奧氏體型不銹鋼都具有非常好的塑性和韌性,這決定了它具有良好的彎折、卷曲和沖壓成型性,因而常常被用來制成各種形狀的構件、容器或管道。這樣一來,奧氏體不銹鋼被焊接的機會也因此比其他不銹鋼大得多。這類鋼的韌性、塑性本來就好,又不會發生任何的淬火硬化,所以,盡管其線膨脹系數比碳鋼大得多,焊接過程中的彈、塑性應力和應變量很大,卻極少出現冷裂紋。奧氏體不銹鋼焊接接頭不存在淬火硬化區,又由于它有很強的加工硬化能力,所以,即使受焊接熱影響而軟化的區域,其抗拉強度仍然不低。可以這樣認為,只要是不誤用焊接填充材料,焊接接頭強度不是焊接性的重點。該類鋼的熱脹冷縮特別大,所帶來的焊接性問題,主要有兩個:一個是熱裂紋問題,這與該類鋼的晶界特性和對某些微量雜質如硫、磷等敏感有關;另一個則是焊接變形較大的問題。
奧(ao)氏(shi)體(ti)型不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)耐腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能特別優良(liang),這是(shi)其(qi)獲得最(zui)為廣泛應用調焊接接頭(tou)(tou)的(de)各(ge)(ge)(ge)種(zhong)耐腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)能力。人們針(zhen)對(dui)各(ge)(ge)(ge)種(zhong)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)環境和腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)機理(li),選(xuan)用各(ge)(ge)(ge)種(zhong)耐不(bu)(bu)(bu)同腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)型不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)。因此,對(dui)于相應于每一種(zhong)用于某種(zhong)特定(ding)環境中(zhong)的(de)不(bu)(bu)(bu)同鋼(gang)種(zhong),焊接接頭(tou)(tou)都應滿足其(qi)在特定(ding)環境中(zhong)的(de)特殊耐腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)要求(qiu)。于是(shi),焊接接頭(tou)(tou)的(de)耐腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)問題(ti)自然也(ye)是(shi)焊接工作(zuo)者(zhe)不(bu)(bu)(bu)可回避(bi)的(de),必(bi)須面對(dui)的(de)最(zui)主要問題(ti),也(ye)應是(shi)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)焊管(guan)生(sheng)產廠關注的(de)主題(ti)。
奧氏體(ti)不銹鋼是(shi)使用(yong)最(zui)為廣泛(fan)的不銹鋼,這和它具(ju)有(you)良好的機(ji)械(xie)性(xing)能、耐腐蝕(shi)性(xing)能,其焊接性(xing)在(zai)高合金(jin)鋼中被認為是(shi)最(zui)好的有(you)關。鉻-鎳(nie)奧氏體(ti)鋼具(ju)有(you)良好的焊接性(xing),無淬(cui)硬(ying)性(xing),因(yin)而在(zai)熱影(ying)響區(qu)內無淬(cui)硬(ying)現象,同時也無晶粒(li)粗大化(hua)。但在(zai)焊接中存(cun)在(zai)以下(xia)問(wen)題:
一(yi)、碳化鉻的形(xing)成,降低了(le)焊接(jie)接(jie)頭(tou)抗(kang)晶間腐蝕的能力(li)
奧氏體不銹鋼焊接接頭可有三種晶(jing)間腐蝕(shi)的情況:焊縫晶間腐蝕、母材上敏化區腐蝕及刀狀(zhuang)腐(fu)蝕。關于奧氏體鋼晶間腐蝕的機理,一般用“貧鉻”理論來解釋。在固溶狀態下,奧氏體鋼中的碳過飽和固溶于奧氏體中。加熱過程中,過飽和的碳將以Cr23C6。的形式沿晶界析出。Cr23C6中含鉻量大大超過奧氏體基體中的含鉻量,因而使晶界附近含鉻量顯著下降,晶內的鉻原子又來不及擴散及時補充,故形成貧鉻層(Cr<11.7%).貧鉻層的電極電位比晶體內低得很多,在腐蝕質的作用下,電極電位低的晶界將成為陽極,被腐蝕溶解。
