奥氏体不锈钢焊接

奥氏体不锈钢焊接奥氏体不锈钢焊接中出现的问题：品间腐蚀和焊接热裂纹。一.晶间腐蚀晶间腐蚀产生的原因不锈钢在腐蚀介质作用下，在晶粒之间产生的一种腐蚀现象称为晶间腐蚀。产生晶间腐蚀的不锈钢，当受到应力作用时，即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失，这是不锈钢的一种最危险的破坏形式。品间腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区、焊缝或熔合线上，在熔合线上产生的晶间腐蚀又称刀状腐蚀。不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铭的质量分数必须大于12%。当温度升高时，碳在不锈钢品粒内部的扩散速度大于铭的扩散速度。因为室温时碳在奥氏体中的熔解度很小，约为0.02%〜0.03%，而一般奥氏体不锈钢中的含碳量均超过此值，故多余的碳就不断地向奥氏体品粒边界扩散，并和铭化合，在品间形成碳化铭的化合物，如（CrFe）23C8等。但是由于铭的扩散速度较小，来不及向晶界扩散，所以在晶间所形成的碳化铭所需的铭主要不是来自奥氏体品粒内部，而是来自晶界附近，结果就使晶界附近的含铭量大为减少，当晶界的铭的质量分数低到小于12%时，就形成所谓的“贫铭区”，在腐蚀介质作用下，贫铭区就会失去耐腐蚀能力，而产生晶间腐蚀。影响晶间腐蚀的因素1）加热温度和加热时间：当加热温度小于450°C或大于850°C时，不会发生晶间腐蚀。因为由于450C时，温度较低不会形成碳化铭化合物。而在温度超过850C时，晶粒内的铭扩散能力大大加强，有足够的铭扩散到晶界和碳结合，不会形成贫铭区。所以产生的晶间腐蚀的加热温度一般是在450CM850C之间，称为产生晶间腐蚀的“危险温度区"。其中尤其以650C为最危险。焊接时，热影响区中处于危险温度区的地带最易产生晶间腐蚀。因此，在450CM850C的温度区间加热时间越长，产生晶间腐蚀的危险性越大，如450CM850C间的冷却速度越大，则产生晶间腐蚀的可能性就越小。2）钢中的含碳量：随奥氏体不锈钢中含碳量的增加，在晶间形成贫铭区的机会就增加，导致产生晶间腐蚀的倾向也越大。所以碳是晶间腐蚀最有害的元素。奥氏体不锈钢据含碳量分：一般含碳量（＜=0.14%），低碳级（＜=0.06%）和超低碳级（＜=0.03%）。室温时奥氏体钢中能溶解的最大含碳量是0.02〜0.03%，所以超低碳奥氏体不锈钢实际是不会产生晶间腐蚀的，是一种优良品种的不锈钢。3）金相组织的影响：不锈钢的金相组织如果是单相奥氏体，则其抗晶间腐蚀能力较差，如果组织中有铁素体存在，形成奥氏体加铁素体的双相组织，则会大大提高其抗晶间腐蚀能力。因为铭在铁素体中的扩散速度快，碳化铭在铁素体内部及其附近析出，减轻了奥氏品间贫铭现象。同时铁素体分隔了奥氏体晶粒之间的连续晶界，使之不产生连续的晶间贫铭区，因而提高了抗晶间腐蚀的能力。但是奥氏体不锈钢中的组织中铁素体含量不能太多，否则易引起焊接接头的脆化现象。3.防止晶间腐蚀的措施1）控制含碳量在0.08%以下。因为含碳量在0.08%以下时，能够析出的碳的数量较少，在0.08%以上时，能够析出的碳的数量迅速增加。降低含碳量。当钢中碳的质量分数在0.03%以下时，即使在700°C较长时间回火也不会产生晶间腐蚀。2）添加稳定剂即在钢材和焊接材料中加入比铭与碳亲和力更强的元素。对含钛Ti、铌Nb元素的18-8不锈钢，在高温下使用时，要经过稳定化处理。即在常规的固溶处理后，还要在850-900C保温1-4小时，然后空冷全室温，以充分生成TiC及NbC。常用的不锈钢材和焊接材料都含有钛和铌。如1Cr18Ni9Ti,H0Cr19Ni9Ti等。3）进固深处理方法是在焊接后把焊接接头加热到1050〜1100C，此时碳又重新深入奥氏体中，然后迅速冷却，稳定了奥氏体组织。另外也可以进行850〜950C保温2小时的稳定化热处理，此时奥氏体品粒内部的铭逐步扩散到晶界，品界处的含铭量又重新恢复到大于12%，这样就不会产生晶间腐蚀。固溶处理能使碳化物不析出或少析出。但对含Ti、Nb的不锈钢还要进行稳定化处理。4）采用双相组织在焊缝中加入铁素体形成元素如铭，硅，铝，钼以形成奥氏体加铁素体的双相组织。采用铁素体和奥氏体双相钢有利于抗晶间腐蚀。铭在铁素体中的扩散速度比奥氏体快，碳化铭就在铁素体内部及附近析出，减轻了奥氏体品界的贫铭现象。因此，在敏化温度受热时，不产生晶间腐蚀。一般控制焊缝中铁素体含量为5〜10%，如铁素体过多，也会使焊缝变脆。5）加快冷却速度因为奥氏体钢不会产生淬硬现象，所以可在焊接过程中提高其冷却速度。可以在焊接后直接把焊接接头放入水中冷却，或直接浇水以提高其冷却速度，以达到减少贫铭区形成的机会，从而起到提高抗晶间腐蚀的作用。焊接工艺上，可采用小电流，大焊速，短弧多道焊等措施，以缩短焊接接头在危险温度区停留时间。二.焊接热裂纹焊接热裂纹是奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生的一种缺陷，特别是含竦较高的奥氏体不锈钢。产生的原因1）奥氏体不锈钢的导热系数低（约为低碳钢的一半），而线膨胀系数却较大，所以在焊接时容易产生焊接应力。2）奥氏体不锈钢中的成分如碳、硫、磷、竦等会在熔池中形成低熔点共晶。如硫与竦形成Ni3S2熔点为645°C，而Ni-Ni3S共晶的熔点内有625°C3）奥氏体不锈钢的液与固相线的距离较大，结品时间较长，且奥氏体结品的枝品方向性强，所以杂质偏析现象比较严重。防止措施1）双相组织的焊缝比单相奥氏体组织具有较高的抗热裂纹能力