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<<不銹鋼焊接>># [, h! a+ i, f
不銹鋼是在普通碳鋼的基礎上,加入一組鉻的質量分數大可12％合金元素的鋼材,它在空氣作用下能保持金屬光澤,也就是具有不生銹的特性。在這類鋼中,有些除含較多的鉻(Cr)外,還匹配加入較多的其它合金元素,如鎳(Ni),使之在空氣中、水中、蒸氣中都具有很好的化學穩定性,而且在許多種酸、堿、鹽的水溶液中也有足夠的穩定性,甚至在高溫或低溫環境中,仍能保持其耐腐蝕的優點。
/ e( c# f D: Q, o, s9 w2 T9 e 不銹鋼有普通(一般)不銹鋼和耐蝕鋼兩種;在空氣或弱介質中能抵抗侵蝕的鋼即可稱為不銹鋼,即一般的不銹鋼;在某些強腐蝕介質中能抵抗侵蝕的鋼稱為耐蝕鋼。不銹鋼不一定能耐腐蝕,而耐蝕鋼肯定不會生銹,當然無愧于不銹鋼之稱謂。不銹鋼不僅具有很強的化學穩定性,同時也有足夠的強度和塑性,并且在一定高溫或低溫下具有穩遠力學性能。這類鋼的某些牌號還可作為耐熱鋼使用;有的可用做優質的低溫用鋼,在使用過程中其耐腐性能仍然優良。/ h# T! y' a# l" ~
碳鋼、鐵素體型和馬氏體型不銹鋼有磁性,奧氏體型不銹鋼無磁性,但其冷加工硬化生成馬氏體相變時將會產生磁性,可用熱處理方法來消除這種馬氏體組織而恢復其無磁性。. ]6 p ~" U. Z7 u! {3 K: Q7 h
一種不銹鋼可在許多介質中具有良好的耐蝕性,但在另外某種介質中,卻可能因化學穩定性低而發生腐蝕。一種不銹鋼不可能對所有介質都耐蝕。
' k3 O; d: A$ z8 u h/ T2 u3 x 金屬的物理溶解屬于物理腐蝕。化學腐蝕是指在介質中直接發生的化學作用,即金屬同介質中離子直接交換電荷。電化學腐蝕是金屬在電介質中,由于電極反應而發生的腐蝕。生活實際、工程實際中的金屬腐蝕,絕大多數都屬于電化學腐蝕。0 O' @- u0 t* s
均勻腐蝕是指接觸腐蝕介質的金屬表面全部產生腐蝕的現象。均勻腐蝕使金屬截面不斷減少,對于被腐蝕的受力零件而言,會使其承受的真實應力逐漸增加,最終達到材料的斷裂強度而發生斷裂。不銹鋼--指在大氣及弱腐蝕介質中耐蝕的鋼。腐蝕速率小于0.01mm/年的,認為是"完全耐蝕";腐蝕速率小于0.1mm/年,認為是"耐蝕"的。耐蝕鋼--指在各種強烈腐蝕介質中能耐蝕的鋼。凡腐蝕速率小于0.1mm/年的,認為是"完全耐蝕";而腐蝕速率小于1mm/年,認為是"耐蝕"的。( R" M; M: }3 i& y6 `8 T" w/ }( d
點腐蝕是指在金屬材料表面大部分不腐蝕或腐蝕輕微,而分散發生高度的局部腐蝕,常見蝕點尺寸小于1.0mm,深度往往大于表因孔徑,輕者有有較淺的蝕坑,嚴重的甚至形成穿孔。是不銹鋼常見的腐蝕破壞類型之一。在含有氯離子(Cl--)的介質中,最易引起不銹鋼的點腐蝕。目前,防止不銹鋼點腐蝕破壞的途徑有幾個方面:
6 _5 u F. i) ~ (1)減少介質中氯離子含量和氧含量;加入緩蝕劑(如CN--、NO3--、SO4--等)降低介質溫度等。& F4 X4 y3 H& G+ v
(2)在不銹鋼中加入鉬、錳、硅、釩或稀土元素合金化,能有效地增大抗點蝕能力。; o1 W" l3 |. |4 D/ |
(3)盡量不進行冷加工,以減少位錯露頭處發生點蝕的可能。& T3 G4 R$ ?; u$ L& z' v K
