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中厚板奧氏體不銹鋼焊接性分析及焊接工藝要點
發布者:不銹鋼管廠(www.468501.buzz) 發布時間:2020/9/17 閱讀:208

關于厚板世界各國沒有統一的規定,我國根據板厚不同將厚板分為中厚板、厚板和特厚板。中厚不銹鋼板厚度為4~20mm,厚不銹鋼板厚度為20~60mm,厚度大于60mm的不銹鋼板統一稱為特厚不銹鋼板。奧氏體不銹鋼具有穩定的面心立方結構,焊態下焊接接頭擁有良好的塑性和韌性,故奧氏體不銹鋼相對于鐵素體和雙相不銹鋼更有利于焊接。但隨著板厚的增加,特別是中厚板,一次成型焊縫成型的難度也相應增加,而且焊接質量難以保證,同時奧氏體不銹鋼焊接也面臨著以下問題:

 

 一、焊接接頭耐蝕性

 

 晶間腐蝕是焊接接頭耐蝕性分析的一個重要方面。當焊接接頭處在敏化溫度區間(450℃~850℃),原子活動能力增強,晶格的不完整性使晶界處的鉻與擴散的碳形成不穩定的含碳化合物(鐵,鉻)。在敏化溫度區間內,鉻原子的擴散速度遠遠大于碳原子,晶界處的鉻原子得不到及時補充形成“貧鉻區”。“貧鉻區”與“富鉻區”

 

 形成原電池造成奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕。晶間腐蝕受多種因素影響,從化學成分上分析,鉻和碳是導致奧氏體不銹鋼敏化的關鍵元素,鉻含量的增加有利于維持晶界處鉻的平衡,對提高耐蝕性是有益的,碳含量的增加會促進生成含碳化合物,使晶間腐蝕傾向增大。鎳能降低碳在奧氏體中的溶解度促進晶間腐蝕的形成,鈦、與碳的結合能力大于鉻,有效避免“貧鉻”,減少晶間腐蝕的形成。從組織上分析,單一的奧氏體組織抗晶間腐蝕能力差,當奧氏體組織中含適量的鐵素體對晶間腐蝕的抵抗能力大大增強,這是因為奧氏體鉻的含量遠遠小于鐵素體,焊接過程中鐵素體中的鉻會及時析出,有效避免了晶界處“貧鉻現象”的發生,同時鐵素體的分布隔斷了晶界處連續網狀的含碳化合物析出,有利于提高耐晶間腐蝕能力。當奧氏體不銹鋼焊接接頭長時間服役在敏化溫度區間,會帶來晶間腐蝕。

 

 點蝕是指奧氏體不銹鋼焊接接頭表面在氯化物介質中形成小孔腐蝕坑,其特點是隱蔽性強、危險性大。部分合金元素如鉻、錳能提高材料表面的耐點蝕性;焊接接頭組織中σ相、δ鐵素體等會影響焊接接頭的耐點蝕性;材料表面越光滑耐點蝕性越好,但是在氯化物介質中,點蝕容易萌生。

 

 應力腐蝕是指材料在腐蝕介質中受到外力作用導致開裂,奧氏體不銹鋼焊接接頭在氯化物介質中容易發生應力腐蝕開裂,合金元素鎳、硅、碳等含量的增加能有效抑制應力腐蝕開裂。焊接接頭服役溫度越高,承受外力越大,越容易發生應力腐蝕開裂。

 

二、焊縫熱裂紋

 

 奧氏體不銹鋼焊接時,焊縫及熱影響區都有可能產生裂紋,常見的焊縫凝固裂紋、熱影響近縫區液化裂紋,中厚板及厚板也可能出現焊道下裂紋。與一般鋼材相比,鉻鎳系奧氏體不銹鋼焊接容易發生熱裂傾向,主要原因如下:奧氏體不銹鋼熱導率小、線膨脹系數大,冷卻過程中焊接接頭受較大拉應力容易產生熱裂紋。奧氏體不銹鋼焊縫易聯生結晶生成方向性強的柱狀晶,促進雜質偏析形成晶間液膜,易生成凝固裂紋。

 

 相關文獻記載,4%~12%左右的鐵素體打亂奧氏體柱狀晶方向,細化組織,防止部分元素的偏析和形成低熔點共晶,過多鐵素體會影響奧氏體不銹鋼的低溫韌性。

 

三、焊縫脆化

 

 奧氏體不銹鋼的脆化包括焊縫低溫脆化和σ相脆化,18-8鋼焊縫組織盡量避免生成大量的δ相,δ相容易惡化低溫韌性。焊縫中常見的δ相有球狀、蠕蟲狀、板條狀,蠕蟲狀易造成脆性斷口但是對抗熱裂紋有利。板條狀δ相能提高焊接接頭的低溫韌性,能達到常溫數值的80%。σ相脆硬無磁性,成分有變,晶體結構復雜,σ相的析出使焊縫韌性降低,硬度升高,增加焊接接頭的腐蝕敏感性。鐵素體轉變成奧氏體或奧氏體轉變成鐵素體過程中均可能析出σ相。提高碳含量可大大減少σ相的析出,碳在σ相中的溶解度小,如果碳以碳化鈦和碳化銳的形式穩定析出,那么碳對σ相析出的影響基本消失,長期高溫服役,合金元素較復雜的焊接接頭應注意。相脆化。

 

 
 

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