1. 焊縫(feng)晶(jing)間腐蝕和母材(cai)上敏(min)化溫度(du)區腐蝕
18-8型不銹鋼(gang)在(zai)450℃~850℃加熱(re)時(shi),具(ju)有晶間腐蝕傾向,這(zhe)一(yi)溫度(du)范圍稱為敏(min)化溫度(du)區間。
焊(han)縫(feng)晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)可有(you)兩種情況,一(yi)(yi)種情況為焊(han)接(jie)線能量過(guo)(guo)大或多層焊(han)時(shi)焊(han)縫(feng)金屬在敏(min)化(hua)溫(wen)度(du)區間(jian)(jian)停留時(shi)間(jian)(jian)過(guo)(guo)長(chang)所引起,即焊(han)接(jie)狀態(tai)下已有(you)碳化(hua)鉻析(xi)出而(er)(er)形(xing)成貧鉻層;另一(yi)(yi)種情況是(shi)焊(han)接(jie)狀態(tai)下耐蝕(shi)性良好,焊(han)后經(jing)受了敏(min)化(hua)加熱(re)的條(tiao)件,因而(er)(er)具有(you)晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)傾向。
熱(re)影響區、敏化區的晶間腐蝕傾(qing)向也是由于形成貧鉻(ge)(ge)層所致。但因(yin)為焊接熱(re)循環具有快速連續加(jia)熱(re)的特點,碳化鉻(ge)(ge)的析(xi)出需要(yao)在更高(gao)的溫度(du)下才(cai)能較(jiao)快進行,因(yin)此,焊接接頭的敏化區溫度(du)范圍為600℃~1000℃,高(gao)于平衡加(jia)熱(re)條件下的敏化區溫度(du)450℃~850℃。
焊縫和熱影響區晶間腐(fu)蝕傾向與含碳量(liang)、加熱溫度和保溫時(shi)間等因素有(you)關。因此,為提高焊接接頭抗(kang)晶腐(fu)蝕能力,一般(ban)宜采取以下(xia)措施:
①. 減小母材及焊縫中的含碳量,使加熱時減少或避免Cr32C6析出,消除產生貧鉻層的機會。例如,超低碳(C≤0.03%)不銹鋼由于含碳量較低,具有優良的抗蝕性能,但是超低碳不銹鋼的冶煉成本高。
②. 在鋼中添加穩(wen)定化元素(su)鈦、鈮等,使之優先形成MC,而避免(mian)形成貧鉻層。
③. 使(shi)焊(han)縫(feng)形(xing)成奧氏(shi)體(ti)(ti)加(jia)少量鐵素(su)體(ti)(ti)的雙相組織(zhi)。當(dang)焊(han)縫(feng)中存在(zai)一定(ding)數量的鐵素(su)體(ti)(ti)時,可(ke)以細化(hua)晶(jing)粒,增加(jia)晶(jing)界面(mian)(mian)積,使(shi)晶(jing)界單位面(mian)(mian)積上的碳化(hua)鉻析(xi)出量減少,減輕貧鉻程度。鉻在(zai)鐵素(su)體(ti)(ti)中溶(rong)解度較大(da),Cr2C6優(you)先在(zai)鐵素(su)體(ti)(ti)中形(xing)成,而不(bu)致(zhi)使(shi)奧氏(shi)體(ti)(ti)晶(jing)界貧鉻;此(ci)外,散(san)布(bu)在(zai)奧氏(shi)體(ti)(ti)之間的鐵素(su)體(ti)(ti),還可(ke)能(neng)防止腐蝕沿(yan)晶(jing)界向內部擴展。
④. 控制在敏化溫度區間的(de)(de)停留時(shi)間。調(diao)整焊(han)接熱(re)循(xun)環,盡可能縮(suo)短(duan)600℃以(yi)(yi)上的(de)(de)高溫停留時(shi)間,以(yi)(yi)防止焊(han)縫及熱(re)影響區大量析出碳(tan)化鉻。如(ru)選擇能量密度高的(de)(de)焊(han)接方法(如(ru)等離子弧焊(han)),選用(yong)較(jiao)小的(de)(de)焊(han)接線能量,焊(han)縫背面通氬氣或采(cai)用(yong)銅墊增(zeng)加(jia)焊(han)接接頭的(de)(de)冷卻(que)速度,減少起(qi)弧、收弧次數以(yi)(yi)避免重復(fu)加(jia)熱(re),多層焊(han)時(shi)與腐(fu)蝕介質(zhi)的(de)(de)接觸面盡可能最(zui)后施焊(han)等,均可以(yi)(yi)減少接頭的(de)(de)晶(jing)間腐(fu)蝕傾向。