(4)降低鋼中碳的含量,提高鉻、鎳含量,都能提高其抗點腐蝕能力。現有的超低碳高銘鎳含鉬的奧氏體不銹鋼和超高純低碳低氮含鉬的高銘鐵素體不銹鋼均有較高的耐點腐蝕能力。) |+ Q Y" K, ]5 U3 \
縫隙腐蝕是指在金屬構件縫隙處發生斑點狀或潰瘍形的宏觀蝕坑,這是局部腐蝕的一種。常發生在墊圈、鉚接、螺釘聯接的接縫處,搭接的焊接接頭、閥座、堆積的金屬片間等處。部分奧氏體型不銹鋼、鐵素體型和馬氏體型不銹鋼在海水中均有程度不等的縫隙腐蝕的傾向。在鋼中適當地增加鉻、鉬含量,可以改善抗縫隙腐蝕能力。實際上在海水中使用的裝置,只有采用鈦、高鉬鎳基合金和銅合金等材料,才能有效地防止縫隙腐蝕的發生。改善運行條件、改變介質成分和結構形式都可以防止縫隙腐蝕的重要措施。
: ` l, y9 O2 R* ?( K d- h 晶間腐蝕是一種有選擇性的腐蝕破壞,它與一般選擇性腐蝕不同之處在與,腐蝕的局部性顯微尺度的,而宏觀上不一定是局部的。此腐蝕集中發生在金屬顯微組織晶冤并向金屬材料內部深入,稱之晶間腐蝕。這種類型腐蝕發生以后,有時從外觀上不易被察覺,但由于晶界區因腐蝕己遭到破壞,晶粒間的結合強度幾乎完全喪失。腐蝕深度較大者可失去金屬聲,構件有效承載截南大減而導致過載斷裂。受腐蝕嚴重的金屬甚至形成粉末,從構件上脫落下來。這是一種危害性很大的腐蝕破壞。奧氏體型不銹鋼會發生晶間腐蝕是由于這類鋼加熱到600-8000C溫度區間會發生敏化,因而晶界區貧銘而形成晶間腐蝕。在某些超低碳含鉬奧氏體型不銹鋼,鐵素體型不銹鋼也有形成晶間腐蝕的傾向。20世紀50年代不銹鋼焊接的主要問題是焊接接頭的晶間腐蝕,隨著科學技術的發展,這一問題逐步得到解決。(不銹鋼焊接產生的晶間腐蝕機理、預防措施---略)9 @4 b! Z' h! {$ M% q
應力腐蝕是指金屬在某種特定環境與相應水平應力的共同作用寸,以裂紋擴展方式發生的與腐蝕有關的斷裂。特定環境下無應力或應力水平太低,不會引起應力腐蝕。同樣有相當水平應力而無特定環境也不會發生應力腐蝕。所謂特定環境,是指只有當介質的成分和濃度范圍適當時,才能導致某種相應金屬的應力腐蝕。20世紀60年代以來,許多不銹鋼焊接構件因應力腐蝕斷裂事故不斷發生,斷裂的模式是完全脆性的。在裂紋緩慢伸展過程中不出現任何其它的宏觀癥候,一旦達到瞬斷截面立即快速斷裂,往往造成災難性事故。(不銹鋼焊接產生的應力腐蝕機理、預防措施---略)7 J8 B9 K% v2 \' s' z
從物理冶金學原理可知,合金的化學成分決定其各種熱處理狀態和加工狀態下的金相結構和組織。以化學成分為基礎,加上金相結構和組織決定該合金材料的性能。- o! d' F# \3 l; A# n! Y$ d
眾多不銹鋼牌號的異同和各種合金元素對不銹鋼組織和性能的影響1 H2 q' O! F9 P, ~& Z* n. E* u! L
鉻、硅、鋁--可使鋼在氧化性介質中產生一種與基體組織牢固結合的鈍化膜;又能提高鋼在電介質中的電極電位,從而使化學穩定性得到提高。在18-8型不銹鋼中,當硅的質量分數從0.4％提高到2.4％時,鋼在9800C時抗氧化性能提高22倍,但會嚴重惡化穩定奧氏體型鋼的焊接性。鋁在沉淀硬化型不銹鋼中,可以提高其室溫和高溫的強度。, M6 R2 W# U# I& Y6 k+ R) Q
鎳--形成奧氏體的元素,擴大鋼在酸中的鈍化范圍,但不能改善其對稀硝酸的耐蝕性,是耐蝕鋼的主要合金元素。在低碳鉻不銹鋼(Wcr.17％)的基礎上,只需加入質量分數為9％的鎳,既能滿足鋼的耐蝕性要求,又能提高鋼的高溫強度和抗氧化性。. I1 j+ ]3 }# J
