奧氏體不銹鋼的焊條選用

奧氏體不銹鋼的焊條選用1、對(duì)不銹鋼的認(rèn)識(shí)：不銹鋼是指主加元素Cr高于12%，能使鋼處于鈍化狀態(tài)、又具有不銹鋼特性的鋼。不銹鋼實(shí)際是不銹鋼（耐大氣、水等弱腐蝕介質(zhì)）和耐酸鋼（耐酸、堿、鹽等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)）的總稱(chēng)。不銹鋼并不一定耐酸，而耐酸鋼一般具有良好的不銹性能。●不銹鋼的分類(lèi)◆不銹鋼根據(jù)其顯微組織分為鐵素體型、馬氏體型、奧氏體型、奧氏體+鐵素體型和沉淀硬化型不銹鋼?！舨讳P鋼根據(jù)主要合金元素大致分為高鉻型不銹鋼和高鉻鎳型不銹鋼。◆高鉻型不銹鋼包括馬氏體型不銹鋼和鐵素體不銹鋼兩大類(lèi)。◆高鉻鎳型不銹鋼則包括奧氏體、奧氏體+鐵素體型和沉淀硬化型不銹鋼。▼馬氏體不銹鋼：常見(jiàn)的以Cr13不銹鋼為代表，在常溫下具有馬氏體組織，如1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18MoV。▼鐵素體不銹鋼：常見(jiàn)的以Cr13、Cr17為代表，在常溫下具有鐵素體組織，如0Cr13、0Cr13Al、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr25Ti。▼奧氏體不銹鋼：大致分為：

Cr18-Ni8型，如0Cr18Ni9、0Cr17Ni12Mo2等；

Cr25-Ni13型，如0Cr23Ni13；

Cr25-Ni20型，如0Cr25Ni20；

Cr25-Ni35型，如4Cr25Ni35（國(guó)外鑄造不銹鋼）；

超級(jí)奧氏體型，如254SMo（20Cr-18Ni-6Mo）?！頒r18Ni9不銹鋼是基本的鉻鎳奧氏體不銹鋼?！镒⒁猓?/p>

不銹鋼的不銹性和耐蝕性是相對(duì)的和有條件的，目前還沒(méi)有對(duì)任何腐蝕環(huán)境都具有耐蝕性的不銹鋼，所以不銹鋼的選用應(yīng)根據(jù)具體的使用條件加以合理考慮。技術(shù)人員在進(jìn)行材料代用時(shí)應(yīng)注意?！駣W氏體不銹鋼的組織特點(diǎn)：◆通常在常溫下的組織為純奧氏體，也有一些為奧氏體+少量鐵素體，這種少量鐵素體有助于防止熱裂紋?！舨荒苡脽崽幚矸椒◤?qiáng)化。但具有顯著的冷加工硬化性，可通過(guò)冷變形方法提高強(qiáng)度?！艚?jīng)冷變形產(chǎn)生的加工硬化，可采用固溶處理便之軟化。2、奧氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)：（1）熱裂紋?！锓乐勾胧?/p>

盡量使焊縫金屬呈雙相組織，鐵素體的含量控制在3-5%以下。因?yàn)殍F素體能大量溶解有害的S、P雜質(zhì)。

盡量選用堿性藥皮的優(yōu)質(zhì)焊條，以限制焊縫金屬中S、P、C等的含量。（2）晶間腐蝕：根據(jù)貧鉻理論，焊縫和熱影響區(qū)在加熱到450-850℃敏化溫度區(qū)時(shí)在晶界上析出碳化鉻，造成貧鉻的晶界，不足以抵抗腐蝕的程度?！锓乐勾胧?/p>

