氏体不锈钢焊接-缺陷分析及解决办法

第6期 2003年 6月 山西 焦 煤 科 技 Shanxi Coking Coal Science 8L Technology NO．6 Jun．2003 · 问题探讨 · 奥氏体不锈钢焊接的缺陷分析及解决办法 陈 炜① (山 西焦煤 集 团销 售 公 司) 摘 要 通过对奥 氏体 不锈 钢 焊接过程 中及焊后 焊接件 容 易产 生的主要缺 陷的分析 ，从 、 温度 、工艺等方 面进 行全方 位地 改进 ，保证焊 接件质 量达到 满意 的焊接 效 果 ，从 而提 高奥 氏体不锈 钢 焊接件 的使 用寿命 。 关键词 不锈钢 ；腐蚀 ；组 织；缺 陷 奥氏体型不锈钢的耐腐蚀、耐热性能特别优良， 常用 的典 型 不锈 钢 是 18—8铬镍 钢 ，此 类 钢在 GB3280— 92 中 共 有 5个 钢 号 ，即 0Crl8Ni9、 1Cr18Ni9、2Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti及 1Cr18Ni9Ti。 这类 钢具有 较好 的力学 性能 ，强 度、硬度均 很低 (HB140--170左右)，塑性和韧性都较好，工艺可焊 性也较好，便于进行机械加工、冲压和焊接。广泛用 于食品、石油、化工等各行业，如洗煤厂用的振动筛 筛板、离心机筛篮、马弗炉等。但在焊接过程中，如果 工艺处理不当，则会产生严重的接头晶间腐蚀 ，应力 腐蚀 ，出现 热裂纹 现象 。 奥氏体不锈钢中含约 18 的铬，其主要作用是 产生钝化，阻碍阳极反应。钢中含 9％的镍 ，其主要 作用是扩大奥氏体 区(A区)，降低钢 Ms(马氏体组 织转变温度线)点(降低至室温以下)，使钢在室温时 具有单相奥氏体组织。铬镍在奥氏体中的共同作用 则进一步改善了钢的耐蚀性。不锈钢含碳量很低 ，且 钢中加入 1 左右的 Ti，其 目的是抑制碳化物的形 成。以消除钢的晶间腐蚀倾向。所以在固溶条件下 使用不锈钢不会产生晶间腐蚀 。 但不锈钢在焊接时，最容易产生的问题就是晶 间腐蚀。其原因是当焊缝热影响区温度达到 450 C ～ 850 C区间时 ，原子活 动能力加强 ，超 过溶解度 的 碳原子将 向晶界扩散 ，并和铬结合成 cr 。C 等碳化 物 ，并沉 淀于 晶界 。而晶粒 内部 铬 的扩 散速 度相 当 慢 ，来不及补充晶界 ，致使靠 晶界的晶粒表层产生 “贫铬”现象 ，使晶界金属钝化作用大大下降，从而降 低了晶界的抗蚀能力 。在腐蚀介质作用下 ，最易引起 晶间腐蚀 。如何 防止 不锈钢的 晶间腐蚀 呢?下面从 材料和工艺方面加 以改进 。 1 通 过母 材和焊接材料调 整焊缝的化 学成 分 I)通过含碳量较低的不锈钢板做为焊接母体， 焊缝金属含碳量越高，碳和铬形成的碳化物的机率 越大，在晶界上产生的晶间腐蚀的倾向越大。因此 ， 为了降低碳含量，可选用含碳量≤0．08 的低碳不 锈钢 ，如 0Crl8Ni9或 00Crl8Ni9，但价格较昂贵； 2)选用含 Ti、Nb的不锈钢做为焊接母材 ，钢 材中加入合金成分 Ti起稳定剂的作用，Ti与 C的 亲合力强。因此，容易生成稳定的化合物，从而避免 了 C夺 Cr的现 象 ，以保 持钢 中有足够 的含铬量 。 f0Cr18Ni9Ti 。cm № 一{ Crl8Ni。Ti 【1Cr18Nil1Nb 3)单相奥氏体组织 比较容易形成晶问腐蚀。如 果焊缝金属中渗入适当的铁素体形成元素)，就会使 焊缝金属形成奥氏体一铁素体双相组织 。 单相奥氏体在不锈钢 中决定其 总体的耐蚀能 力，但单相奥氏体组织具有粗大树枝状晶粒特征，经 过敏化后出现的贫铬层能贯穿于晶粒之间而构成腐 蚀介质的集中通道 ，见图(1一a)，因而具有较大的腐 蚀倾 向。 在焊蕊中加入适量的 M0、Si等元素，可以在单 ① 作者简介；陈 炜 男 1968年出生 1991年毕业于山西矿业学院 工程师 太原 030053 维普资讯 http://www.cqvip.com ·28· 山 西 焦 煤 科 技 2003年第 6期 相奥氏体 A中形成铁素体 F组织，从而割断了奥氏 体粗大树枝状晶粒所构成的集中通道。如图 1一b， 降低了晶间腐蚀 。