12mm高氮钢富氮PMIG焊接工艺试验研究(3)

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M.O.Speidel[2-3]等研究了高氮不锈钢的晶粒尺寸、氮含量强度、塑性等力学性能与强度、塑性等力学性能的关系, 在比较了低含氮量和高含氮量奥氏体不锈钢的强度—晶粒尺寸关系曲线后得出结论高氮含量的奥氏体不锈钢较低氮含量的Hall—Petch关系式, Ky系数提高了3倍。由于高氮不锈钢的、系数提高,晶粒尺寸的作用增大, 使高氮奥氏体不锈钢的强度大大提高。由此可以判断奥氏体的屈服强度和抗拉强度随氮含量的增加而增加。

1.2.2高氮钢的抗腐蚀性

氮元素不仅提高奥氏体不锈钢的强度，而且提高不锈钢抗一般腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀性能。超级高氮奥氏体不锈钢在耐点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀性能方面与镍基合金相媲美[4]。奥氏体不锈钢敏化态晶间腐蚀的机理主要是贫铬理论, 非敏化态晶间腐蚀机理主要是杂质元素偏聚理论[5]。氮的加入改善了普通低碳、超低碳奥氏体不锈钢耐敏化态晶间腐蚀性能, 其本质是氮影响敏化处理时碳化铬沉淀的析出过程, 来达到提高晶界贫铬的铬浓度。氮对磷在晶界偏聚的抑制作用是氮对钢耐非敏化态晶间腐蚀影响的重要因素[ 6]A.P.Tschiptschin[7]总结了高氮钢的表面性能，文中列举氮改善不锈钢耐局部腐蚀性能的机制有：

（1）由于溶解在表面附近的氮形成正离子, 使金属表面点蚀处的值提高, 该局部处表面重新钝化；

（2）由于保护性的氧一氮化物薄膜的形成和Cr、Mo元素的偏聚使钝化层加强；

（3）硝酸根与亚硝酸根的形成促进了局部防腐蚀作用；

（4）延缓了高碳化物在基体中形核和或长大。

1.2.3高氮钢的经济性

氮在非调质钢中是一种经济有效的合金元素。氮在钢中促进V (C,N ) 析出, 改变了钒的分布,明显减小析出相的颗粒尺寸, 从而大幅度提高钢的强度，充分发挥了钒的沉淀强化作用。通过使用氮代替部分镍,可节约20 % ～ 40 % 的钒含量。充分利用廉价而丰富的氮, 在保证一定的强度水平下, 可节约贵重钒合金, 进一步降低钢的成本, 具有显著的经济效益[8]。

综上高氮钢具有良好的强韧性和耐蚀性，综合力学性能较好，并且具有显著的经济效益。高氮钢（1）与碳相比，氮固溶强化作用更加明显，同时可以促进晶粒细化；（2）氮是强烈的奥氏体形成化元素，可以减少合金中的镍含量，降低铁素体和形变马氏体形成能力；（3）尽管氮对材料在酸中抗总体腐蚀性能没有明显改善，但可以极大地提高材料抗点蚀和缝隙腐蚀能力因此高氮钢越来越受到人们的广泛关注，并期望在电力工业、造船、铁路、运输、低温作业、化工设备压力容器、建筑、医药以及海洋工程等领域获得应用[9-13]。

1.3高氮钢的焊接性

高氮钢虽然具有优越的力学性能和抗腐蚀能力，有显著的经济效益，但如果一种钢铁不具备优良的焊接性，那么它很难变为汽车，轮船，桥梁等现代化设施为工业所应用。于高氮钢而言，其广泛应用同样不仅取决于它的强韧性，耐蚀性等因素，而且取决于其焊接特性[14] 选择焊接工艺以及合适的焊接材料解决其焊接问题,将关系到高氮钢的应用前景。因此，高氮钢焊接技术的研究是高氮钢研制和应用的关键技术之一。

高氮钢具有高氮的性质，其焊接时可能会出现如图1[15-17]所示的问题：(1)焊缝区氮的逸出和氮气孔的产生；(2)焊缝区和焊接热影响区氮化物、碳化物以及碳氮化物的析出，从而使力学性能和抗腐蚀能力大大降低；(3)焊缝凝固裂纹及热影响区液化裂纹的形成。高氮钢由于较高的氮含量才具有良好的性能，而在其熔焊过程中，焊缝区氮的损失降低了焊缝中的固溶氮含量，从而造成接头性能的下降，因此，高氮钢熔焊时首先需要解决氮的损失问题，保证焊接接头性能[18-20]。