鉬和銅--鉬是形成鐵素體的元素,可以提高鋼在非氧化性介質中的穩定性,比抵抗氯離子(Cl--)產生的點腐蝕;同時也能提高奧氏體型鋼的熱強性,改善奧氏體鋼短時塑性和持久塑性,對焊接有利。但鉬含量多則會降低奧氏體型不銹鋼的韌性。在鉻鎳不銹鋼中加入銅能促使鋼產生彌散硬化組織, 提高鋼的熱強性。與鉬配合使用,可進一步提高鉻鎳不銹鋼在稀硫酸中的耐蝕性能。0Cr18Ni12Mo2Cu2
* [+ N: \1 z& d1 F4 M7 D% N- L 錳和氮--錳和氮對提高不銹鋼的耐蝕性沒有直接影響,但它們都是促進和穩定奧氏體的有效元素。當錳含量過高時,對含鉻量較低的不銹鋼的耐蝕性不利,還會使鑄鋼件產生氣孔,同時增加硬度,給鋼的冷加工帶來困難。氮與碳共同作用能提高奧氏體型鋼的熱強性,氮的強化作用在于時效過程中形成氮化物和碳氮化物。1Cr17Mn6Ni5N: [* c& S$ ?, g1 W
鈦和鈮--它們是比鉻更易與碳結合形成穩定碳化物的元素。在鉻鎳不銹鋼中當鈦的加入量大于碳含量5倍,或者鈮的加入量大于碳含量8倍時,可以使絕大部分的碳存在于鈦或鈮的碳化物之中,因而使固溶碳的質量分數降到0.03％以下,這就能保證鉻在鋼中的有效固溶濃度,從而改善鋼的抗晶間腐蝕能力。鈮的質量分數達到0.5-2.0％,既能提高奧氏體鋼的熱強性,又能提高鋼的持久塑性。鈮在含碳量較低的奧氏體鋼中會促進近縫區和焊縫金屬產生裂紋,應控制在1.0％范圍內。0Cr18Ni10Ti; P1 ^: x% e2 F9 f# E0 h
碳--是一種強烈的碳化物形成元素,在不同溫度段它與鉻能生成多種化合物。碳是降低耐腐性的一種有害元素。在不銹鋼中應盡量控制碳的含量,愈少愈好。在我國不銹鋼的牌號中,Wc<=0.08％或<=0.06％的,稱之低碳不銹鋼,Wc<=0.03％的謂之超低碳不銹鋼。但是,碳對提高奧氏體鋼的熱強性是有益的。馬氏體淬火鋼隨著鋼中含碳量的增加,鋼的強度、硬度、耐磨性提高,但耐蝕性則下降。: o& @4 F7 h6 ^; C
上述合金元素對鋼作用不是簡單的疊加,也不是相互抵消的。它們相互之間有時會發生新的物理化學作用,往往會引起強化力學性能的作用。合金元素對不銹鋼的影響基本上分三大類:
9 k e0 G( K6 T8 h第一類是形成鐵素體的元素有鉻硅鋁鉬鈦鈮等;
4 s6 X! T: ]$ P2 A第二類是形成奧氏體體的元素有碳氮鎳錳銅,其中碳和氮的作用程度最大; 5 m% M8 x6 q, a; N
第三類是形成碳化物的元素有鈮鈦碳鉻鎢錳鉬等。$ `# _3 a/ i/ b4 f5 v ` {: R
加入銅鋁鈦鈮氮等元素能促使鋼產生彌散硬化,從而提高鋼的熱強性。
! T* K1 [% T5 ?6 q 鐵素體型不銹鋼;(1Cr17類型)它的內部顯微組織為鐵素體,其鉻的質量分數在11.5％--32.0％范圍內。隨著鉻含量的提高,其耐酸性能也提高,加入鉬(Mo)后,則可提高耐酸腐蝕性和抗應力腐蝕的能力。該類鋼用于制造硝酸化工設備的吸收塔、熱交換器、儲槽和運輸硝酸用的槽罐以及制造不承受沖擊載荷的其它零部件和設備。與常用的奧氏體不銹鋼相比,缺點是材質較脆,焊接工藝性較差。1Cr17鋼其韌性偏低,焊后若不進行熱處理,必然會產生晶間腐蝕。- x9 l5 ~6 }1 N' ~# F7 U. c9 [