采用低碳或超低碳的焊材，如A002等；采用含鈦、鈮等穩(wěn)定化元素的焊條，如A137、A132等。

由焊絲或焊條向焊縫熔入一定量的鐵素體形成元素，使焊縫金屬成為奧氏體+鐵素體的雙相組織，（鐵素體一般控制在4-12%）。

減少焊接熔池過(guò)熱，選用較小的焊接電流和較快的焊接速度，加快冷卻速度。

焊后穩(wěn)定化退火處理（對(duì)耐晶間腐蝕性能要求很高的焊件而言）：850℃/2-3h，空冷。

（3）應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂：●應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂——焊接接頭在特定腐蝕環(huán)境下受拉伸應(yīng)力作用時(shí)所產(chǎn)生的延遲開(kāi)裂現(xiàn)象?！駣W氏體不銹鋼焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是焊接接頭比較嚴(yán)重的失效形式，表現(xiàn)為無(wú)塑性變形的脆性破壞?！駪?yīng)力腐蝕開(kāi)裂的宏觀(guān)特征：裂紋從表面開(kāi)始向內(nèi)部擴(kuò)展，點(diǎn)蝕往往是裂紋的根源。斷口上常附有各種腐蝕產(chǎn)物及氧化現(xiàn)象?！裼绊憫?yīng)力腐蝕開(kāi)裂的三要素：化學(xué)成分、拉應(yīng)力、工作介質(zhì)。

▲化學(xué)成分：不同的材料本身對(duì)于應(yīng)力腐蝕敏感性有所不同?！ぷ鹘橘|(zhì)：主要是介質(zhì)的濃度和溫度的影響：①對(duì)于碳鋼及低合金鋼的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂：

H2S介質(zhì)的存在：H2S的濃度達(dá)到飽和狀態(tài)；H2S水溶液的溫度在室溫附近開(kāi)裂傾向最大。

NaOH介質(zhì)的存在：在超過(guò)5%NaOH的幾乎全部濃度范圍內(nèi)都可產(chǎn)生堿脆，而以30%NaOH附近最為危險(xiǎn)。堿脆的臨界溫度約為沸點(diǎn)，堿脆的最低溫度約為60℃。②對(duì)于奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂：

氯化物介質(zhì)的存在：幾乎只要有Cl-存在，即可發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂；溫度升高，應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂加速，在Cl-濃度少的稀溶液中，存在一個(gè)SCC敏感溫度范圍，一般在150-300℃。

NaOH介質(zhì)的存在：OH-的濃度高于0.1%即發(fā)生SCC，40-42%的NaOH是最危險(xiǎn)的濃度；最低發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的溫度是115℃左右（對(duì)于40-42%的NaOH）。

高溫高壓水介質(zhì)的存在：其中溶解的氧（O）濃度對(duì)不銹鋼應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向影響很大，且存在一敏感溫度范圍150-300℃，在300℃附近最易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂?！宇^拉應(yīng)力：拉應(yīng)力的存在是SCC的先決條件。壓應(yīng)力不會(huì)引起SCC。據(jù)調(diào)查，造成SCC的應(yīng)力主要是殘余應(yīng)力，約占80%，其中由焊接引起的殘余應(yīng)力約占30%?！飸?yīng)力腐蝕開(kāi)裂防止措施：

合理設(shè)計(jì)：①耐蝕材料的合理選擇，實(shí)用上選用高Cr、Ni且含高M(jìn)o的奧氏體不銹鋼是合理的，雙相不銹鋼具有最好的抗SCC性能，超級(jí)奧氏體不銹鋼顯示明顯的耐應(yīng)力腐蝕能力；②最大限度地減少應(yīng)力集中和減少高應(yīng)力區(qū)。

合理制定成形加工和組裝工藝，盡可能減小冷作變形度，避免強(qiáng)制組裝，防止組裝過(guò)程中造成各種傷痕（各種組裝傷痕及電弧灼痕都會(huì)成為SCC的裂源，易造成腐蝕坑）。

合理選擇焊材：焊縫與母材應(yīng)有良好的匹配，不產(chǎn)生任何不良組織，如晶粒粗化及硬脆馬氏體等；

采取合適的焊接工藝：保證焊縫成形良好，不產(chǎn)生任何應(yīng)力集中或點(diǎn)蝕的缺陷，如咬邊等；采取合理的焊接順序，降低焊接殘余應(yīng)力水平；

