奥氏体不锈钢焊接特点及工艺

2015-04-16郑跃峰

建材与装饰 2015年28期

关键词：晶间腐蚀焊条双相

郑跃峰

（石家庄市浩能电力安装有限公司）

奥氏体不锈钢焊接特点及工艺

郑跃峰

（石家庄市浩能电力安装有限公司）

奥氏体不锈钢具有更优良的耐腐蚀性、耐热性和塑性，奥氏体不锈钢焊接性能也比较好，奥氏体不锈钢通常在常温下的组织为纯奥氏体，也有一些为奥氏体加少量铁素体，这种少量铁素体有助于防止热裂纹。

奥氏体不锈钢；晶间腐蚀；刀状腐蚀；应力腐蚀

1　奥氏体不锈钢的焊接性

由于奥氏体不锈钢含有较高的铬，可形成致密的氧化膜，所以具有良好的耐蚀性，当含Cr量达到18%，含Ni量达到8%时，基本上可获得单一的奥氏体组织，故奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性、塑性、高温性能和焊接性能，但为了全面保证焊接接头的质量，往往需要解决一些特殊的间题，如接头各种形式的腐蚀、焊接热裂纹、铁素体含量控制。

1.1焊接接头的晶间腐蚀问题

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。下面我们探讨一下产生晶间腐蚀的原因和防治措施。

1.2产生晶间腐蚀的原因

奥氏体不锈钢在450～850℃时，过饱和的碳向奥氏体晶粒边界扩散，并与晶界的铬化合形成碳化铬。由于铬在奥氏体中的扩散速度小于碳的扩散速度，使晶界的铬得不到及时补充，造成奥氏体边界贫铬。

减少和防止晶间腐蚀的措施：

①控制含碳量：碳是造成晶间腐蚀的主要元素，含碳量越高，奥氏体晶界处形成的碳化铬越多，贫铬现象越严重，晶间腐蚀越大，所以焊接时采用含碳量小于0.03%的焊条，不会产生晶间腐蚀；②进行固溶处理：焊后将接头加热到1000℃左右，使碳化物重新溶解到奥氏体中，然后迅速冷却，稳定了奥氏体组织；③添加稳定剂：在钢材和焊接材料中加Ti与碳的亲和力比铬强的元素，能够与碳结合成稳定的化合物，从而避免在奥氏体晶界造成贫铬；④改变焊缝的组织状态使焊缝由单一的奥氏体相改变为奥氏体加铁素体双相，Cr在铁素体中扩散速度比在奥氏体中快，因此，铬在铁素体中较快地扩散到晶界，减轻了奥氏体晶界贫铬现象；⑤快速冷却：因奥氏体钢不会出现淬硬现象，所以在焊接过程中加快冷却速度，缩短焊接接头在危险温度区的停留时间，以免形成贫铬区。

1.3应力腐蚀开裂问题

金属在应力和腐蚀介质共同作用下，所发生的腐蚀破坏叫做应力腐蚀开裂。

1.3.1应力腐蚀开裂的原因

在化工设备的破坏事故中，由于不锈钢的应力腐蚀开裂造成事故占50%，破坏涉及几乎所有耐蚀材料。开裂时没有任何变形，因而事故往往是突发性的，后果严重’拉应力的存在是产生应力腐蚀开裂的必要条件，应力主要来自于制造过程，因而焊接应力造成事故占到30%以上。不锈钢在使用条件下产生应力腐蚀开裂的影响因素很多，包括钢的成分、组织和状态、介质的种类、温度、浓度、应力性质、大小及结构特点等。

1.3.2防止应力腐蚀开裂采取的措施

①正确选用材料，根据介质特性，选用对应力腐蚀开裂敏感性低的材料是防止应力腐蚀开裂最根本的措施，主要有高纯铬一镍奥氏体不锈钢，高硅铬一镍奥氏体不锈钢，铁素体一奥氏体双相钢等；②消除焊件残余应力，采用消除应力热处理及由机械方法降低表面残余应力或造成压应力（如进行喷丸）状态；③对材料进行防腐蚀处理通过电镀、喷镀、物理等方法，用金属或金属覆盖层将金属与腐蚀介质隔离；④改进部件及接头设计由于设计得不合理，往往会形成较大的应力集中或在制造中产生较大的残余应力，这是产生应力腐蚀开裂的重要条件.

1.4焊接接头的热裂纹问题

1.4.1焊接热裂纹产生的原因

①奥氏体不锈钢导热大约只有钢的一半，而线膨胀系数却大得多，所以焊后在接头中会产生很大的内应力；②奥氏体钢中合金元素多，不仅硫、磷等杂质与铁形成低熔点的共晶合金元素之间或与杂质间作用也可形成低熔点化合物和共晶；③奥氏体钢的结晶凝固区间大，结晶时间长，且奥氏体结晶方向性强，所以杂质偏析较严重。

1.4.2防止焊接热裂纹的措施

①采用双相组织焊缝：当焊缝中有5%左右的铁素体时，可打乱奥氏体柱状晶的方向；②严格格控制有害杂质硫、磷的含量；③工艺上的措施：采用碱性焊条、小电流、快速焊，防止产生热裂纹。