316不銹鋼管焊接性能綜述

在316不銹鋼管的應(yīng)用中對(duì)316不銹鋼管結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接和切割是不可避免的。由于316不銹鋼管本身所具有的特性，與普碳鋼相比316不銹鋼管的焊接及切割有著其特殊性，更易在其焊接接頭及熱影響區(qū)(HAZ)產(chǎn)生各種缺陷。焊接時(shí)要特別注意316不銹鋼管的物理性質(zhì)。例如奧氏體型316不銹鋼管的熱膨脹系數(shù)是低碳鋼和高鉻系316不銹鋼管的1.5倍；導(dǎo)熱系數(shù)約是低碳鋼的1/3，而高鉻系316不銹鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)約是低碳鋼的1/2；比電阻是低碳鋼的4倍以上，而高鉻系316不銹鋼管是低碳鋼的3倍。這些條件加上金屬的密度、表面張力、磁性等條件都對(duì)焊接條件產(chǎn)生影響。

　　馬氏體型316不銹鋼管一般以13%Cr鋼為代表。它進(jìn)行焊接時(shí)，由于熱影響區(qū)中被加熱到相變點(diǎn)以上的區(qū)域發(fā)生γ—α(M)相變，因此存在低溫脆性、低溫韌性惡化、伴隨硬化產(chǎn)生的延展性下降等問(wèn)題。因而對(duì)于一般馬氏體型316不銹鋼管焊接時(shí)需進(jìn)行預(yù)熱，但碳、氮含量低的和使用丁系焊接材料時(shí)可不需預(yù)熱。焊接熱影響區(qū)的組織通常又硬又脆。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，可通過(guò)進(jìn)行焊后熱處理使其韌性和延展性得到恢復(fù)。另外碳、氮含量最低的牌號(hào)，在焊接狀態(tài)下也有一定的韌性。

　　鐵素體型316不銹鋼管以18%Cr鋼為代表。在含碳量低的情況下有良好的焊接性能，焊接裂紋內(nèi)敏感性也較低。但由于被加熱至900℃以上的焊接熱影響區(qū)晶粒顯著變粗，使得在室溫下缺少延伸性和韌性，易發(fā)生低溫裂紋。也就是說(shuō)，一般來(lái)講鐵素體型316不銹鋼管有475℃脆化、700—800℃長(zhǎng)時(shí)間加熱下發(fā)生“相脆性、夾雜物和晶粒粗化引起的脆化、低溫脆化、碳化物析出引起耐蝕性下降以及高合金鋼中易發(fā)生的延遲裂紋等問(wèn)題。通常應(yīng)在焊接時(shí)進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理，并在具有良好韌性的溫度范圍進(jìn)行焊接。

　　奧氏體型316不銹鋼管以18%Cr—8%Ni鋼為代表。原則上不須進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理。一般具有良好的焊接性能。但其中鎳、鉬含量高的高合金316不銹鋼管進(jìn)行焊接時(shí)易產(chǎn)生高溫裂紋。另外還易發(fā)生σ相脆化，在鐵素體生成元素的作用下生成的鐵素體引起低溫脆化，以及耐蝕性下降和應(yīng)力腐蝕裂紋等缺陷。經(jīng)焊接后，焊接接頭的力學(xué)性能一般良好，但當(dāng)在熱影響區(qū)中的晶界上有鉻的碳化物時(shí)會(huì)極易生成貧鉻層，而貧鉻層的出現(xiàn)將在使用過(guò)程中易產(chǎn)生晶間腐蝕。為避免問(wèn)題的發(fā)生，應(yīng)采用低碳(C≤0.03%)的牌號(hào)或添加鈦、鈮的牌號(hào)。為防止焊接金屬的高溫裂紋，通常認(rèn)為控制奧氏體中的δ鐵素體肯定是有效的。一般提倡在室溫下含5%以上的δ鐵素體。對(duì)于以耐蝕性為主要用途的鋼，應(yīng)選用低碳和穩(wěn)定的鋼種，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮负鬅崽幚恚欢越Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度為主要用途的鋼，不應(yīng)進(jìn)行焊接后熱處理，以防止變形和由于析出碳化物和發(fā)生σ相脆化。

　　雙相316不銹鋼管的焊接裂紋敏感性較低。但在熱影響區(qū)內(nèi)鐵素體含量的增加會(huì)使晶間腐蝕敏感性提高，因此可造成耐蝕性降低及低溫韌性惡化等問(wèn)題。

　　對(duì)于沉淀硬化型316不銹鋼管有焊接熱影響區(qū)發(fā)生軟化等問(wèn)題。

　　綜上所述，316不銹鋼管的焊接性能主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　(1)高溫裂紋：在這里所說(shuō)的高溫裂紋是指與焊接有關(guān)的裂紋。高溫裂紋可大致分為凝固裂紋、顯微裂紋、HAZ(熱影響區(qū))的裂紋和再加熱裂紋等。

　　(2)低溫裂紋：在馬氏體型316不銹鋼管和部分具有馬氏體組織的鐵素體型316不銹鋼管中有時(shí)會(huì)發(fā)生低溫裂紋。由于其產(chǎn)生的主要原因是氫擴(kuò)散、焊接接頭的約束程度以及其中的硬化組織，所以解決方法主要是在焊接過(guò)程中減少氫的擴(kuò)散，適宜地進(jìn)行預(yù)熱和焊后熱處理以及減輕約束程度。

　　(3)焊接接頭的韌性：在奧氏體型316不銹鋼管中為減輕高溫裂紋敏感性，在成分設(shè)計(jì)上通常使其中殘存有5%—10%的鐵素體。但這些鐵素體的存在導(dǎo)致了低溫韌性的下降。在雙相316不銹鋼管進(jìn)行焊接時(shí)，焊接接頭區(qū)域的奧氏體量減少而對(duì)韌性產(chǎn)生影響。另外隨著其中鐵素體的增加，其韌性值有顯著下降的趨勢(shì)。

　　已證實(shí)高純鐵素體型316不銹鋼管的焊接接頭的韌性顯著下降的原因是由于混入碳、氮、氧的緣故。其中一些鋼的焊接接頭中的氧含量增加后生成了氧化物型夾雜，這些夾雜物成為裂紋發(fā)生源或裂紋傳播的途徑使得韌性下降。而有一些鋼則是由于在保護(hù)氣體中混入了空氣，其中的氮含量增加在基體解理面｛100｝面上產(chǎn)生板條狀Cr2N，基體變硬而使得韌性下降。

　　(4)σ相脆化：奧氏體型316不銹鋼管、鐵素體316不銹鋼管和雙相鋼易發(fā)生σ相脆化。由于組織中析出了百分之幾的α相，韌性顯著下降。“相一般是在600～900℃范圍內(nèi)析出，尤其在75℃左右最易析出。作為防止”相產(chǎn)生的預(yù)防型措施，奧氏體型316不銹鋼管中應(yīng)盡量減少鐵素體的含量。

　　(5)475℃脆化，在475℃附近(370—540℃)長(zhǎng)時(shí)間保溫時(shí)，使Fe—Cr合金分解為低鉻濃度的α固溶體和高鉻濃度的α’固溶體。當(dāng)α’固溶體中鉻濃度大于75%時(shí)形變由滑移變形轉(zhuǎn)變?yōu)閷\晶變形，從而發(fā)生475℃脆化。

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