⑤. 焊后進行固溶處理或穩定化退火。固溶處理可使已析出的Cr23C6重新溶入奧氏體中,但一般只適用于較小的工件。穩定化退火是將工件加熱到850℃~900℃保溫后空冷。其作用為使碳化物充分析出,并促使鉻加速擴散而消除貧鉻區。
2. 焊接(jie)接(jie)頭的刀狀(zhuang)腐(fu)蝕
刀狀腐蝕簡稱刀蝕,它是焊接接頭中特有的一種晶間腐蝕,只發生在含有穩定劑的奧氏體鋼(如321不(bu)銹鋼、316Ti不(bu)銹鋼等)的焊接接頭中。刀狀腐蝕的腐蝕部位在熱影響區的過熱區,沿熔合線發展,開始寬度僅3~5個晶粒,逐步擴大至1.0mm~1.5mm。因形狀如刀刃,故稱刀狀腐蝕。
高溫過(guo)(guo)熱(re)和中(zhong)(zhong)溫敏化(hua)(hua)是導致焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)產生刀蝕的(de)(de)重要條件(jian)。含有穩定劑的(de)(de)奧氏體(ti)鋼(gang),一般以固溶(rong)(rong)狀(zhuang)態(tai)供貨,此時鋼(gang)中(zhong)(zhong)少部分的(de)(de)碳(tan)固溶(rong)(rong)于奧氏體(ti),其余大部分碳(tan)則形(xing)(xing)(xing)(xing)成(cheng)TiC或NbC.焊(han)接(jie)時,在(zai)溫度超過(guo)(guo)1200℃的(de)(de)過(guo)(guo)熱(re)區中(zhong)(zhong),這些碳(tan)化(hua)(hua)物將(jiang)溶(rong)(rong)入固溶(rong)(rong)體(ti)。由(you)于碳(tan)的(de)(de)擴散能力較強,在(zai)冷(leng)卻過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)將(jiang)偏(pian)聚在(zai)晶界形(xing)(xing)(xing)(xing)成(cheng)過(guo)(guo)飽(bao)和狀(zhuang)態(tai),而鈦則因(yin)擴散能力低(di)而留于晶內。當焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)在(zai)敏化(hua)(hua)溫度區間(jian)再(zai)次加(jia)熱(re)時,過(guo)(guo)飽(bao)和的(de)(de)碳(tan)將(jiang)在(zai)晶間(jian)以CraC.形(xing)(xing)(xing)(xing)式析(xi)出(chu),在(zai)晶界形(xing)(xing)(xing)(xing)成(cheng)貧鉻(ge)層(ceng),使(shi)焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)抗蝕性能降低(di)。從以上分析(xi)可知(zhi),刀狀(zhuang)腐蝕的(de)(de)形(xing)(xing)(xing)(xing)成(cheng)根源(yuan)也在(zai)于在(zai)晶間(jian)形(xing)(xing)(xing)(xing)成(cheng)貧鉻(ge)層(ceng)。
防止刀蝕的措施如(ru)下:
①. 降低(di)含碳(tan)量 這是(shi)防止刀(dao)狀腐蝕的很(hen)有(you)效的措(cuo)施。對于(yu)含有(you)穩定化元素的不(bu)銹鋼,含碳(tan)量最好不(bu)超過0.06%。
②. 采用合理的焊(han)(han)接(jie)工藝(yi) 盡量(liang)選擇較小的線能量(liang),以減少過(guo)熱區在高(gao)溫停留時間,注意避(bi)免(mian)在焊(han)(han)接(jie)過(guo)程產生“中溫敏化(hua)(hua)”的效果。因此雙面焊(han)(han)時,與(yu)腐蝕介(jie)質(zhi)接(jie)觸的焊(han)(han)縫應(ying)(ying)最后施(shi)焊(han)(han)(這是大(da)直徑厚(hou)壁焊(han)(han)管內焊(han)(han)在外焊(han)(han)之后再(zai)進行的原因所在),如不能實施(shi)則應(ying)(ying)調(diao)整(zheng)焊(han)(han)接(jie)規范及焊(han)(han)縫形(xing)狀,盡量(liang)避(bi)免(mian)與(yu)腐蝕介(jie)質(zhi)接(jie)觸的過(guo)熱區再(zai)次受到敏化(hua)(hua)加熱。
