不銹鋼定義是主要加鉻元素使鋼處鈍化狀態(tài)，就是具有不銹特性的鋼。不銹鋼是主要為Cr-Fe系和Cr-Fe-Ni系三元合金。鐵是基體，鉻是主要的合金元素。為了使鋼具有不銹的特性，ω（Cr）必須高于12%。此時(shí)，鋼的表面能迅速形成致密的Cr2O3氧化膜，使鋼的電極電位和氧化介質(zhì)中的耐腐蝕性發(fā)生突變性提高。在非氧化介質(zhì)（HCl、H2SO4）中，其實(shí)鉻的作用并不明顯，除鉻外，不銹鋼中還須加入能使鋼鈍化的Ni、Mo等元素，加入合金元素基本上分為兩類(lèi)：一類(lèi)是形成或者穩定奧氏體的元素：如碳。鎳、錳、氮等，其中碳和氮使用程度最大；另一類(lèi)是縮小或者封閉γ相即形成鐵素體的元素：如鉻、硅、鉬、鈦、鈮、鋁等。由于合金元素的不同，不銹鋼在溫室下呈現不同的組織。根據其組織不同，不銹鋼可分為鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼。
在各種類(lèi)型的不銹鋼中奧氏體不銹鋼的應用最為廣泛，品種也最多。由于奧氏體不銹鋼的Cr、Ni含量較高，因此在氧化性、中性以及弱還原性介質(zhì)中均具有良好的耐腐蝕性。奧氏體不銹鋼的塑韌性?xún)?yōu)良，冷熱加工性能俱佳，因而廣泛應用于建筑裝飾、食品工業(yè)、醫療器械、紡織印染設備、石油、化工、原子能、航空和航天等工業(yè)領(lǐng)域。
為突出對比性，特列出鋼碳的相應的物理性能。碳鋼密度與不銹鋼差別不大。電阻率則按碳鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼順序遞增。奧氏體不銹鋼的電阻率可達碳鋼的5倍左右。奧氏體不銹鋼的線(xiàn)脹系數比碳鋼的約大50%，而馬氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的線(xiàn)脹系數大體上和碳鋼的相等。奧氏體不銹鋼的熱導率比碳鋼的低，僅為其1/3左右。另二類(lèi)不銹鋼的熱導率為碳鋼的1/2左右。
不銹鋼的釬焊性
1.表明氧化膜。如上所述，不銹鋼除含主要合金元素鉻外，往往還含鎳、錳、鈦、鉬、鈮、鋁等元素。在表面上形成的主要氧化物有Me2O3（Me=Fe、Ni、Cr、Mn、Ti）和MeO?Me”2O3（Me’=Fe、Ni、Mn；Me”=Cr、Fe、Ni、Mn、Ti）兩大類(lèi)。其中Cr2O3和TiO2相當穩定，比較難以去除。在空氣中釬焊時(shí)必須采用活性強的釬劑以清除這些氧化物；在保護氣氛中釬焊時(shí)，只有在低露點(diǎn)的高純氣氛和足夠高的溫度下氧氣膜才能被還原；真空釬焊時(shí)，要求良好的真空度（10-2Pa以上）和足夠高的溫度，才能取得良好的效果。
2.釬焊加熱溫度。對鐵素體不銹鋼來(lái)說(shuō)，只要釬焊加熱溫度不使其晶粒發(fā)生猛烈長(cháng)大，即可認為合適。
對馬氏體不銹鋼來(lái)說(shuō)，釬焊加熱溫度對性能的影響極大，因為馬氏體不銹鋼是在淬火回火狀態(tài)下使用的。馬氏體不銹鋼的釬焊加熱溫度有兩種選擇：一種是釬焊加熱溫度與淬火溫度相匹配。例如對1Crl3和2Crl3不銹鋼來(lái)說(shuō)，選擇1000~1050℃的釬焊加熱溫度，釬焊完畢后快速冷卻，達到母材淬火的目的，然后再進(jìn)行回火，這樣可以獲得最佳的綜合力學(xué)性能。另一種是將釬焊溫度選擇在低于鋼的回火溫度，例如對lCrl3不銹鋼來(lái)說(shuō)低于700℃。這樣，已淬火回火的母材在釬焊過(guò)程中也不會(huì )發(fā)生軟化現象，母材仍保持原有的綜合性能。
