胡秋月

（大慶技師學(xué)院，黑龍江 大慶163255）

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鉻鎳奧氏體不銹鋼的焊接質(zhì)量問題及對(duì)策

胡秋月

（大慶技師學(xué)院，黑龍江 大慶163255）

摘要：在我國(guó)工業(yè)技術(shù)發(fā)展水平較高的現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中鉻鎳奧氏體不銹鋼的應(yīng)用范圍十分廣泛，可以在能源、化工、航空等領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)這種材料的應(yīng)用。雖然鉻鎳奧氏體不銹鋼優(yōu)越的性能就是焊接性，但是在實(shí)際的生產(chǎn)制造過程中焊接時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些質(zhì)量缺陷，這些缺陷會(huì)影響鉻鎳奧氏體不銹鋼的應(yīng)用強(qiáng)度，將通過對(duì)焊接質(zhì)量缺陷問題進(jìn)行討論，尋找適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。

關(guān)鍵詞：鉻鎳奧氏體；不銹鋼；焊接；質(zhì)量

鉻鎳奧氏體不銹鋼（后文簡(jiǎn)稱奧氏體不銹鋼）又被稱為18-8型不銹鋼，這種稱呼主要來源于其中的鉻鎳含量分別為18%和8%.眾所周知不同的金屬元素加入到不銹鋼中能夠調(diào)節(jié)不銹鋼的物理性能，主要表現(xiàn)在加入了不同元素的奧氏體不銹鋼具有較強(qiáng)的耐腐蝕能力，相應(yīng)的力學(xué)性能和加工性能都有所提高，因此根據(jù)加入的不同合金元素還可以將奧氏體不銹鋼進(jìn)一步劃分為不同類型。本文針對(duì)鉻鎳奧氏體不銹鋼在焊接過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題進(jìn)行研究，以期探討的對(duì)策可以得到應(yīng)用，并提高焊接質(zhì)量。

1　現(xiàn)階段我國(guó)鉻鎳奧氏體不銹鋼焊接概述

鉻鎳奧氏體不銹鋼與其他低碳鋼等鋼材相比不僅具有較高的焊接性能，在抗腐蝕和力學(xué)強(qiáng)度以及加工性能方面都表現(xiàn)出卓越的成績(jī)。目前在工業(yè)生產(chǎn)中主要應(yīng)用在化工領(lǐng)域的設(shè)備制造和零部件加工方面，具有較為廣泛的應(yīng)用前景。但是在這種鉻鎳奧氏體不銹鋼材料進(jìn)行焊接的加工時(shí)，由于焊接工藝或材料的影響都會(huì)帶來焊接后的質(zhì)量問題，主要體現(xiàn)為出現(xiàn)熱裂紋、晶間或應(yīng)力腐蝕開裂以及焊接部分脆化，這些質(zhì)量問題都給鉻鎳奧氏體不銹鋼在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用帶來了阻礙。

2　鉻鎳奧氏體不銹鋼焊接時(shí)容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題

2.1熱裂紋的出現(xiàn)

在進(jìn)行鉻鎳奧氏體不銹鋼焊接時(shí)熱裂紋是最容易出現(xiàn)的一種質(zhì)量問題，這種裂紋主要形成橫向或縱向裂紋進(jìn)行擴(kuò)展，在某些情況下還會(huì)以火口裂紋和根部裂紋的形式出現(xiàn)，在多層焊接時(shí)表現(xiàn)為層間裂紋也屬于熱裂紋的范疇，含鎳量過高的鉻鎳奧氏體不銹鋼在焊接時(shí)容易出現(xiàn)這種熱裂紋。這種熱裂紋的出現(xiàn)可能是由于下述原因：

（1）在鉻鎳奧氏體不銹鋼生產(chǎn)時(shí)不同相之間的區(qū)間較大，引起結(jié)晶過程延長(zhǎng)，而單相奧氏體結(jié)晶方向性強(qiáng)，那么必然會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)的偏析情況發(fā)展。

（2）鉻鎳奧氏體不銹鋼的物性參數(shù)中導(dǎo)熱系數(shù)過小，對(duì)應(yīng)的線膨脹系數(shù)過大，那么在焊接過程中，在鉻鎳奧氏體不銹鋼材料焊接界面需要承受較大的內(nèi)應(yīng)力。

（3）前文所述在鉻鎳奧氏體不銹鋼中經(jīng)常加入不同的金屬元素，容易在其中形成低熔點(diǎn)共晶。

2.2晶間腐蝕的產(chǎn)生

這種焊接質(zhì)量問題主要指鉻鎳奧氏體不銹鋼材料內(nèi)部晶粒之間的腐蝕現(xiàn)象，這種現(xiàn)象一旦出現(xiàn)就會(huì)引起鉻鎳奧氏體不銹鋼強(qiáng)度失效，無法承受外界作用力，出現(xiàn)沿晶界斷裂的現(xiàn)象，是一種嚴(yán)重影響鉻鎳奧氏體不銹鋼使用的焊接質(zhì)量問題。