消除應(yīng)力處理：焊后熱處理，如焊后完全退火或退火；在難以實(shí)施熱處理時(shí)采用焊后錘擊或噴丸等。

生產(chǎn)管理措施：介質(zhì)中雜質(zhì)的控制，如液氨介質(zhì)中的O2、N2、H2O等；液化石油氣中的H2S；氯化物溶液中的O2、Fe3+、Cr6+等；防蝕處理：如涂層、襯里或陰極保護(hù)等；添加緩蝕劑。（4）焊縫金屬的低溫脆化：對(duì)于奧氏體不銹鋼焊接接頭，在低溫使用時(shí)，焊縫金屬的塑韌性是關(guān)鍵問(wèn)題。此時(shí)，焊縫組織中的鐵素體的存在總是惡化低溫韌性。★由此可知，除了單相奧氏體鋼，其他各類(lèi)不銹鋼均不適用于低溫條件?！锓乐勾胧和ㄟ^(guò)選用純奧氏體焊材和調(diào)整焊接工藝獲得單一的奧氏體焊縫。（5）焊接接頭的σ相脆化：

●焊件在經(jīng)受一定時(shí)間的高溫加熱后會(huì)在焊縫中析出一種脆性的σ相，導(dǎo)致整個(gè)接頭脆化，塑性和韌性顯著下降。

σ相的析出溫度范圍650-850℃。在高溫加熱過(guò)程中，σ相主要由鐵素體轉(zhuǎn)變而成。加熱時(shí)間越長(zhǎng)，σ相析出越多?！锓乐勾胧?/p>

限制焊縫金屬中的鐵素體含量（小于15%）；采用超合金化焊接材料，即高鎳焊材。

采用小規(guī)范，以減小焊縫金屬在高溫下的停留時(shí)間；

對(duì)已析出的σ相在條件允許時(shí)進(jìn)行固溶處理，使σ相溶入奧氏體。3、奧氏體不銹鋼的焊條選用要點(diǎn)：●不銹鋼主要用于耐腐蝕，但也用作耐熱鋼和低溫鋼。因此，在焊接不銹鋼時(shí)，焊條的性能必須與不銹鋼的用途相符。不銹鋼焊條必須根據(jù)母材和工作條件（包括工作溫度和接觸介質(zhì)等）來(lái)選用。（1）一般來(lái)說(shuō)，焊條的選用可參照母材的材質(zhì)，選用與母材成分相同或相近的焊條。如：A102對(duì)應(yīng)0Cr19Ni9；A137對(duì)應(yīng)1Cr18Ni9Ti。

（2）由于碳含量對(duì)不銹鋼的抗腐蝕性能有很大的影響，因此，一般選用熔敷金屬含碳量不高于母材的不銹鋼焊條。如316L必須選用A022焊條。

（3）奧氏體不銹鋼的焊縫金屬應(yīng)保證力學(xué)性能?？赏ㄟ^(guò)工藝評(píng)定驗(yàn)證（4）對(duì)于在高溫工作的耐熱不銹鋼（奧氏體耐熱鋼），所選用的焊條主要應(yīng)能滿(mǎn)足焊縫金屬的抗熱裂性能和焊接接頭的高溫性能。◆對(duì)Cr/Ni≥1的奧氏體耐熱鋼，如1Cr18Ni9Ti等，一般均采用奧氏體-鐵素體不銹鋼焊條，以焊縫金屬中含2-5%鐵素體為宜。鐵素體含量過(guò)低時(shí)，焊縫金屬抗裂性差；若過(guò)高，則在高溫長(zhǎng)期使用或熱處理時(shí)易形成σ脆化相，造成裂紋。如A002、A102、A137。在某些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，可能要求采用全奧氏體的焊縫金屬時(shí)，可采用比如A402、A407焊條等?！魧?duì)Cr/Ni＜1的穩(wěn)定型奧氏體耐熱鋼，如Cr16Ni25Mo6等，一般應(yīng)在保證焊縫金屬具有與母材化學(xué)成分大致相近的同時(shí)，增加焊縫金屬中Mo、W、Mn等元素的含量，使得在保證焊縫金屬熱強(qiáng)性的同時(shí)，提高焊縫的抗裂性。如采用A502、A507。