此外 ，铬在铁素体 F中的扩散速 度比较大，溶解度比较高 ，当奥氏体晶界形成碳化物 时，铬会从铁素体中较快扩散到晶界，防止了晶界贫 铬层 的形成 。 · 贫Cr层 (a) (b) 图 1 单相奥氏体金相图 实践，奥氏体不锈钢中单相奥 氏体相渗入 5 9／6左右的铁素体相 ，形成奥氏体和小量铁素体的双 相组织 ，可 以获得较好 的抗 晶间的腐蚀能力 。因此 ， 在采用埋弧自动焊焊接较重要的奥氏体不锈钢焊缝 时 ，可选用 0Crl8Ni9Si2焊丝 ，选用 以氟化 物为基础 的无氧或低氧焊剂 ，可 以达 到满意 的效 果 。 2 工艺 方面的措施 2．1 焊后采 用的 固溶化 处理 18—8型不 锈钢或其 焊缝金属 在温度 为 450 C ～ 850 C停 留时 间 愈 长 ，晶 间腐 蚀 愈 严 重 ，通 常把 450 C～850 C的温 度 区 间称 之敏 化 温度 (又称 危 险温度 区)。当 18—8型不锈钢材及其 焊接接头 ，热 影响区最高温度低于 600 C或高于 1000 C时 ，通常 不会 产生晶间腐蚀敏化现象 。 当加热温度低于 450 C或在敏化区停留时间很 短 ，碳 的扩 散 能力 弱 或来 不 及 析 出 ，不 会 形成 贫 铬 层 ，不 致造 成 晶间腐蚀 。焊 后将焊 接 件放 在炉 内加 热 ，加 热到 1050 C，保温 3O min，然后 水 冷 ，称 之 为 固溶处理，此时析出的碳化物不稳定，易发生分解和 重新溶人奥氏体 中，固溶处理后在定温下焊缝及热 影响区的组织即为单相奥氏体 。 固溶处 理 与 一 般碳 钢 和 合金 钢 的淬 火 处理 不 同 。固溶处 理对 18—8型不 锈钢来说 是最 有效 的软 化处理，处理后不锈钢的强度很低，而塑性很高。例 如 1Crl8Ni9Ti通 过 固溶 处理后 ，屈 服极 限 os≥2OO Mpa，延伸率 艿≥4O 9／6。 2．2 焊后 做 稳 定 化 处 理 稳定化 处理的 目的在于彻 底消 除晶间腐蚀 的倾 向。稳定 化处理的加热温度应 高于碳 化物 (Cr· Fe) 。C 完 全溶 解 的温度 而低于 碳化 钛完 全溶 解 的 温度 ，以使 (Cr·Fe) 。C 完 全溶解 而保 留部 分碳 化 钛，随后冷速要缓慢 ，以便使加热时溶于奥氏体中的 那一部 分碳 化钛在 冷却 时 充分 析 出，这样碳 就 几乎 全 部稳 定 于碳化 钛之 中 ，而使 (Cr·Fe) 。C 不 会再 析出，从而相对提高了固溶体的含铬量 ，增加其耐蚀 能力 。1Cr18Ni9Ti采用稳定化处理的工艺为：加热 温度 850 C～880 C，保 温 6 h，空冷或 随炉 冷 。 2．3 采 用适 当的焊接规 范，减 少热影响 区 奥氏体不锈钢的焊接规范是以在焊接熔池停留 时 间最 短为宗 旨。在保证焊接 质量 的前提下 ，宜采用 小 电流 ，快速 焊 和短弧 焊 ，以减 少热 影响 区 的范 围。 尤其 是厚度较 薄的不锈钢板 ，宜采用 直流反接法 ，以 减少熔池产 生过热现象 和烧 穿现象 。在焊 接材料 的 选择方 面 ，宜选 用超 低碳 或能造 成 双相组织 的焊条 或焊丝 。 3 奥 氏体焊 接件热 裂纹的产生及预 防 奥氏体不锈钢单相粗大 C枝状结晶极有利于杂 质的偏析，尤其在含有低溶点共晶元素较高时，容易 在粗大枝状结晶间形成低熔点共晶体的液态薄膜， 由于存在焊接拉应力 ，焊缝极易在高温时，沿低熔点 共晶体的液态薄膜处开裂而形成热裂纹 。 预防热裂 纹的主要措施 是严格控制焊接 缝中杂 质 的含量 ，同时可 在焊 缝金 属 中加入 少量 的易形 成 铁素体的元素如硅、钛、钼等，以形成双相组织 ，既可 以减少晶间腐蚀 的倾 向，又可以切断粗大奥氏体的 枝状结晶，细化晶粒 ，防止杂质的聚集和低熔共晶层 的形成 。 4 奥 氏体焊接件 应力腐蚀的产 生及预防 经过 焊接或冷 加工的 18—8型不 锈钢都会存在 残余应力 ，如不设法消除将会引起应力腐蚀 ，造成金 属机械性能下降，导致早期断裂。通常在焊接以前可 预制一个变形并在焊后锤击焊缝来松驰残余应力 ； 或者将碳钢焊接构件在 600 C上下进行整体退火处 理 (保温时间要长些)，将不锈 钢焊接构 件做高于 820 C热处理来消除焊接残余应力 。 