③. 焊后熱處(chu)理 焊后進(jin)行固溶或穩定化處(chu)理,均能提(ti)高接頭的抗刀狀腐(fu)蝕能力。
二(er)、 應(ying)力腐蝕開(kai)裂
應力腐蝕開裂是金屬在特定的腐蝕介質和拉應力的共同作用下所產生的延遲破壞現象,也稱應力腐蝕裂紋(Stress Corrosion Cracking,簡稱SCC).
鉻-鎳(nie)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中,產生(sheng)應(ying)力腐(fu)蝕(shi)開(kai)裂(lie)常(chang)見的(de)鋼(gang)種,有不(bu)含(han)鈦、鈮的(de)18-8型和17-12-Mo型鋼(gang),其次(ci)是超低碳(tan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。由于介質(zhi)不(bu)同,應(ying)力開(kai)裂(lie)既可(ke)(ke)呈(cheng)晶(jing)間開(kai)裂(lie)形(xing)式(shi)(shi),也可(ke)(ke)呈(cheng)穿晶(jing)開(kai)裂(lie)形(xing)式(shi)(shi),或為(wei)穿晶(jing)和沿(yan)晶(jing)混合開(kai)裂(lie)形(xing)式(shi)(shi)。
不銹鋼產生應力腐蝕開(kai)裂的(de)影響因素很多,包(bao)括(kuo)鋼材成分、組織和狀(zhuang)態、介(jie)質種類、溫度及濃(nong)度、應力的(de)性質、大(da)小以及結(jie)構特點等。
防止應力腐(fu)蝕(shi)開裂的主(zhu)要措施如下(xia):
1. 正確選擇材料及合理調整(zheng)焊(han)縫成分
根(gen)據介質特性(xing)選用對應(ying)(ying)力腐蝕開裂(lie)敏感性(xing)低的材料(liao),應(ying)(ying)該(gai)是(shi)防(fang)止(zhi)應(ying)(ying)力腐蝕開裂(lie)的最根(gen)本(ben)措(cuo)施(shi)。此(ci)類鋼有(you)高(gao)純鉻(ge)-鎳奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不銹鋼、高(gao)硅鉻(ge)-鎳奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)鋼、鐵素體(ti)(ti)-奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)鋼、高(gao)鉻(ge)鐵素體(ti)(ti)鋼等。合理(li)地(di)調整焊(han)縫(feng)成分是(shi)提高(gao)接頭抗應(ying)(ying)力腐蝕能(neng)(neng)力的重要措(cuo)施(shi)之一。一般認為,當焊(han)縫(feng)金屬為奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)-鐵素體(ti)(ti)雙相組織時,具(ju)有(you)較好的抗應(ying)(ying)力腐蝕性(xing)能(neng)(neng)。
2. 消(xiao)除(chu)或減(jian)小殘余應力(li)
拉(la)伸應(ying)(ying)力(li)的(de)存在是(shi)產生應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開裂的(de)先決條件(jian)之一。可以(yi)(yi)認為,不(bu)銹(xiu)鋼部件(jian)中(zhong)(zhong)若(ruo)不(bu)存在拉(la)應(ying)(ying)力(li),則可以(yi)(yi)完全避免(mian)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開裂。因(yin)此(ci),消除或減少結構中(zhong)(zhong)的(de)殘余應(ying)(ying)力(li),是(shi)防止(zhi)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開裂的(de)重要措施。