對奧氏體不銹鋼來(lái)說(shuō)釬焊加熱溫度不宜過(guò)高。當釬焊溫度高于1150℃時(shí)，晶粒開(kāi)始猛烈長(cháng)大。奧氏體不銹鋼晶粒一旦長(cháng)大，就不能再用熱處理方法使其晶粒細化。所以在選擇釬料和釬焊工藝參數時(shí)，應避免在1150℃以上長(cháng)時(shí)間加熱。不含穩定元素鈦或鈮而含碳量又較高的奧氏體不銹鋼，如lCrl8Ni9、2Crl8Ni9等，當停留在500~750℃范圍內時(shí)，碳化鉻將沿晶界析出，造成晶界貧鉻，在腐蝕介質(zhì)中使用極易產(chǎn)生晶間腐蝕。因此這類(lèi)鋼應避免在此溫度區間內釬焊。
奧氏體-鐵素體鋼的釬焊加熱溫度同樣不宜過(guò)高，以免晶粒長(cháng)大。
沉淀硬化不銹鋼的釬焊加熱溫度的選擇原則上與馬氏體不銹鋼相同，即釬焊加熱溫度必須與鋼的熱處理制度相匹配，以獲得最佳力學(xué)性能。
3.奧氏體不銹鋼有應力開(kāi)裂的傾向，應在去除內應力的狀態(tài)下進(jìn)行釬焊。
不銹鋼的表面準備。不銹鋼表面的清洗方法包括氣相除油；溶劑氫氧化鈉除油；噴吵或噴丸；用鋼絲刷或不銹鋼棉擦拭或砂布打磨和酸洗等。對于批量生產(chǎn)的工件可以用以下酸洗液清洗（質(zhì)量分數）：
1.10%H2SO4，15%HCl，5%HNO3，余量水。酸洗溫度100℃，酸洗時(shí)間30s。然后用15%HNO3水溶液作為光澤處理，溶液溫度100℃，時(shí)間約10s。
2.10%HNO3，6%H2SO4，50g/LHF的水溶液，酸洗溫度20℃，酸洗時(shí)間10min。酸洗后用60~70℃的熱水仔細洗滌10min，然后在60~70℃的熱空氣中干燥。
3.15%HNO3，50g/LNaF，85%的H2O溶液，室溫下浸蝕5~10min，然后用熱水洗滌，再在100~120℃溫度下烘干。
第一種溶液適用于厚件表面的厚氧化皮。后兩種溶液用于薄件表面的薄氧化膜。酸洗應嚴格按工藝規程進(jìn)行以免產(chǎn)生過(guò)腐蝕。
不銹鋼的軟釬焊：軟釬焊的釬焊溫度低，對不銹鋼性能本身的影響極小。軟釬焊主要用錫鉛釬料，以錫含量高的錫鉛釬料為宜，如HLSn63Pb、HLSn60Pb、HLSn50Pb和HLSn40Pb，因為這些釬料的潤濕性好。也可用錫銀釬料。釬劑的選擇是關(guān)鍵。必須采用活性強的釬劑以去除表面的氧化膜。常用的釬劑有兩種：一種是正磷酸水溶液（H3PO4960g，H2O445g）；另一種是氯化鋅鹽酸水溶液（ZnCl21360gNH4C1140g，HCl85g，H2O4L）。磷酸水溶液的活性時(shí)間短，必須采用快速加熱的釬焊方法。釬劑殘渣具有強腐蝕性，釬焊后必須清洗干凈。
不銹鋼的硬強化：硬釬焊是不銹鋼的主要釬焊方法。
銀釬料
在選用銀釬料時(shí)應注意以下幾點(diǎn)：
1.銀釬料的絕大部分（BAg92CuLi，BAg13釬料除外），其釬焊溫度全部落在奧氏體不銹鋼的有效敏化溫度（538~871℃）區間內。在該溫度內將發(fā)生碳化物沉淀，從而降低母材的耐腐蝕性；碳化物沉淀不但與溫度有關(guān)，而且停留時(shí)間也有影響。如果對工作時(shí)的防腐蝕能力要求高，則應采用超低碳的、鈦穩定化的或鈮穩定化的奧氏體不銹鋼。
2.釬焊含量少鎳和不含鎳的鐵素體和馬氏體不銹鋼時(shí)，優(yōu)先選用含鎳的釬料。