收稿日期 2003—05—16 (下转第 39页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 2003年 第 6期 唐新 莲 ：小区给 水流量计算的探讨 ·39· 流量 叠加乘 以折减 系数 的方法 ，具体公 式：q f---- 0．2a√N +志Ⅳ +志。bn。q。。式中：k。一折减系数， k的取值 与 小 区的 规模 ，公 共建筑 用 水量 占总用水 量 的 比例 及区 内设施完善 程度均有关 系。建议 k。值 在 0．5～0．8范 围 内取值 ，特殊情 况 时取 1。小区规 模 小 ，公共 建筑 用水 量 比例 较 大时 ，则 采用 的 k-值 较大 ，直至 1；反之 ，则采用的 k-值较小 ，直至 0．5。 4 结 论 1)当小区有公共建筑时，可将公共建筑流量按 公式(3)进行计算 ，再根据工程具体情况乘以折减系 数 0．5～1后与住宅流量 迭加得小 区总流量 ； Discussion on Calculation 2)公式 (2)q 一 0．2a√N + kN 中 ，为保证 kN 项与其修正项的意义相符，当 Ⅳ > 0．04a ／k。 时 ，建议取消修正项 志Ⅳ 项 ； 3)当 N ~2500时 ，应按室 外给水流量公式 Q 一mnq k ／24×3600计算 ，小区临界范围的大小 ，可 通过联 立公式 (1)、(2)计算 出临界范 围的小 区人 数 或临界状态时的户数来决定。即： r— qg一 0．2a～ N g— kN ， Q 一 mnqdk^／24× 3600， N 一 Ⅳ。 收稿 日期 2003—02—24 M ethods of Supply W ater 一 一 一 Flow of Resident District Tang Xinlian Abstract Discusses the right calculation methods of supply water flow in design of resident district． Key words Resident district；Supply water flow；Calculation (上接 第 28页) 、 Analysis and Solving M ethods of Austenite Stainless Steel W elding Shortcom ing Chen wei Abstract Through analysing the main shortcoming often encountered during and after welding of Austenite stainless，by improving not only materials and tem perature but technological craft and SO on， reaches a satisfied quality effect and raise the economic life of Austenite stainless steel welding parts． Key words Stainless；Corrode；Organization；Shortcoming (上 接 第 30页 ) ． Discussion on the Developm ent of Small Conveyance System in Ximing Coal M ine Qiao Zhanming Abstract Introduces the application of efficient supplementary conveyance system in Ximing coal mine at present，puts forward the modernizaion developing direction of small conveyance system in future． Key words M ine conveyance；Small conveyance systym ；Development 维普资讯 http://www.cqvip.com