馬氏體不銹鋼(1Cr13類型)它的顯微組織為馬氏體,這類鋼中鉻的質量分數為11.5％--18.0％,但碳的質量分數最高可達0.6％,碳含量的增高,提高了鋼的強度和硬度。在這類鋼中加入的少量鎳可以促使生成馬氏體,同時又能提高其耐蝕性。這類鋼具有一定的耐腐蝕性和較好的熱穩定性以及熱強性,可以作為溫度低可7000C以下長期工作的耐熱鋼使用。它廣泛用來制造對韌性和沖擊韌度要求高的零件,如汽輪機的葉片、內燃機排氣閥和醫療器械。這類鋼的焊接性較差。, [7 O5 _; Q' n& F4 U2 J
奧氏體型不銹鋼;(0Cr18Ni9類型)其顯微組織為奧氏體。它是在高鉻不銹鋼中添加適當的鎳(鎳的質量分數為8％--25％)而形成的。不能利用熱處理使晶粒細化,也不能經過淬火來提高其硬度。這類鋼的冷加工硬化程度高,通常沒有磁性,經過冷作可在鋼內析出少量鐵素體或馬氏體的組織,會出現少量磁性。奧氏體型不銹鋼一般屬于耐蝕鋼,是應用最廣泛的一類鋼,其中以18-8型不銹鋼最有代表性,它是有較好的力學性能,便于進行機械加工、沖壓和焊接。在氧化性環境中具有優良的耐腐性能和良好的耐熱性能。但對溶液中含有氯離子(CL--)的介質特別敏感,易于發生應力腐蝕。在這類鋼中添加鈦和鈮時,能捉高其抗晶間腐蝕能力;添加鉬、銅和鈦,則能提高其在還原酸(如稀硫酸)中的耐腐蝕性能,同時也提高其抗晶腐蝕能力;部分奧氏體型不銹鋼可作為耐熱鋼用,(例1Cr18Ni9Ti)用于工作溫度高于650C
3 P$ F7 g# W4 n' @- j 奧氏體--鐵素體不銹鋼;(0Cr26Ni5Mo2類型)其顯微組織為奧氏體加鐵素體。鐵素體的體積分數小于10％的不銹鋼,是在奧氏體鋼基礎上發展的鋼種。它與含相同碳量的奧氏體型不銹鋼相比,具有較小的晶間腐蝕傾向和較高的力學性能,且韌性比鐵素體型不銹鋼好。同時,少量鐵素體的存在,還有利于奧氏體型不銹鋼在施焊過程中,防止焊縫熱裂紋的形成。這類鋼也被納入奧氏體型不銹鋼范疇。當鐵素體的體積分數在30％--60％時,該類鋼具有特殊抗點蝕、抗應力腐蝕性能,從金相組織上分類,屬于典型的雙相不銹鋼。00Cr18Ni5Mo3Si2其鐵素體的體積分數約為60％,這類鋼的屈服強度約為一般奧氏體不銹鋼的兩倍。除了有上述耐蝕性外,其耐晶間腐蝕性也較好。它已在大化肥廠尿素CO2車間冷卻器以及化工廠制鹽蒸發設備的裝置等方面推廣使用。這類鋼屬于目前新型抗應力腐蝕的鋼種,是機械加工、冷沖壓和焊接性能均良好的一種有發展前景的鋼種。
& r( l+ v- b5 {1 v" J X 沉淀硬化型不銹鋼; (0Cr17Ni7A1類型)按其組織形態可分三類:沉淀硬化半奧氏體型、沉淀硬化馬氏體型和沉淀硬化奧氏體型不銹鋼。0Cr17Ni7A是屬于沉淀硬化半奧氏體型不銹鋼。該鋼的組織特點是在固溶或退火狀態時具有奧氏體加體積分數為5％--20％的鐵素體組織。這種鋼經過系列的熱處理或機械變形處理后奧氏體轉變為馬氏體,再通過時效析出硬化達列所需要的高強度。這種鋼有很好的成形性能和良好的焊接性,可作為超高強度的材料在核工業、航空和航天工業中,得到應用。0 l6 H/ A' ~, B' Y$ S! t' r: C
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發表于 2006-9-27 16:09:01
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發表于 2006-9-28 13:12:22