3.含銅和鋅的銀釬料在加熱溫度過(guò)高和加熱時(shí)間過(guò)長(cháng)時(shí)將導致銅和鋅大量滲入晶界，從而使釬焊接頭變脆。
4.含鎘的釬料也有滲入晶界的傾向，當工件拉應力時(shí)會(huì )加速這種作用，故加熱溫度不宜過(guò)高，時(shí)間不宜過(guò)長(cháng)。含鎘釬料加熱時(shí)形成的鎘煙霧有劇毒，焊工必須采取各種措施，避免吸入。建議選用無(wú)鎘釬料。
5.含鎘的釬料不能用于氣保護釬焊和真空釬焊。對于含鋅的釬料只有在鋅含量少的情況下可用于氣體保護釬焊。
6.熔化間隔范圍大的釬料如BAg35CuZnCd（BAg-2），BAg50CuZnCdNi（BAd-3）等，應采用快速加熱的釬焊方法，如火焰釬焊、感應釬焊等，以免在熔化釬料流入接頭間隙時(shí)發(fā)生偏析現象。
7.要求釬縫顏色與不銹鋼顏色匹配的場(chǎng)合，應選用含高銀的釬料，如BAg9、BAg10、BAg56CuZnSn等。
8.釬焊高真空器件應選用不含鋅和鎘的釬料，如BAg72Cu、BAg60CuSn等，以免發(fā)生污染。
在保護氣氛中釬焊時(shí)最好使用自釬劑釬料。
自釬劑釬料是指自身含有能起還原作用的微量或一定量元素的釬料。其中的還原劑與母材表面氧化物用后生成的產(chǎn)物，其熔點(diǎn)應低于釬焊溫度，或者還原產(chǎn)物能與母材表面氧化物形成熔點(diǎn)低于釬焊溫度的復合化合物；而且還原產(chǎn)物或所形成的復合化合物的黏度要小，能被液態(tài)釬料排開(kāi)，不妨礙釬料鋪展。
在所有還原劑中鋰是最理想的元素，從熱力學(xué)來(lái)說(shuō)都能還原Cr2O3。但其中大部分元素的還原產(chǎn)物，即它們的氧化物的熔點(diǎn)都大大高于釬焊溫度，妨礙釬料的鋪展。B2O3的熔點(diǎn)雖然很低，但它的黏度極大，同樣不利于釬料的鋪展。鋰的氧化物L(fēng)iO2的熔點(diǎn)雖然很高，但它能于許多氧化物形成低熔復合化合物，如Li2CrO4的熔點(diǎn)為517℃，大大低于釬焊溫度；而且氧化鋰對水的親和力極大，它同周?chē)鷼夥罩械乃肿饔?，形成熔點(diǎn)為450℃的LiOH，這層熔化的氫氧化鋰幾乎能溶解所有的氧化物。它呈薄膜覆蓋在金屬表面上，又能起保護作用。此外，鋰是表面活性物質(zhì)，能提高釬料的潤濕性；鋰在銀中的溶解度很大，鋰的加入不會(huì )在銀中形成脆性相，所以以鋰是最理想的元素。
高溫銅釬料 | |||||||||
牌號 | 化學(xué)成分（質(zhì)量分數，%） | 熔化溫度 | 釬焊溫度 | ||||||
Ni | Si | B | Fe | Mn | Co | Cu | |||
HlCuNi30-2-0.2 | 27~30 | 1.5~2.0 | ≤0.5 | <1.5 | — | — | 余量 | 1080~1120 | 1175~1200 |
Cu69NiMnCoSiB | 18 | 1.75 | 0.2 | 1 | 5 | 5 | 余量 | 1053~1084 | 1090~1110 |
Cu58MnCo | — | — | — | — | 31.5 | 10 | 余量 | 940~950 | 1000~1050 |
Cu40MnNi | 20 | — | — | — | 40 | — | 余量 | 950~960 | 1000~1050 |
∏M38M∏ | 4~6 | 1.5~2.5 | 1.5~2.5 | — | 36~40 | <0.15Li | 余量 |
