奥氏体不锈钢焊管的焊接特点

1913年德国最先生产出了奥氏体不锈钢焊管，其在不锈钢焊管中的生产量和使用量相当大，大概占不锈钢焊管总产量及用量的2/3，在整个不锈钢焊管家族中发挥着非常重要的作用。18-8钢是铬镍奥氏体钢最典型、最基本的钢种，也是我们应用比较多的钢种，此种钢是18%Cr与9%Ni配合获得的单相奥氏体不锈钢焊管，在其基础上再添加Cr，Ni含量，能提高钢的钝化性能，进一步提高钢的耐蚀性能；向钢中添加Ti，Nb是为了消除晶间腐蚀，加Mo、Cu是为了提高钢耐酸以及提高抗点蚀能力，由于其在高温和低温下均具有优良的塑韧性、冷热加工性能以及耐腐蚀性能，因而其被广泛地应用在各行各业中。但是，奥氏体不锈钢焊管在焊接过程中会产生一些问题，我们必须加以注意，此种钢在焊接时可能出现的问题包括：焊接接头的晶间腐蚀、产生焊接热裂纹、焊接接头的σ相脆化、焊缝金属的低温脆化、焊接接头应力腐蚀开裂。

（1）焊接接头的晶间腐蚀问题

根据贫铬理论，焊缝和热影响区在加热到450~850℃敏化温度区间时，在晶界上会析出Cr23C6，造成晶界贫铬，不足以抵抗腐蚀的程度，从而引起晶间腐蚀；晶间腐蚀是产生在晶粒之间的一种腐蚀形式，它可以分别产生在热影响区、焊缝或熔合线上。

为了消除焊接接头的品间腐蚀问题，在选择焊接材料的时候要严格控制碳的含量，尽量减少碳元素的引入；通过在钢材和焊接材料中加入与碳结合能力比铬强的元素来抑制Cr23C6的形成，常用的有Ti，Nb等稳定化元素；在实际生产中，奥氏体加铁素体双相组织的存在可以增加焊缝抵抗晶间腐蚀的能力，通过焊接材料向焊缝中加入铁素体形成元素可以实现这一点：焊接加热温度高，加热时间长，会使晶粒粗化，增大晶间腐蚀的倾向，对此必须合理地进行控制：焊后进行固溶处理，可以使焊接接头得到稳定的奥氏体组织，减小晶间腐蚀产生的可能。

（2）焊接热裂纹的敏感性高

奥氏体不锈钢焊管产生热裂纹的主要原因是：其合金元素含量多，不仅s、P等杂质与Fe易形成低熔点的共品，合金元素之间或与杂质间作用也可形成低熔点

化合物和共晶，焊缝中的树枝晶方向性强，有利于这些低熔点物质的聚集。另外，奥氏体不锈钢焊管导热系数小，大约只有碳钢的三分之一，而线膨胀系数却比较大，所以焊后在接头中会产生很大的内应力，这也加剧了焊接热裂纹产生的可能性。

焊接热裂纹的危害性极大，为了安全生产，我们必须加以控制。据专家分析，当焊缝组织为奥氏体加铁素体的双相组织，并且铁素体的含量占焊缝金属的5%左右时，在奥氏体基体中呈树枝状或蠕虫状分布的铁素体会打乱奥氏体柱状晶的方向，降低低熔点共晶物聚集的可能：严格控制焊接材料的有害杂质含量，规范焊接操作，使用碱性焊条，采用小电流、快速焊的焊接工艺来降低焊接热输入，做好焊接保护措施，减少焊缝中s.P的含量，防止热裂纹的产生。

（3）焊接接头的脆化

焊接接头的脆化有两种情况：高温脆化和低温脆化。

我们常见的焊接接头高温脆化主要是σ相脆化。σ相是一种脆性相，它会在焊接接头经过一定时间高温加热以后在焊缝中析出。此种有害相的析出会引起整个接头发生脆化，显著降低了焊接接头的塑性和韧性。σ相的析出温度范围650~850℃，在高温加热过程中，σ相主要由铁素体转变而成，加热时间越长， 相析出越多。

焊缝中析出的σ相是我们不愿看到的，它的出现使得焊接接头的力学性能显著下降。在制定焊接工艺时，尽量采用小电流、快速焊，避免焊缝金属在高温下长时间停留；通过合理的焊接材料选择，减少铁素体在焊缝金属中的含量；在条件允许的范围内，对焊接接头进行固溶处理，使焊缝中析出的σ相溶入奥氏体中，σ相如果形成，也可以在1050~1100℃范围内进行加热，并保温1小时，通过水冷的方法去除。

奥氏体不锈钢焊管焊接接头的使用寿命取决于焊缝金属的塑韧性好坏。在低温环境下，焊缝金属的塑韧性会明显变坏，一定含量的铁素体会使这种变化更加明显，进一步恶化焊接接头的使用性能，导致焊接接头发生低温脆化。获得单一的奥氏体焊缝组织可以在一定程度上避免低温脆化现象的发生。

（4）焊接接头应力腐蚀开裂

应力腐蚀开裂是金属或合金在应力和特定腐蚀介质的共同作用下发生的延退开裂现象。奥氏体不锈钢焊管应力腐蚀的原因主要是介质中存在引起腐蚀的成分和拉应力，二者缺一不可115]，奥氏体不锈钢焊管与其他钢种相比虽然具有较好的耐腐蚀性能，但其对CI，s2以及OH等离子也很敏感，这些离子很容易在裂纹尖端聚集，当不锈钢焊管焊接接头承受外力发生变形时会增加接头内部的应力，最终导致应力腐蚀开裂的发生。

应力腐蚀开裂是一种延迟的破坏形式，它如果在焊接接头使用过程中出现，会造成意想不到的后果。在进行焊接接头焊接时，应该采用合理的焊接工艺，尽量避免出现点蚀和应力集中，焊后的热处理可以降低焊接接头内部的残余应力，降低应力腐蚀开裂发生的可能。选择合适的焊接材料对母材进行焊接，焊接时尽量控制焊缝的晶粒大小和组织，避免晶粒粗大和硬脆马氏体组织的出现。