這種晶間腐蝕最可能產(chǎn)生的原因是當(dāng)焊接過程中，焊接溫度過高，導(dǎo)致整個(gè)焊縫位置及周邊區(qū)域溫度高于危險(xiǎn)溫度，一般在450～850℃之間，鉻原子體積較大，運(yùn)動(dòng)速度小，小于過飽和的碳的擴(kuò)散速度，那么在鉻鎳奧氏體不銹鋼的晶粒邊界就會(huì)出現(xiàn)鉻少碳多的情況，它們相結(jié)合形成的產(chǎn)物是Cr23C6，極大降低了鉻鎳奧氏體不銹鋼的耐腐蝕能力［1］。

2.3應(yīng)力腐蝕開裂的產(chǎn)生

不同的金屬在使用過程中都需要面對(duì)應(yīng)力載荷，對(duì)于使用環(huán)境比較特殊的材料還需要面對(duì)腐蝕的作用，尤其是化工生產(chǎn)過程中，很多化工原料都具有腐蝕性，因此對(duì)于長(zhǎng)期應(yīng)用于化工設(shè)備中的鉻鎳奧氏體不銹鋼就需要面對(duì)應(yīng)力和腐蝕兩種破壞。實(shí)際上現(xiàn)有的不銹鋼材料都存在一定的應(yīng)力腐蝕，但是實(shí)際上應(yīng)力腐蝕的程度還受到腐蝕介質(zhì)與材料組分的影響［2］。對(duì)于容易導(dǎo)致鉻鎳奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕的腐蝕介質(zhì)有含有氯離子的介質(zhì)，以及其他的一些硫酸、硝酸、堿類等。

分析這種應(yīng)力腐蝕開裂的原因應(yīng)該從應(yīng)力腐蝕本身入手，考慮這種焊接結(jié)構(gòu)最后應(yīng)用于具有一定腐蝕介質(zhì)存在的環(huán)境中，受到了拉伸應(yīng)力的加載，導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)裂紋。而且這種裂紋會(huì)產(chǎn)生鉻鎳奧氏體不銹鋼結(jié)構(gòu)的永久性失效。

2.4脆化

針對(duì)鉻鎳奧氏體不銹鋼產(chǎn)生的脆化是指在焊接時(shí)的高溫條件下沖擊韌度非正常下降的情況，這種質(zhì)量問題在焊接時(shí)出現(xiàn)。

分析在鉻鎳奧氏體不銹鋼的脆化原因主要有是材料主體的晶體組織中含有較多鐵素體的相，一般會(huì)高達(dá)15%～20%以上，這樣的雙相焊縫組織在焊接的高溫加熱下，一般加熱溫度達(dá)到350℃～500℃，其塑韌性參數(shù)急劇下降，這種情況在475℃時(shí)最為明顯，因此將這個(gè)溫度定義為475℃脆化。由于鉻鎳奧氏體不銹鋼的焊接接頭部分其塑韌性是影響使用最為關(guān)鍵的因素。含有的鐵元素越多，這種脆化現(xiàn)象越明顯。

3　對(duì)鉻鎳奧氏體不銹鋼焊接過程中的質(zhì)量問題預(yù)防措施

針對(duì)不同的焊接質(zhì)量問題需要采取不同的措施才能夠達(dá)到良好的預(yù)防效果：

（1）預(yù)防熱裂紋的有效措施

可以通過以下幾種方法防止熱裂紋出現(xiàn)：

第一種，可以選用雙相組織焊縫來實(shí)現(xiàn)，在焊接工藝中選取鉻鎳奧氏體和鐵素體這兩種相組織進(jìn)行焊縫的焊接，其中鐵素體部分的含量應(yīng)該嚴(yán)格予以控制，不能超過3%～5%，鐵素體可以細(xì)化鉻鎳奧氏體不銹鋼的晶粒。鐵素體在焊接過程中能夠溶解更多雜質(zhì)，減少了鉻鎳奧氏體不銹鋼在焊接過程中的偏析情況［3］。

第二種，通過焊接工藝的改進(jìn)防止熱裂紋，在焊接的時(shí)候應(yīng)該選用堿性焊條，焊條的質(zhì)量應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，選用小線能量的焊條進(jìn)行焊接。在焊接過程中應(yīng)該選用小電流進(jìn)行快速焊接，保持焊條穩(wěn)定，在焊接結(jié)束時(shí)盡量將焊坑填滿，這種措施可以減小焊接應(yīng)力或者焊坑斷裂［4］。

第三種，嚴(yán)格控制焊縫中的化學(xué)成分，減少低熔點(diǎn)共晶的情況。

（2）預(yù)防晶間腐蝕的有效措施

第一種，控制焊接時(shí)的含碳量，利用含碳量較低的焊接材料，可以選擇A002等。

第二種，在焊接材料中增加穩(wěn)定劑，主要通過在鉻鎳奧氏體不銹鋼和焊接中添加一些穩(wěn)定劑，能夠與鋼材中的碳元素組合形成更加穩(wěn)定的化合物，防止出現(xiàn)鉻少碳多的情況。