焊后進行消(xiao)除應(ying)力(li)熱(re)處(chu)理是常用的(de)工(gong)藝(yi)措施。例(li)如(ru),對奧(ao)氏體不(bu)銹鋼一般(ban)進行900℃的(de)消(xiao)除應(ying)力(li)退火熱(re)處(chu)理。采用機械的(de)方法也可以降低表面(mian)殘余應(ying)力(li)或(huo)造(zao)成壓應(ying)力(li)。如(ru)表面(mian)拋光、噴丸和錘擊。
3. 合理的結構設計
結(jie)構中應(ying)避免(mian)形(xing)成較大的應(ying)力(li)集中或在制造(zao)中避免(mian)產生較大的殘余應(ying)力(li)。在設備和容器中與腐(fu)蝕介質(zhi)的接觸面不(bu)能(neng)有縫隙,盡可能(neng)采用對接接頭,結(jie)構設計中注意不(bu)產生熱流集中而引起(qi)的局部過(guo)熱或腐(fu)蝕液滯留而局部濃縮等。
三、焊接熱裂(lie)紋
奧氏體(ti)不銹鋼焊接時,焊縫及(ji)熱影(ying)響(xiang)區均可能出現熱裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)。最常見(jian)的是焊縫結晶裂(lie)(lie)紋(wen)(wen),有時在熱影(ying)響(xiang)區或多層(ceng)焊層(ceng)間金屬也可出現液化裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)。
奧氏體鋼具有較大的熱裂(lie)紋敏(min)感性,主要取決于鋼的化學成分(fen)、組織(zhi)與性能的特點(dian)。
奧氏體鋼中合(he)金元素較多,尤(you)其是含有一(yi)定數量的(de)鎳,它不僅提高(gao)了奧氏體的(de)穩定性(xing),而且還易(yi)和(he)硫、磷(lin)等雜質(zhi)形成低(di)熔點化(hua)合(he)物或共晶,如(ru)(ru)Ni-S共晶熔點為(wei)645℃、Ni-P共晶為(wei)880℃,比Fe-S、Fe-P共晶的(de)熔點更(geng)低(di),危害性(xing)也更(geng)大。其他一(yi)些元素如(ru)(ru)硼(peng)、硅等的(de)偏析,也將促使產(chan)生熱(re)裂紋。
奧(ao)氏體鋼焊縫易形成方向(xiang)性(xing)強的粗大柱狀晶組織,有利于有害雜質和(he)元素的偏析(xi),從而促使形成連續的晶間液膜,提高了熱裂紋的敏感性(xing)。
從(cong)奧氏(shi)體不銹鋼的物理性能看(kan),它具有導熱(re)系(xi)數小(xiao)、線膨脹系(xi)數大(da)的特點(dian),因而在焊(han)接(jie)不均勻加(jia)熱(re)的情況下(xia),極(ji)易(yi)形成較大(da)的拉應力,促進了焊(han)接(jie)熱(re)裂紋的產(chan)生。
由以(yi)上分析可知,與結(jie)構鋼(gang)(gang)相比,奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)的焊(han)接熱裂紋傾向較大,尤其(qi)是(shi)高鎳奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)。
防止奧氏體不(bu)銹鋼焊(han)接熱裂(lie)紋的主要措(cuo)施如(ru)下:
1. 嚴格控(kong)制有害(hai)雜質硫(liu)、磷的含(han)量,鋼(gang)中(zhong)含(han)鎳量越高,越應(ying)該嚴格控(kong)制。
2. 調整焊縫金屬的(de)組織
奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)可(ke)以(yi)是(shi)單(dan)相的(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏體組(zu)織(zhi),也可(ke)以(yi)是(shi)奧(ao)氏體為主的(de)(de)(de)(de)雙相組(zu)織(zhi)。