18Cr奧氏體不銹鋼焊接的主要問題及防治措施

由于奧氏體不銹鋼含有較高的鉻,可形成致密的氧化膜,所以具有良好的耐蝕性。當含Cr18%,含Ni8%時,即可獲得單一的奧氏體組織,故奧氏體不銹鋼具有良好的耐蝕性、塑性、高溫性能和焊接性能。但在不同工況條件下,奧氏體不銹鋼焊接接頭往往面臨著一些特殊的問題,易造成包括晶間腐蝕、應力腐蝕、刀蝕、焊接熱裂紋、α相脆變等施工缺陷。

01.焊接接頭的腐蝕性分析焊接接頭的晶間腐蝕晶間腐蝕是奧氏體不銹鋼最主要的腐蝕問題之一，一旦產生晶間腐蝕，嚴重時其強度幾乎喪失，施加一定應力就會產生沿晶斷裂。導致奧氏體不銹鋼焊接接頭發生晶間腐蝕的原因主要是由于碳化鉻析出引起的。奧氏體不銹鋼在500～800 ℃溫度區間進行敏化處理時，過飽和固溶的碳向晶粒間界擴散比鉻的擴散速度較快，在晶界附近與鉻結合成(Cr,Fe)23C6的碳化物，并在晶界沉淀析出，形成了晶粒邊界附近的貧鉻現象，當該區域的鉻含量降低到鈍化所需的極限含量(W(Cr)12.5%)以下時，就會加速該區域的腐蝕，形成晶間腐蝕。熱影響區敏化溫度區的晶間腐蝕發生在熱影響區中加熱峰值溫度在600～1000 ℃范圍的區域，產生晶間腐蝕的原因仍是奧氏體晶界析出碳化鉻所致。減少和防止晶間腐蝕的主要防治措施包括：①采取小規范(小電流、大焊速)、多道焊等工藝措施;②盡量降低母材、焊材中碳元素的含，采用C含量小于0.03%的焊材;③使焊縫由單一的奧氏體相改變為奧氏體加鐵素體雙相，C r在鐵素體中擴散速度比在奧氏體中快，因此，鉻在鐵素體中較快地擴散到晶界，減輕了奧氏體晶界貧鉻現象;④在鋼材和焊接材料中加入Ti、Nb等與碳的親和力比鉻強的元素，能夠與碳結合成穩定的化合物，從而避免在奧氏體晶界造成貧鉻。焊接接頭的應力腐蝕不銹鋼的應力腐蝕開裂是危害性最大的腐蝕行為，開裂時沒有任何變形，事故往往是突發性的，后果嚴重。不銹鋼在使用條件下產生應力腐蝕開裂的影響因素很多，包括鋼的成分、組織和狀態、介質的種類、溫度、濃度、應力性質、大小及結構特點等。減少和防止應力腐蝕的措施主要有：①避免強力組裝、機械撞傷和電弧燒傷，減小冷作變形和應力;②嚴格控制介質與環境中的雜質(特別是氯化物、氟化物等);③合理選材(母材、焊材)：避免晶粒粗化及硬化的馬氏體組織;④焊縫成形良好，不產生任何應力集中(如咬邊等);⑤合理安排焊接順序，降低應力;⑥防腐處理：涂層、襯里或陰極保護等位置添加緩蝕劑?！?/span>02.焊接接頭的熱裂紋敏感性分析奧氏體不銹鋼的熱裂紋主要是結晶裂紋，是在焊縫金屬液態金屬凝固過程中產生的，此時熔點共晶存在一次晶，主要是樹枝晶之間。其產生原因主要有以下3個方面：① S、P、C等與Ni形成低熔點共晶(如NiS+Ni的熔點為644 ℃)，弱化晶界強度;② 奧氏體不銹鋼液相線與固相線距離大，結晶時間長，枝晶方向性強，易產生雜質元素的偏析;③鋼導熱系數小，線膨脹系數大，易產生應力。防治焊接熱裂紋的主要措施包括：①嚴格控制母材和焊材有害制母材和焊材有害雜質硫、磷的含量;②焊縫中產生有5%左右鐵素體的雙相組織，打亂奧氏體柱狀晶的方向;③工藝上的措施：采用堿性焊條、小規范(小電流、快速焊)，防止產生熱裂紋。03.焊接接頭的鐵素體含量的控制奧氏體鋼焊縫金屬中鐵素體含量的多少，不僅關系到α(σ)相脆變的生成和熱強性，還直接影響著接頭的抗熱裂性。工件經受一定時間高溫加熱后，會析出σ脆性相，加熱時間越長，高溫停留時間越長，析出越多，將嚴重影響接頭的力學性能。從抗熱裂性出發，要求焊縫金屬內含有一定量的鐵素體，但從α相脆變和熱強性來考慮，要求鐵素體含量越低越好。因此，對于高溫強度要求較高的焊接接頭，必須嚴格控制鐵素體含量，在某些場合下，必須采用奧氏體的焊縫金屬。