第三種，采用雙向組織焊接工藝，這種方法與防熱裂紋的預(yù)防措施，防止出現(xiàn)金屬鉻在鉻鎳奧氏體不銹鋼中的偏析。但是對(duì)于鐵素體的含量的控制必須注意，同時(shí)防止脆化的情況。

第四種，措施是對(duì)焊縫進(jìn)行快速冷卻，由于在鉻鎳奧氏體不銹鋼中不存在淬硬情況，因此可以利用這種現(xiàn)象對(duì)焊接的焊縫進(jìn)行快速冷卻，主要選擇兩個(gè)方面冷卻，一方面是對(duì)焊縫位置放置一個(gè)銅墊板或者澆水冷卻，另一方面可以將焊接的電流調(diào)小，增加焊接速度，縮短焊弧或者多道焊縫的工藝。

第五種，是通過采取固溶或均勻化處理的方式，可以把焊縫加熱到較高溫度，一般是1 050℃～1 100℃之間，將碳化物重新溶解，再快速冷卻，這樣就能夠形成較為穩(wěn)定的鉻鎳奧氏體不銹鋼晶體組織。或者通過對(duì)焊縫加熱到850℃～900℃，再通過保溫使溫度均勻，這樣就能夠推動(dòng)鉻鎳奧氏體不銹鋼內(nèi)的晶體中鉻晶體擴(kuò)散到晶界面，就能夠從根本防止晶間腐蝕［5］。

（3）預(yù)防應(yīng)力腐蝕開裂的有效措施

第一種，制定合理的工藝，防止冷操作時(shí)的變形，也應(yīng)該防止出現(xiàn)強(qiáng)制組裝，避免出現(xiàn)各種結(jié)構(gòu)傷害等，這些由于組裝而產(chǎn)生的痕跡會(huì)導(dǎo)致使用時(shí)腐蝕坑的出現(xiàn)。

第二種，選擇合適的焊接材料，焊縫和不同的不銹鋼材料之間有一定的匹配選擇，那么就應(yīng)該針對(duì)不同鉻鎳奧氏體不銹鋼成分選擇不同的焊縫材料。避免出現(xiàn)焊接裂縫。

第三種，在選擇焊接工藝時(shí)進(jìn)行比較，為了保證焊接過程中焊縫不會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的應(yīng)力點(diǎn)不均勻，形成一個(gè)良好的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的焊縫。焊接時(shí)避免產(chǎn)生焊接的殘余應(yīng)力。

第四種，是進(jìn)行消除應(yīng)力的焊接后處理工作，焊接完成后，可以進(jìn)行熱處理，對(duì)于不能熱處理的部分可以對(duì)其進(jìn)行錘擊或者噴丸［6］。

第五種，是在生產(chǎn)應(yīng)用過程中控制化工原料中存在的腐蝕性組分，保護(hù)鉻鎳奧氏體不銹鋼焊縫。

（4）預(yù)防脆化的有效措施

為了能夠防止焊接脆化可以嚴(yán)格控制鐵素體的含量，對(duì)于已經(jīng)產(chǎn)生脆化的焊縫再次進(jìn)行淬火消除的處理。于此同時(shí)還應(yīng)該考慮鉻鎳奧氏體不銹鋼在高溫條件下使用，在沿熔合線外晶粒位置也會(huì)容易產(chǎn)生脆化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象產(chǎn)生可以通過在鉻鎳奧氏體不銹鋼加入鉬元素來提高材料的防脆化能力。

4　結(jié)束語(yǔ)

通過本文的分析可以看出，鉻鎳奧氏體不銹鋼是一種具有較高應(yīng)用價(jià)值的不銹鋼材料，具有良好的機(jī)械加工性能和抗腐蝕能力，在不同行業(yè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，為了避免鉻鎳奧氏體不銹鋼在焊接過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題影響其工程應(yīng)用，針對(duì)焊接中產(chǎn)生的熱裂紋、晶間或應(yīng)力腐蝕開裂以及焊接部分脆化的質(zhì)量問題，采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，避免這種焊接問題的產(chǎn)生，使焊接能夠獲得最佳效果。

參考文獻(xiàn)：

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Welding Quality Problems and Countermeasures of Chromium Nickel Austenitic Stainless Steel

HU Qiu-yue
（Daqing Technician College，Heilongjiang Daqing 163255，China）

Abstract：In a wide range of application scope of austenitic chromium nickel stainless steel industrial technology in China to a higher level of development of modern industrial production，can be found the application of this material in the field of energy，chemical industry，aviation and so on.Although austenitic chromium nickel stainless steel superior performance is welding，but in the actual manufacturing process in welding will appear some quality defects，these defects will influence austenitic chromium nickel stainless steel using the strength，through the welding quality defects are discussed，finding appropriate solutions.

Key words：chromium nickel austenite；stainless steel；welding；quality

中圖分類號(hào)：TG441.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-545X（2016）03-0109-02

收稿日期：2015-12-22

作者簡(jiǎn)介：胡秋月（1987-），女，黑龍江大慶人，本科，助理講師，研究方向：焊接。