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中厚板奥氏体不锈钢焊接性分析及焊接工艺要点
发布者:不锈钢管厂(pmmianshi.com) 发布时间:2020/9/17 阅读:113

关于厚板世界各国没有统一的规定,我国根据板厚不同将厚板分为中厚板、厚板和特厚板。中厚不锈钢板厚度为4~20mm,厚不锈钢板厚度为20~60mm,厚度大于60mm的不锈钢板统一称为特厚不锈钢板。奥氏体不锈钢具有稳定的面心立方结构,焊态下焊接接头拥有良好的塑性和韧性,故奥氏体不锈钢相对于铁素体和双相不锈钢更有利于焊接。但随着板厚的增加,特别是中厚板,一次成型焊缝成型的难度也相应增加,而且焊接质量难以保证,同时奥氏体不锈钢焊接也面临着以下问题:

 

 一、焊接接头耐蚀性

 

 晶间腐蚀是焊接接头耐蚀性分析的一个重要方面。当焊接接头处在敏化温度区间(450℃~850℃),原子活动能力增强,晶格的不完整性使晶界处的铬与扩散的碳形成不稳定的含碳化合物(铁,铬)。在敏化温度区间内,铬原子的扩散速度远远大于碳原子,晶界处的铬原子得不到及时补充形成“贫铬区”。“贫铬区”与“富铬区”

 

 形成原电池造成奥氏体不锈钢的晶间腐蚀。晶间腐蚀受多种因素影响,从化学成分上分析,铬和碳是导致奥氏体不锈钢敏化的关键元素,铬含量的增加有利于维持晶界处铬的平衡,对提高耐蚀性是有益的,碳含量的增加会促进生成含碳化合物,使晶间腐蚀倾向增大。镍能降低碳在奥氏体中的溶解度促进晶间腐蚀的形成,钛、与碳的结合能力大于铬,有效避免“贫铬”,减少晶间腐蚀的形成。从组织上分析,单一的奥氏体组织抗晶间腐蚀能力差,当奥氏体组织中含适量的铁素体对晶间腐蚀的抵抗能力大大增强,这是因为奥氏体铬的含量远远小于铁素体,焊接过程中铁素体中的铬会及时析出,有效避免了晶界处“贫铬现象”的发生,同时铁素体的分布隔断了晶界处连续网状的含碳化合物析出,有利于提高耐晶间腐蚀能力。当奥氏体不锈钢焊接接头长时间服役在敏化温度区间,会带来晶间腐蚀。

 

 点蚀是指奥氏体不锈钢焊接接头表面在氯化物介质中形成小孔腐蚀坑,其特点是隐蔽性强、危险性大。部分合金元素如铬、锰能提高材料表面的耐点蚀性;焊接接头组织中σ相、δ铁素体等会影响焊接接头的耐点蚀性;材料表面越光滑耐点蚀性越好,但是在氯化物介质中,点蚀容易萌生。

 

 应力腐蚀是指材料在腐蚀介质中受到外力作用导致开裂,奥氏体不锈钢焊接接头在氯化物介质中容易发生应力腐蚀开裂,合金元素镍、硅、碳等含量的增加能有效抑制应力腐蚀开裂。焊接接头服役温度越高,承受外力越大,越容易发生应力腐蚀开裂。

 

二、焊缝热裂纹

 

 奥氏体不锈钢焊接时,焊缝及热影响区都有可能产生裂纹,常见的焊缝凝固裂纹、热影响近缝区液化裂纹,中厚板及厚板也可能出现焊道下裂纹。与一般钢材相比,铬镍系奥氏体不锈钢焊接容易发生热裂倾向,主要原因如下:奥氏体不锈钢热导率小、线膨胀系数大,冷却过程中焊接接头受较大拉应力容易产生热裂纹。奥氏体不锈钢焊缝易联生结晶生成方向性强的柱状晶,促进杂质偏析形成晶间液膜,易生成凝固裂纹。

 

 相关文献记载,4%~12%左右的铁素体打乱奥氏体柱状晶方向,细化组织,防止部分元素的偏析和形成低熔点共晶,过多铁素体会影响奥氏体不锈钢的低温韧性。

 

三、焊缝脆化

 

 奥氏体不锈钢的脆化包括焊缝低温脆化和σ相脆化,18-8钢焊缝组织尽量避免生成大量的δ相,δ相容易恶化低温韧性。焊缝中常见的δ相有球状、蠕虫状、板条状,蠕虫状易造成脆性断口但是对抗热裂纹有利。板条状δ相能提高焊接接头的低温韧性,能达到常温数值的80%。σ相脆硬无磁性,成分有变,晶体结构复杂,σ相的析出使焊缝韧性降低,硬度升高,增加焊接接头的腐蚀敏感性。铁素体转变成奥氏体或奥氏体转变成铁素体过程中均可能析出σ相。提高碳含量可大大减少σ相的析出,碳在σ相中的溶解度小,如果碳以碳化钛和碳化锐的形式稳定析出,那么碳对σ相析出的影响基本消失,长期高温服役,合金元素较复杂的焊接接头应注意。相脆化。

 

 
 

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