专题:奥氏体不锈钢的焊接特点

奥氏体不锈钢包括303、304、309、310、316、317等,是石油化工生产中应用最为广泛的金属材料之一,其焊接性能良好,但在焊接过程中也容易产生不少问题,主要表现为以下几种:

⒈晶间腐蚀
奥氏体不锈钢焊接件容易在焊接接头处发生晶间腐蚀,根据贫铬理论,
其原因是焊接时焊缝和热影响区在加热到450~850℃温度范围停留一定时间的接头部位,在晶界处析出高铬碳化物(Cr23C6),引起晶粒表层含铬量降低,形成贫铬区,在腐蚀介质的作用下,晶粒表层的贫铬区受到腐蚀而形成晶间腐蚀。这时被腐蚀的焊接接头表面无明显变化,受力时则会沿晶界断裂,几乎完全失去强度。
为防止和减少焊接接头处的晶间腐蚀,一般采取的防止措施有:
⑴、采用低碳或超低碳的焊材,如A002等,或采用含钛、铌等稳定化元素的焊条,如A137、A132等;
⑵、由焊丝或焊条向焊缝熔入一定量的铁素体形成元素,使焊缝金属成为奥氏体+铁素体的双相组织 (铁素体一般控制4-12%);
⑶、减少焊接熔池过热,选用较小的焊接电流和较快的焊接速度,加快冷却速度;
⑷、对耐晶间腐蚀性能要求很高的焊件进行焊后稳定化退火处理。

⒉焊接热裂纹
热裂纹产生的主要原因是焊缝中的树枝晶方向性强,有利于S、P等元素的低熔点共晶产物的形成和聚集。另外,此类钢的导热系数小(约为低碳钢的1/3),线胀系数大(比低碳钢大50%),所以焊接应力也大,加剧了热裂纹的产生。其防止的办法是:
⑴、选用含碳量低的焊接材料,采用含适量Mo、Si等铁素体形成元素的焊接材料,使焊缝形成奥氏体加铁素体的双相组织,减少偏析;
⑵、尽量选用碱性药皮的优质焊条,以限制焊缝金属中S、P、C等的含量。

⒊应力腐蚀开裂
应力腐蚀开裂是焊接接头在特定腐蚀环境下受拉伸应力作用时所产生的延迟开裂现象。奥氏体不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂是焊接接头比较严重的失效形式,表现为无塑性变形的脆性破坏。
应力腐蚀开裂防止措施
⑴、采取合适的焊接工艺,保证焊缝成形良好,不产生任何应力集中或点蚀的缺陷,如咬边等;采取合理的焊接顺序,降低焊接残余应力水平;
⑵、合理选择焊材,焊缝与母材应有良好的匹配,不产生任何不良组织,如晶粒粗化及硬脆马氏体等;
⑶、消除应力处理:焊后热处理,如焊后完全退火或退火;在难以实施热处理时采用焊后锤击或喷丸等。

⒋焊缝金属的低温脆化
对于奥氏体不锈钢焊接接头,在低温使用时,焊缝金属的塑韧性是关键问题。此时,焊缝组织中的铁素体的存在总是恶化低温韧性。一般可以通过选用纯奥氏体焊材和调整焊接工艺获得单一的奥氏体焊缝的方法来防止焊缝金属的低温催化。

⒌焊接接头的σ相脆化
焊件在经受一定时间的高温加热后会在焊缝中析出一种脆性的σ相,导致整个接头脆化,塑性和韧性显著下降。σ相的析出温度范围650-850℃。在高温加热过程中,σ相主要由铁素体转变而成。加热时间越长,σ相析出越多。
防止措施
⑴、限制焊缝金属中的铁素体含量(小于15%),采用超合金化焊接材料,即高镍焊材;
⑵、采用小规范,以减小焊缝金属在高温下的停留时间;
⑶、对已析出的σ相在条件允许时进行固溶处理,使σ相溶入奥氏体。

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