| 920~950 |
BIIP-2 | 5~6 | — | — | 0.8~1.2 | 22~26 | — | 余量 |
| 980~1000 |
BIIP-4 | 28~30 | 0.8~1.2 | 0.8~1.2 | 1~1.5 | 27~30 | 4~6 | 余量 |
| 1000~1050 |
HlCuNi30-2-0.2釬料含較多的鎳。鎳可提高釬料的高溫強度，但鎳又使釬料的熔化溫度明顯提高。為了降低熔化溫度加入了適量的硅和少量的硼。硅和硼同時(shí)又能改善釬料的潤濕性，提高釬料在不銹鋼上的鋪展能力，HlCuNi30-2-0.2釬料在室溫和高溫下都幾乎與1Cr18Ni9Ti不銹鋼等強度，
釬料在600℃以下的抗氧化性也與1Cr18Ni9Ti不銹鋼很近。它填充間隙的能力強，對接頭間隙要求不嚴。同時(shí)具有良好的延性，可加工成絲或片。但該釬料的釬焊溫度過(guò)高（1175~1120℃）。爐中釬焊時(shí)不銹鋼晶粒猛烈長(cháng)大，火焰釬焊時(shí)近縫區也有晶粒長(cháng)大現象。并且火焰釬焊時(shí)由于釬劑在高溫下與不銹鋼起作用，在近縫區易產(chǎn)生麻面等缺陷。
Cu69NiMnCoSiB釬料為HlCuNi30-2-0.2釬料的改進(jìn)型。Cu69NiMnCoSiB釬料的含鎳量明顯下降，但添加5%Co。釬料的Ni+Co總量有所下降，故釬料的熔化溫度降低。由于添加了Co，釬料的高溫強度變化不大。此外在釬料中又添加了ω（Mn）5%的Mn，使釬料的熔化溫度進(jìn)一步下降，達到1053~1084℃，釬焊溫度則比HlCuNi30-2-0.2釬料低了80~100℃，釬焊不銹鋼時(shí)不會(huì )產(chǎn)生晶粒長(cháng)大現象和麻面等缺陷；由于釬料含錳量不高，可用火焰釬焊和真空釬焊。釬料延性良好，可加工成絲或片。釬料具有與HlCuNi30-2-0.2釬料相似的高溫強度和抗氧化性。
另一種高溫銅基釬料為Cu58MnCo。當含ω（Mn）=35%時(shí)形成熔點(diǎn)為868℃的低熔固溶體。為了提高銅錳合金的室溫和高溫強度又加入了鈷。根據不銹鋼對接釬焊試樣的抗拉強度試驗得知，當ω（Co）=10%的釬料，其液相線(xiàn)為943℃，釬焊溫度為1000℃，正好同馬氏體不銹鋼的淬火溫度相匹配，可將釬焊和淬火處理合并進(jìn)行。Cu58MnCo釬料延性好，可加工成片狀。這種釬料使用于釬焊在538℃以下工作的接頭。由于釬料的錳含量高，而錳既易氧化有易發(fā)揮，因此不適用于火焰釬焊和真空釬焊，主要用于保護氣氛爐中釬焊。
Cu40MnNi釬料的性能與Cu58MnCo釬料相似，但強度和抗氧化性較差，加工性能稍好，價(jià)格稍低。
Cu-Mn-Ni合金中熔點(diǎn)最低和強度最高的合金為ω（Mn）=32%~39%和ω（Ni）=5%。該合金由γ+α以及NiMn相組合，隨著(zhù)含鎳量的提高，Cu-Mn-Ni合金的熔點(diǎn)升高，偏析傾向也加大。為了進(jìn)一步降低Cu-Mn-Ni合金的熔點(diǎn)，可加入少量的硅[ω（Si）=1.5%~3.5%]，加硅又可強化Cu-Mn-Ni合金，這是形成Ni3Si加強相的緣故，硅同時(shí)可提高Cu-Mn-Ni合金的耐熱性?！荕38M∏即屬于此種釬料，它在950℃溫度下就能很好地潤濕不銹鋼。
在Cu-Mn-Ni合金中加入少量的Fe可促進(jìn)它在鋼上的鋪展性。但是鐵的加入量不能多，否則將形成鐵的獨立相，降低合金的耐腐蝕性。
