碳钢和奥氏体不锈钢管道焊材选用研究分析

李葱聪

（陕西省兴平市陕西柴油机重工有限公司工艺研究所，陕西兴平 713105）

碳钢和奥氏体不锈钢管道焊材选用研究分析

李葱聪

（陕西省兴平市陕西柴油机重工有限公司工艺研究所，陕西兴平 713105）

现如今，机械设备制造安装行业中碳钢和奥氏体不锈钢异种钢焊接日渐增多，虽可在不增加投资经费情况下大大提升安全系数，但异种钢焊接的不足也日渐突出，这主要与焊材选择不当有极大关联。为此，深入研究了异种钢焊接的材料选用，做到科学选材，保证焊接工作顺利正常开展。

碳钢；奥氏体不锈钢；焊材

在工业高速发展的新阶段，随着科学技术的不断发展，焊接作为机械设备制造安装行业的关键技术和重要环节也在不断的创新和发展。现如今，碳钢与奥氏体不锈钢之间异种钢焊接在日渐增多，但其焊接缺陷也在日渐突出。碳钢与奥氏体不锈钢因其各自化学成分、冶金性能、物理性能等各方面的差异，易造成合金元素稀释而引发脆性组织，造成明显的焊接缺陷，影响焊接施工。只有通过选择合适的焊接方法和焊接材料，控制焊接工艺，方可获得综合性能良好的异种钢焊接接头。为此，本文深入研究异种钢焊接的特点及原则选择更好更合适的焊接材料，保证焊接施工的正常进行。

1 异种钢焊接的特性

因奥氏体不锈钢与碳钢在化学成分、力学性能、物理性能及冶金相组织等方面上存在自身特有性质，两种钢材料焊接过程中可产生各种问题。为此，在实际焊接操作中，应充分考虑以下几点特性：

1.1 碳迁移扩散

长时间在高温环境下，在进行焊接或热处理时，奥氏体不锈钢与碳钢界面四周可发生化学反应，碳随之集中向一侧发生扩散、迁移，最终导致奥氏体不锈钢某一侧发展为增碳层而硬化，碳钢单一侧则发展为脱碳层并逐步软化。这样焊接时接头受力容易引起应力集中，从而降低接头高温持久强度和韧性。

1.2 熔合区塑性

异种钢焊接过程中，奥氏体接近熔合区的焊缝金属有一个0.2~0.6mm宽的低塑性带，其组织结构与化学成分均有异于焊缝部分，在此过程中熔合区宽度可随着焊条种类发生改变。一般情况下，低碳钢使用焊条Cr25Ni20，该区域宽度的马氏体区约宽10μm，马氏体与奥氏体综合区宽25μm；若使用焊条Cr19Ni9，马氏体区约宽50μm，马氏体与奥氏体综合区宽100μm；若焊条为Cr25Ni13，马氏体区、马氏体与奥氏体综合区宽介于上两个数值之间。而熔合区马氏体区可影响接头实际冲击韧性。

1.3 金属稀释

异种钢焊接时，基体金属可发生熔化而导致焊缝金属稀释，且本身金属稀释密度可随着熔化程度变化。过度稀释会影响焊缝金属性质，发展为具一定脆性的马氏体组织，并可能出现明显裂纹，而影响焊接操作。

1.4 接头应力

除局部加热产生焊接应力之外，因奥氏体钢本身较差的导热性、奥氏体不锈钢与碳钢两者较大的线胀系数，异种钢焊接可产生较大的焊接残余应力[1]。在交变温度环境下的接头容易形成热疲劳或热应力，奥氏体不锈钢与碳钢两种材质的沿缘界面可产生焊接裂纹。

2 异种钢材选用的原则及具体操作

2.1 异种钢材选择的原则

钢铁企业氧气管道中，异种钢的焊接发展应以科学选择焊材为前提，而焊接接头的选择应充分考虑其自身的使用性能、碳迁移、抗热裂性、焊接应力及稀释作用等多方面因素。具体操作中，可参照舍夫勒组织图以熔合比进行估算，明确奥氏体加铁素体组织或纯奥氏体焊缝成分。如上文提及，碳钢母材在焊接过程中可产生不同程度的稀释作用，18-8型材料不可满足基本要求；因奥氏体组织，25-20型材料极易出现热裂纹现象，为此25-13型材料是较合适的选择。

2.2 异种钢焊材及焊接方法的选择

当前奥氏体不锈钢与碳钢异种钢焊接的焊条基本都选用适合的25-13型A302；但焊丝的选择则大多为不适合的0Cr21Ni10（18-8型），这应引起着重关注。一般情况下，奥氏体不锈钢与碳钢焊接应考虑稀释及融熔合，选择稀释率低、熔合比小的焊接工艺。手工钨极氩弧焊（GTAW）可受焊接技术条件、有无金属填充的影响，其稀释率相应发生改变，而熔合比则在10%~100%波动；而手工焊条电弧焊（SMAW）相对比较稳定，其熔合比在15%~30%。若稀释度超过一半要求，焊缝金属可发展为具一定脆性的马氏体组织，并可能出现明显裂纹。为此，异种钢焊接过程中不仅要科学控制好熔合比，更应选择高含量Cr-Ni的25-13型1Cr24Ni13焊丝[2]。

3 结束语

综上所述，奥氏体不锈钢与碳钢异种钢钢材焊接材料宜选用A302焊条、25-13型1Cr24Ni309（或13）焊丝。在焊接作业过程中实施交叉立体施工，以防焊材混用，检查并控制稀释及熔合比，以防过度稀释而出现裂纹现象。

[1] 陈振华，谢长鸿，郭文光，等.不锈钢焊缝缺陷的超声相控阵扫描图像特征分析[J].失效分析与预防，2014，9（3）：146-147.

[2] 谢正文，范昕炜，蒋政培，等.奥氏体不锈钢焊缝的超声相控阵检测及定量分析[J].中国计量学院学报，2015，26（2）：167-168.

Study on Selection of Welding Material for Carbon Steel and Austenitic Stainless Steel Pipeline

Li Cong-cong

Nowadays，the welding of carbon steel and austenitic stainless steel dissimilar steel is increasing in the machinery and equipment manufacturing and installation industry，although the safety factor can be greatly improved without increasing the investment funds.However，the shortage of dissimilar steel welding is becoming more and more prominent.Mainly with improper selection of welding materials have a great relationship.To this end，this article in-depth study of dissimilar steel welding material selection，so that scientific selection，to ensure smooth and normal welding work.

carbon steel；austenitic stainless steel；welding consumables

TG457.6

B

1003–6490（2017）05–0017–01

2017–04–24

李葱聪（1982—），女，陕西兴平人，助理工程师，主要从事柴油机零部件焊接工艺工作。