,又能提高钢的持久塑性。铌在含碳量较低的奥氏体钢中会促进近缝区和焊缝金属产生裂纹,应控制在1.0％范围内。0Cr18Ni10Ti
' R8 j, [3 c7 J# V a: g$ C 碳--是一种强烈的碳化物形成元素,在不同温度段它与铬能生成多种化合物。碳是降低耐腐性的一种有害元素。在不锈钢中应尽量控制碳的含量,愈少愈好。在我国不锈钢的牌号中,Wc<=0.08％或<=0.06％的,称之低碳不锈钢,Wc<=0.03％的谓之超低碳不锈钢。但是,碳对提高奥氏体钢的热强性是有益的。马氏体淬火钢随着钢中含碳量的增加,钢的强度、硬度、耐磨性提高,但耐蚀性则下降。& R* n" s0 R! ?$ l: s9 N
上述合金元素对钢作用不是简单的叠加,也不是相互抵消的。它们相互之间有时会发生新的物理化学作用,往往会引起强化力学性能的作用。合金元素对不锈钢的影响基本上分三大类:
! J5 e( c) y! R% c第一类是形成铁素体的元素有铬硅铝钼钛铌等;
H! E# `$ ^$ A* l第二类是形成奥氏体体的元素有碳氮镍锰铜,其中碳和氮的作用程度最大;
" L' ^5 W6 P! X/ p) B( ]- z8 P5 \6 n第三类是形成碳化物的元素有铌钛碳铬钨锰钼等。+ U2 ~- \0 w) f8 R3 w/ G# _
加入铜铝钛铌氮等元素能促使钢产生弥散硬化,从而提高钢的热强性。
! h9 X% {, J) R' U6 y% F 铁素体型不锈钢;(1Cr17类型)它的内部显微组织为铁素体,其铬的质量分数在11.5％--32.0％范围内。随着铬含量的提高,其耐酸性能也提高,加入钼(Mo)后,则可提高耐酸腐蚀性和抗应力腐蚀的能力。该类钢用于制造硝酸化工设备的吸收塔、热交换器、储槽和运输硝酸用的槽罐以及制造不承受冲击载荷的其它零部件和设备。与常用的奥氏体不锈钢相比,缺点是材质较脆,焊接工艺性较差。1Cr17钢其韧性偏低,焊后若不进行热处理,必然会产生晶间腐蚀。
. [! r2 [/ ?: z% s0 b# F& \: L 马氏体不锈钢(1Cr13类型)它的显微组织为马氏体,这类钢中铬的质量分数为11.5％--18.0％,但碳的质量分数最高可达0.6％,碳含量的增高,提高了钢的强度和硬度。在这类钢中加入的少量镍可以促使生成马氏体,同时又能提高其耐蚀性。这类钢具有一定的耐腐蚀性和较好的热稳定性以及热强性,可以作为温度低可7000C以下长期工作的耐热钢使用。它广泛用来制造对韧性和冲击韧度要求高的零件,如汽轮机的叶片、内燃机排气阀和医疗器械。这类钢的焊接性较差。2 M2 ]: {2 A& ?9 Z" P
奥氏体型不锈钢;(0Cr18Ni9类型)其显微组织为奥氏体。它是在高铬不锈钢中添加适当的镍(镍的质量分数为8％--25％)而形成的。不能利用热处理使晶粒细化,也不能经过淬火来提高其硬度。这类钢的冷加工硬化程度高,通常没有磁性,经过冷作可在钢内析出少量铁素体或马氏体的组织,会出现少量磁性。奥氏体型不锈钢一般属于耐蚀钢,是应用最广泛的一类钢,其中以18-8型不锈钢最有代表性,它是有较好的力学性能,便于进行机械加工、冲压和焊接。在氧化性环境中具有优良的耐腐性能和良好的耐热性能。但对溶液中含有氯离子(CL--)的介质特别敏感,易于发生应力腐蚀。在这类钢中添加钛和铌时,能捉高其抗晶间腐蚀能力;添加钼、铜和钛,则能提高其在还原酸(如稀硫酸)中的耐腐蚀性能,同时也提高其抗晶腐蚀能力;部分奥氏体型不锈钢可作为耐热钢用,(例1Cr18Ni9Ti)用于工作温度高于650C" P" z, _/ f. L0 @7 z: q
奥氏体--铁素体不锈钢;(0Cr26Ni5Mo2类型)其显微组织为奥氏体加铁素体。铁素体的体积分数小于10％的不锈钢,是在奥氏体钢基础上发展的钢种。它与含相同碳量的奥氏体型不锈钢相比,具有较小的晶间腐蚀倾向和较高的力学性能,且韧性比铁素体型不锈钢好。同时,少量铁素体的存在,还有利于奥氏体型不锈钢在施焊过程中,防止焊缝热裂纹的形成。这类钢也被纳入奥氏体型不锈钢范畴。当铁素体的体积分数在30％--60％时,该类钢具有特殊抗点蚀、抗应力腐蚀性能,从金相组织上分类,属于典型的双相不锈钢。00Cr18Ni5Mo3Si2其铁素体的体积分数约为60％,这类钢的屈服强度约为一般奥氏体不锈钢的两倍。除了有上述耐蚀性外,其耐晶间腐蚀性也较好。它已在大化肥厂尿素CO2车间冷却器以及化工厂制盐蒸发设备的装置等方面推广使用。这类钢属于目前新型抗应力腐蚀的钢种,是机械加工、冷冲压和焊接性能均良好的一种有发展前景的钢种。% r: K5 i7 J8 m- w7 [2 g% I
沉淀硬化型不锈钢; (0Cr17Ni7A1类型)按其组织形态可分三类:沉淀硬化半奥氏体型、沉淀硬化马氏体型和沉淀硬化奥氏体型不锈钢。0Cr17Ni7A是属于沉淀硬化半奥氏体型不锈钢。该钢的组织特点是在固溶或退火状态时具有奥氏体加体积分数为5％--20％的铁素体组织。这种钢经过系列的热处理或机械变形处理后奥氏体转变为马氏体,再通过时效析出硬化达列所需要的高强度。这种钢有很好的成形性能和良好的焊接性,可作为超高强度的材料在核工业、航空和航天工业中,得到应用。
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发表于 2006-9-27 16:09:01
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发表于 2006-9-28 13:12:22