（5）對(duì)于在各種腐蝕介質(zhì)中工作的耐蝕不銹鋼，則應(yīng)按介質(zhì)和工作溫度來(lái)選擇焊條，并保證其耐腐蝕性能（做焊接接頭的腐蝕性能試驗(yàn)）?！魧?duì)于工作溫度在300℃以上、有較強(qiáng)腐蝕性的介質(zhì)，須采用含有Ti或Nb穩(wěn)定化元素或超低碳不銹鋼焊條。如A137或A002等?！魧?duì)于含有稀硫酸或鹽酸的介質(zhì)，常選用含Mo或含Mo和Cu的不銹鋼焊條如：A032、A052等?！魧?duì)于在常溫下工作，腐蝕性弱或僅為避免銹蝕污染的設(shè)備，方可采用不含Ti或Nb的不銹鋼焊條?！魹楸ＷC焊縫金屬的耐應(yīng)力腐蝕能力，采用超合金化的焊材，即焊縫金屬中的耐蝕合金元素（Cr、Mo、Ni等）含量高于母材。如采用00Cr18Ni12Mo2類(lèi)型的焊接材料（如A022）焊接00Cr19Ni10焊件。（6）對(duì)于在低溫條件下工作的奧氏體不銹鋼，應(yīng)保證焊接接頭在使用溫度的低溫沖擊韌性，故采用純奧氏體焊條。如A402、A407。（7）也可選用鎳基合金焊條。如采用Mo達(dá)9%的鎳基焊材焊接Mo6型超級(jí)奧氏體不銹鋼。

（8）焊條藥皮類(lèi)型的選擇：◆由于雙相奧氏體鋼焊縫金屬本身含有一定量的鐵素體，具有良好的塑性和韌性，從焊縫金屬抗裂性角度進(jìn)行比較，堿性藥皮與鈦鈣型藥皮焊條的差別不像碳鋼焊條那樣顯著。因此在實(shí)際應(yīng)用中，從焊接工藝性能方面著眼較多，大都采用藥皮類(lèi)型代號(hào)為17或16的焊條（如A102A、A102、A132等）?！糁挥性诮Y(jié)構(gòu)剛性很大或焊縫金屬抗裂性較差（如某些馬氏體鉻不銹鋼、純奧氏體組織的鉻鎳不銹鋼等）時(shí)，才考慮選用藥皮代號(hào)為15的堿性藥皮不銹鋼焊條（如A107、A407等）。

4、鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼的焊接：（1）對(duì)國(guó)內(nèi)外雙相不銹鋼的認(rèn)識(shí)：●用途：主要用于耐強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)（如氯離子含量較高）的石油化工、海水與廢水處理的設(shè)備、管道等場(chǎng)合?！窠M織和性能特點(diǎn)：

含有較高的鉻（18-28%）和較低的鎳（4-10%），室溫下的組織為奧氏體+鐵素體，通常鐵素體含量不低于50%。

屈服強(qiáng)度可達(dá)400-550MPa，是普通不銹鋼的2倍

同時(shí)具有奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的一些特性，韌性良好，強(qiáng)度較高，耐氯化物應(yīng)力腐蝕優(yōu)于普通不銹鋼。