大(da)量實踐證明,單(dan)相奧(ao)氏體組(zu)織(zhi)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng),對(dui)熱裂(lie)紋(wen)的(de)(de)(de)(de)敏感(gan)性(xing)較大(da),而(er)雙相組(zu)織(zhi)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng),則具(ju)有良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)(de)抗裂(lie)性(xing)能(neng),如(ru)表2-2中所列出的(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏體焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)中δ-鐵素體的(de)(de)(de)(de)影響。焊(han)(han)接(jie)18-8型不(bu)銹(xiu)鋼(gang)時,如(ru)果(guo)形成γ+5%δ的(de)(de)(de)(de)雙相組(zu)織(zhi),不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)提高抗晶(jing)間腐(fu)蝕能(neng)力(li),而(er)且(qie)又減(jian)小(xiao)了熱裂(lie)敏感(gan)性(xing)。焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)中的(de)(de)(de)(de)δ相,可(ke)以(yi)細(xi)化(hua)晶(jing)粒,消除(chu)單(dan)相奧(ao)氏體的(de)(de)(de)(de)方向性(xing),減(jian)少有害雜(za)質(zhi)在晶(jing)界(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)偏析,而(er)且(qie)δ相能(neng)解較多的(de)(de)(de)(de)硫、磷,并能(neng)降(jiang)低界(jie)(jie)面能(neng),阻止(zhi)晶(jing)間液膜的(de)(de)(de)(de)形成,從而(er)有利于提高焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)的(de)(de)(de)(de)抗熱裂(lie)紋(wen)能(neng)力(li)。
3. 調(diao)整焊縫金屬合(he)金成(cheng)分
當在焊縫(feng)中不允許有雙相組織(zhi)時,如(ru)表2-2中“不希望有δ-鐵(tie)素(su)體(ti)的(de)理(li)由(you)”所列出(chu)的(de)各(ge)項,就必須(xu)對焊縫(feng)金屬進行(xing)合理(li)的(de)合金化。如(ru)在單相穩定奧氏體(ti)鋼中適當增加(jia)錳、碳、氮的(de)含量(liang)可(ke)(ke)以(yi)提(ti)高焊縫(feng)的(de)抗裂性(xing)能。此(ci)外(wai),加(jia)入少量(liang)的(de)鈰、鋯、鉭等微(wei)量(liang)元素(su),可(ke)(ke)以(yi)細化焊縫(feng)組織(zhi)、凈(jing)化晶界,也可(ke)(ke)減少焊縫(feng)的(de)熱裂紋敏(min)感性(xing)。
4. 工(gong)藝措施
在焊接奧氏體不銹鋼時,應盡量減小熔池過熱,以防止形成粗大的柱狀晶。奧氏體不銹鋼焊接宜采用小線能量及小截面的焊道。至于液化裂紋,它主要出現于310S不銹鋼的焊接接頭中。為了防止產生液化裂紋,除了嚴格限制母材中的雜質含量以及控制母材的晶粒度以外,在工藝上應采用高能量密度的焊接方法、小線能量和提高接頭的冷卻速度等措施,以減小母材的過熱和避免近縫區晶粒的粗化。
四、奧氏體鋼(gang)焊接(jie)接(jie)頭的脆化
奧(ao)氏(shi)體(ti)鋼(gang)用途頗(po)廣,可在耐(nai)(nai)熱、耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)、低(di)(di)溫(wen)等各種條(tiao)件(jian)下使用。不(bu)(bu)同的(de)工(gong)作條(tiao)件(jian),對焊(han)接接頭(tou)(tou)的(de)性(xing)(xing)能要(yao)(yao)(yao)求(qiu)也不(bu)(bu)同。耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)鋼(gang)通常是(shi)在室溫(wen)或350℃以(yi)(yi)下工(gong)作,主要(yao)(yao)(yao)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing),對機械性(xing)(xing)能無特殊要(yao)(yao)(yao)求(qiu)。