1、6.1焊接热影响区组织转变特点6.2焊接热影响区组织转变6.3焊接热影响区的性能6.4焊接热/力物理模拟技术,第六章 热影响区的组织与性能,6.3.3 焊接热影响区的耐蚀性,1、不锈钢及耐热钢的类型,1）定义问题,原义型仅指在无污染的大气环境中能够不生锈的钢；习惯型指原义型含义不锈钢与能耐酸腐蚀的耐酸不锈钢的统称；广义型泛指耐蚀和耐热钢，统称为不锈钢。,主要成分为Cr和Ni，一般Cr含量不低于12%在大气中不生锈，含Cr量不低于17%可耐酸腐蚀，增加Ni含量或再提高Cr含量，耐腐蚀性或耐热性均可提高。本章涉及的是高合金钢，属Cr系和Cr-Ni系铁基合金，包括少数Cr-Mn-N系节Ni不锈钢，一
2、般，Ni不高于35%，Cr不低于12%。,2）分类,按空冷后室温组织来分类，是最古老、又是至今应用最广的最基本分类方法：奥氏体钢应用最广，以高Cr-Ni刚最为典型，如Cr18Ni8系列（18-8型）和Cr25Ni20系列（25-20型）等；铁素体钢含Cr为17%30%的高Cr钢。主要用作耐热钢，也可作为耐蚀钢，如1Cr17、1Cr25Si2等，通常以退火状态供货；马氏体钢以Cr13系列最为典型，如1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13及1Cr17Ni12，常用作不锈钢；以Cr12为基的1Cr12MoWV，用作热强钢。热处理对马氏体钢影响很大，需要规定供货状态（退货和淬火）；,沉淀硬化钢
3、均为经时效强化处理以形成析出硬化相的高强钢，主要用作高强度不锈钢，最典型的有马氏体沉淀硬化钢，如0Cr17Ni4Cu4Nb，简称17-4PH；半奥氏体（奥氏体+马氏体）沉淀强化钢，如0Cr17Ni7Al，简称17-7PH；铁素体-奥氏体双相钢铁素体60%40%，奥氏体40%60%，具有极其优异的抗腐蚀性能，典型的有18-5型、22-5型、25-5型等，与18-8钢相比，提高Cr而降低Ni，同时常添加Mo和N，通常固溶处理态供货。,2、不锈钢焊接热影响区的耐蚀性,1）不锈钢晶间腐蚀机理 在晶粒边界附近发生有选择性的腐蚀现象。不锈钢晶间腐蚀多半与晶界“贫铬”现象有关。,“贫铬”理论：在晶界处形成C
4、r23C6化合物，导致晶界Cr含量低于12%。,晶间铬的碳化物析出（a）透射电子显微镜照片；（b）沿晶界铬元素的分布,敏化奥氏体不锈钢中晶界微观组织模型,304不锈钢中Cr23C6的等温析出曲线,304不锈钢中Cr23C6和TiC的溶解曲线,解决措施：固溶处理；适当提高钢中铁素体化元素（Cr、Mo、Nb、Ti、Si等）同时降奥氏体化元素（Ni、C、N）；含有一定数量的铁素体。,2）不锈钢接头晶间腐蚀问题,18-8不锈钢焊接接头可能出现晶间腐蚀的部位2-焊缝区，1-HAZ敏化区，3-熔合区,腐蚀类型主要包括晶间腐蚀、点蚀和应力腐蚀三种，点蚀问题主要发生在焊缝的未混合区，焊缝中心也有一定的点蚀倾向
5、，一般可以采用超合金化的方法解决；而应力腐蚀问题将在焊接裂纹一章中阐述。,热影响区晶间腐蚀类型：,奥氏体不锈钢,铁素体不锈钢,稳定化处理不锈钢,热影响区敏化腐蚀,熔合区刀口腐蚀,位置：敏化区腐蚀不是在紧邻熔化边界处发生，即不是发生于焊接峰值温度最高的熔化边界上。而是发生在距离其一定距离处，此处峰值温度较低。,奥氏体不锈钢热影响区敏化腐蚀,所谓HAZ敏化区晶间腐蚀，指的是焊接热影响区中加热峰值温度处于敏化加热区间的部位（故称敏化区）所发生的晶间腐蚀。,温度区间：对于含碳量为0.1%的18-8钢热影响区，发生敏化区间并非平衡加热时450850，而是有一个过热度，可达6001000。,不锈钢焊接热影
6、响区敏化示意图(a)相图，(b)热循环，(c)析出曲线，(d)微观组织特征,解决措施,焊后热处理 在焊接之后对不锈钢焊件进行10001100之间的后热处理，随后淬火。,降低含碳量使用低碳不锈钢如304L和316L不锈钢，碳含量应低于0.0035%,在腐蚀介质草酸作用下316和316L不锈钢晶间腐蚀行为,添加强碳化物形成元素添加与C的结合力比Cr更强的元素，如Ti和Nb等，通过形成这些元素的碳化物，而实现不锈钢焊接敏化区腐蚀问题的控制。抗敏化区腐蚀更强的321和347不锈钢本质上与304不锈钢相同，其差别仅仅是这两种不锈钢中分别添加了Ti和Nb。,两种奥氏体不锈钢焊缝腐蚀倾向比较(a) 304不锈钢中有敏化腐蚀，(b) 在321不锈钢中无敏化腐蚀,采用高速焊接减小敏化区停留时间,电弧焊与激光焊热影响区附近热循环比较（实际测量）a)电弧焊，b)激光焊,特点：奥氏体不锈钢刚好相反，由于高的敏化温度范围，铁素体的敏化区腐蚀发生在靠近焊缝金属的热影响区处。,铁素体不锈钢热影响区敏化腐蚀,产生条件：温度在925以上,消除处理：650815温度范围的1060min的退火处理,奥氏体不锈钢和铁素体不锈
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