具有良好的焊接性能：與奧氏體不銹鋼相比，具有較低的熱裂傾向；與鐵素體不銹鋼相比，具有較低的加熱脆化傾向。

●雙相不銹鋼的類(lèi)型：雙相不銹鋼的品種很多，最常用的有3種，即：

超低碳的18Cr-5Ni-3Mo型（也稱(chēng)Cr18型、1805型）：如已列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB4237《雙相不銹鋼熱軋鋼板》的00Cr18Ni5Mo3Si2（1805）；美國(guó)ASTMS31500（18Cr-5Ni-3Mo-N，抗拉強(qiáng)度下限630MPa）

23Cr-4Ni-Mo型（也稱(chēng)Cr23無(wú)Mo型、2305型）：

如：美國(guó)ASTMS32304（23Cr-4Ni-Mo-Cu-N，抗拉強(qiáng)度下限600MPa）

22Cr-5Ni-3Mo型（也稱(chēng)Cr22型、2205型）：如：美國(guó)ASTMS31803（22Cr-5Ni-3Mo-N，抗拉強(qiáng)度下限620MPa）

25Cr-7Ni-4Mo型（也稱(chēng)Cr25型、2507型）：分普通和超級(jí)兩種類(lèi)型。

■如：已列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB4237-92《雙相不銹鋼熱軋鋼板》和GB13296-91的普通雙相不銹鋼有0Cr26Ni5Mo2；美國(guó)ASTMS31260（普通型，25Cr-6Ni-3Mo-Cu-N-W，抗拉強(qiáng)度下限690MPa）、ASTMS32750（超級(jí)型，25Cr-7Ni-4Mo-N，抗拉強(qiáng)度下限800MPa）。（2）雙相不銹鋼的焊接特點(diǎn)：

具有良好的焊接性，熱裂紋敏感性較小，當(dāng)雙相組織的比例適當(dāng)時(shí)冷裂紋敏感性也較低。但在拘束度較大及焊縫金屬含氫量較高時(shí)，由于雙相組織中的鐵素體作用，仍存在氫致裂紋的危險(xiǎn)。

雙相鋼在300-500℃范圍內(nèi)存在時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，發(fā)生“475℃脆性”，所以雙相鋼的使用溫度常低于250℃?！锔鞣N類(lèi)型雙相鋼的具體焊條選用：

☆Cr18型雙相鋼：選用Cr22-Ni9-Mo3型超低碳焊材（如AWSA5.4E2209和ER2209牌號(hào)）；也可選用含Mo的奧氏體型不銹鋼焊材，如A022Si（E316L-16）、A042（E309MoL-16）?！頒r23無(wú)Mo型雙相鋼：選用Cr22-Ni9-Mo3型超低碳焊材（如AWSA5.4E2209和ER2209牌號(hào)）；也可選用奧氏體型不銹鋼焊材，如A062（E309L-16）?！頒r22型：選用Cr22-Ni9-Mo3型超低碳焊材（如AWSA5.4E2209和ER2209牌號(hào)）；也可選用含Mo的奧氏體型不銹鋼焊材，如A042（E309MoL-16）?！頒r25型：選用Cr25-Ni5-Mo3或Cr25-Ni5-Mo4型超低碳焊材，（如AWSA5.4E2553和ER2553牌號(hào)）；也可選用不含Nb的高M(jìn)o鎳基焊材，如無(wú)Nb的NiCrMo-3型焊材?！耦A(yù)熱：不需要。層間溫度不高于100℃。●焊接線(xiàn)能量：Cr18型雙相鋼不大于15kJ/cm；Cr23無(wú)Mo型和Cr22型雙相鋼為10-25kJ/cm；Cr25型雙相鋼為10-15kJ/cm?！窈负鬅崽幚恚翰恍枰＃?）雙相不銹鋼的焊接工藝要點(diǎn)：

●焊接方法：鎢極氬弧焊、手工電弧焊、熔化極鎢極氣體保護(hù)焊、埋弧焊均可均可?！窈附硬牧希?/p>

為防止σ相和保證焊縫金屬正常的奧氏體/鐵素體相比例，焊接雙相鋼也同樣要采用