用于高溫(wen)條(tiao)件(jian)的(de)熱強(qiang)鋼(gang),如是(shi)短時工(gong)作,則要(yao)(yao)(yao)求(qiu)保證(zheng)接頭(tou)(tou)與母材等強(qiang)度;而長期工(gong)作(10年以(yi)(yi)上)時,則保證(zheng)焊(han)接接頭(tou)(tou)的(de)塑性(xing)(xing),防止高溫(wen)脆(cui)化是(shi)關鍵。對于低(di)(di)溫(wen)工(gong)作的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang),則主要(yao)(yao)(yao)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)良好的(de)低(di)(di)溫(wen)韌(ren)性(xing)(xing),防止焊(han)接接頭(tou)(tou)發生(sheng)低(di)(di)溫(wen)脆(cui)斷。從不(bu)(bu)同的(de)工(gong)作條(tiao)件(jian)下對接頭(tou)(tou)性(xing)(xing)能的(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)來看,奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊(han)接接頭(tou)(tou)的(de)低(di)(di)溫(wen)脆(cui)化和(he)高溫(wen)脆(cui)化是(shi)值(zhi)得注意的(de)問(wen)題。
當18-8型鋼(gang)焊縫(feng)為(wei)雙相組(zu)織時,其拉伸強度(du)、屈服強度(du)與塑性略低(di)于母材,但韌性比母材低(di)得多(duo),因而難(nan)以保證低(di)溫(wen)條件下對焊接接頭韌性的要求。為(wei)了保證18-8型鋼(gang)焊縫(feng)具有(you)良好(hao)的低(di)溫(wen)韌性,應使(shi)焊縫(feng)為(wei)單相奧(ao)氏體組(zu)織。
奧氏體(ti)(ti)焊(han)縫(feng)中含有(you)較(jiao)多的(de)鐵素(su)體(ti)(ti)化元素(su)或有(you)較(jiao)多的(de)δ相時,高(gao)溫條件下(xia),由于δ→σ轉(zhuan)變,引起σ相脆化,焊(han)縫(feng)的(de)塑性和韌性均顯著(zhu)下(xia)降。因此,為了(le)保證必要(yao)的(de)塑性和韌性,焊(han)縫(feng)中的(de)δ相應小于5%。
單相(xiang)的奧氏體焊(han)縫也(ye)可(ke)能出現(xian)σ相(xiang),這(zhe)與(yu)合金系(xi)統有關。如310S不銹(xiu)鋼(gang)焊(han)縫中鉻(ge)與(yu)硅含量(liang)偏上(shang)限,而碳、鎳(nie)含量(liang)偏下限時,就(jiu)容易沿晶界析(xi)出σ相(xiang),這(zhe)比晶內析(xi)出σ相(xiang),對焊(han)接接頭(tou)脆化影響更為嚴(yan)重(zhong)。
為(wei)了(le)避免(mian)出(chu)現(xian) σ脆性相,應(ying)盡量(liang)限制(zhi)焊縫(feng)中的δ相數(shu)量(liang),考(kao)慮焊縫(feng)的合金化時,適當(dang)減少鐵(tie)素體(ti)形成元(yuan)素;多層焊時采用較小(xiao)(xiao)的線能(neng)(neng)量(liang),以減小(xiao)(xiao)熔池體(ti)積,提高(gao)冷卻速(su)度,縮(suo)短高(gao)溫停留(liu)時間。對于已經出(chu)現(xian)σ相的焊縫(feng),可(ke)將焊接接頭(tou)加熱至1050℃~1100℃,保溫1小(xiao)(xiao)時后水冷,進行固溶(rong)處理,此時絕(jue)大部分 σ 相可(ke)重新(xin)溶(rong)入奧(ao)氏體(ti)中,性能(neng)(neng)即可(ke)恢復。
五、焊接變形較(jiao)大(da)
因(yin)為奧氏體(ti)不銹鋼導(dao)熱性能(neng)差,膨脹系(xi)數大,焊接(jie)變形較大,特別是薄(bo)板。因(yin)此,焊接(jie)時應適當采取防形的措施,如夾(jia)具等(deng)。