鐵素體不銹鋼的熱膨脹系數與碳鋼相近,比奧氏體不銹鋼小,再加之磷、硫等雜質在鐵素體中溶解度大,硅、鈮等是鐵素體形成元素,因此,焊縫結晶時不易形成低熔點共晶,熱裂傾向比奧氏體不銹鋼小得多,同時焊接熱影響區超過臨界溫度的區域形成馬氏體的量也極少,因此淬硬傾向也很小,所以,鐵素體不銹鋼比馬氏體不銹鋼的延遲裂紋敏感性小,可以說其工藝焊接性是好的。
鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼為Fe-Cr-C三元合金,由碳(tan)以(yi)及諸如Al、Nb、Mo及Ti等添加(jia)元素(su)(su)(su)(su)來防止在焊(han)接(jie)(jie)受(shou)熱過(guo)程中(zhong)形成(cheng)奧(ao)氏(shi)體(ti)。因此,鐵(tie)索體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼在焊(han)后冷(leng)卻(que)過(guo)程中(zhong)不(bu)會(hui)出現奧(ao)氏(shi)體(ti)向馬氏(shi)體(ti)轉變(bian)的(de)(de)淬硬現象(xiang)。但焊(han)接(jie)(jie)熱所形成(cheng)的(de)(de)熱影響區近縫帶(dai),由于(yu)高溫(wen)而促成(cheng)鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)晶粒粗大,明顯地(di)降低了接(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)韌性(xing),并且不(bu)可能直接(jie)(jie)用熱處(chu)理的(de)(de)方(fang)法來改善。這(zhe)就是(shi)鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼焊(han)接(jie)(jie)中(zhong)最為困(kun)難之(zhi)處(chu)。
現在鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)已發展到了(le)(le)第(di)(di)(di)三(san)(san)代品(pin)種(zhong)。第(di)(di)(di)一代是完全依靠鉻作為(wei)(wei)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)穩(wen)定元素(su),而含(han)碳(tan)(tan)量又(you)偏高(gao),因此在焊接之(zhi)后(hou)若不(bu)(bu)再(zai)進(jin)(jin)行(xing)熱處理(li),必然會(hui)產生晶間腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)。而且這第(di)(di)(di)一代鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)韌(ren)性(xing)都偏低(di),其代表(biao)(biao)性(xing)鋼(gang)(gang)(gang)號為(wei)(wei)10Cr17(430)及(ji)(ji)(ji) 16Cr2N(446).第(di)(di)(di)二代品(pin)種(zhong)為(wei)(wei)06Cr13Al(405)與(yu)(yu)06Cr11Ti(409),其中(zhong)鉻與(yu)(yu)碳(tan)(tan)含(han)量下(xia)降,增加(jia)了(le)(le)強(qiang)烈的(de)(de)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)形成劑,如06Cr13A1(405)中(zhong)加(jia)人 Al,06Cr11Ti(409)加(jia)入鈦。第(di)(di)(di)二代鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)除了(le)(le)在韌(ren)性(xing)方面(mian)與(yu)(yu)第(di)(di)(di)一代相差不(bu)(bu)大(da)之(zhi)外,在工藝(yi)性(xing)能、固(gu)碳(tan)(tan)(Ti及(ji)(ji)(ji)Nb與(yu)(yu)碳(tan)(tan)反應形成TiC及(ji)(ji)(ji)NbC)以減少(shao)固(gu)溶體(ti)(ti)中(zhong)碳(tan)(tan)含(han)量、耐腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)方面(mian),以及(ji)(ji)(ji)在降低(di)成本上(shang),皆比上(shang)一代優越。第(di)(di)(di)三(san)(san)代的(de)(de)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),則(ze)以改進(jin)(jin)冶(ye)煉方法來(lai)生產超(chao)低(di)碳(tan)(tan)和超(chao)低(di)氮含(han)量的(de)(de)、可用(yong)大(da)噸位爐子冶(ye)煉的(de)(de)、采(cai)用(yong)較少(shao)間隙固(gu)溶元素(su)的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong),以444(18Cr-2Mo)與(yu)(yu)26-1(26Cr-1Mo)為(wei)(wei)代表(biao)(biao)。當(dang)這些鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)再(zai)加(jia)入強(qiang)烈碳(tan)(tan)化物形成劑,如鈦與(yu)(yu)鈮,則(ze)可在焊后(hou)不(bu)(bu)進(jin)(jin)行(xing)熱處理(li),也不(bu)(bu)會(hui)有晶間腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)出現。此外,第(di)(di)(di)三(san)(san)代鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)韌(ren)性(xing)大(da)大(da)改善(shan),對(dui)點狀腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)也具有良好的(de)(de)抵抗(kang)能力(li),包括抗(kang)應力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)能力(li)。
鐵素體不銹鋼焊接接頭的脆化,是這類鋼使用受到限制的主要原因。鐵素體不銹鋼焊接接頭的脆化,主要的問題是同質焊縫及熱影響區,在焊接過程中碳、氮化合物析出和晶粒長大的作用,特別是碳(tan)、氮化合物的析出,而且幾乎不可能通過熱處理加以消除。而高線度鐵素體不銹鋼在很大程度上消除了焊縫及熱影響區中的碳、氮(dan)化合物,極大地改善了焊接性,其焊接結構得到靜越一運的使用。
晶間腐蝕是普通鐵素體不銹鋼的又一主要問題。由于碳、氮在鐵素體不銹鋼中的溶解度很低,在950℃以后迅速析出。因此,同質焊材的焊縫和熱影響區在焊后冷卻過程中就會析出碳、氮化合物,除了引起脆化外還會引起晶界貧鉻和提高晶間腐蝕敏感性,在強氧化介質中發生晶間腐蝕。與奧氏體不銹鋼不同的是鐵素體不銹鋼的敏化溫度較高(950℃以上),因此,在熱影響區產生晶間腐蝕的部位更靠近熔合線。鉻在鐵素體不銹鋼中的擴散速度,遠比在奧氏體不銹鋼中快。所以,只需在700~900℃范圍內短時間保溫,使鉻向貧鉻區擴散,即可消除碳(tan)、氮(dan)化合物析出引起的晶界貧鉻,恢復焊接接頭的耐腐蝕性能。