奥氏体不锈钢的焊条选用

　　1、对不锈钢的认识：

　　●不锈钢的分类

　　◆不锈钢根据主要合金元素大致分为高铬型不锈钢和高铬镍型不锈钢。

　　◆高铬镍型不锈钢则包括奥氏体、奥氏体+铁素体型和沉淀硬化型不锈钢。

　　▼铁素体不锈钢：常见的以Cr13、Cr17为代表，在常温下具有铁素体组织，如0Cr13、0Cr13Al、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr25Ti。

　　◇Cr18-Ni8型，如0Cr18Ni9、0Cr17Ni12Mo2等；

　　◇Cr25-Ni20型，如0Cr25Ni20；

　　◇超级奥氏体型，如254SMo（20Cr-18Ni-6Mo）。

　　不锈钢的不锈性和耐蚀性是相对的和有条件的，目前还没有对任何腐蚀环境都具有耐蚀性的不锈钢，所以不锈钢的选用应根据具体的使用条件加以合理考虑。技术人员在进行材料代用时应注意。

　　◆通常在常温下的组织为纯奥氏体，也有一些为奥氏体+少量铁素体，这种少量铁素体有助于防止热裂纹。

　　◆经冷变形产生的加工硬化，可采用固溶处理便之软化。

　　（1）热裂纹。

　　◇尽量使焊缝金属呈双相组织，铁素体的含量控制在3-5%以下。因为铁素体能大量溶解有害的S、P杂质。

　　（2）晶间腐蚀：根据贫铬理论，焊缝和热影响区在加热到450-850℃敏化温度区时在晶界上析出碳化铬，造成贫铬的晶界，不足以抵抗腐蚀的程度。

　　◇采用低碳或超低碳的焊材，如A002等；采用含钛、铌等稳定化元素的焊条，如A137、A132等。

　　◇减少焊接熔池过热，选用较小的焊接电流和较快的焊接速度，加快冷却速度。

　　（3）应力腐蚀开裂：

　　●奥氏体不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂是焊接接头比较严重的失效形式，表现为无塑性变形的脆性破坏。

　　●影响应力腐蚀开裂的三要素：化学成分、拉应力、工作介质。

　　▲工作介质：主要是介质的浓度和温度的影响：

　　◇H2S介质的存在：H2S的浓度达到饱和状态；H2S水溶液的温度在室温附近开裂倾向最大。

　　②对于奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂：

　　◇NaOH介质的存在：OH-的浓度高于0.1%即发生SCC，40-42%的NaOH是最危险的浓度；最低发生应力腐蚀开裂的温度是115℃左右（对于40-42%的NaOH）。

　　▲接头拉应力：拉应力的存在是SCC的先决条件。压应力不会引起SCC。据调查，造成SCC的应力主要是残余应力，约占80%，其中由焊接引起的残余应力约占30%。

　　◇合理设计：①耐蚀材料的合理选择，实用上选用高Cr、Ni且含高Mo的奥氏体不锈钢是合理的，双相不锈钢具有最好的抗SCC性能，超级奥氏体不锈钢显示明显的耐应力腐蚀能力；②最大限度地减少应力集中和减少高应力区。

　　◇合理选择焊材：焊缝与母材应有良好的匹配，不产生任何不良组织，如晶粒粗化及硬脆马氏体等；

　　◇消除应力处理：焊后热处理，如焊后完全退火或退火；在难以实施热处理时采用焊后锤击或喷丸等。

　　对于奥氏体不锈钢焊接接头，在低温使用时，焊缝金属的塑韧性是关键问题。此时，焊缝组织中的铁素体的存在总是恶化低温韧性。

　　★防止措施：通过选用纯奥氏体焊材和调整焊接工艺获得单一的奥氏体焊缝。

　　●焊件在经受一定时间的高温加热后会在焊缝中析出一种脆性的相，导致整个接头脆化，塑性和韧性显著下降。

　　★防止措施：

　　◇采用小规范，以减小焊缝金属在高温下的停留时间；

　　3、奥氏体不锈钢的焊条选用要点：

　　（1）一般来说，焊条的选用可参照母材的材质，选用与母材成分相同或相近的焊条。如：A102对应0Cr19Ni9；A137对应1Cr18Ni9Ti。

　　（3）奥氏体不锈钢的焊缝金属应保证力学性能。可通过工艺评定验证

　　◆对Cr/Ni≥1的奥氏体耐热钢，如1Cr18Ni9Ti等，一般均采用奥氏体-铁素体不锈钢焊条，以焊缝金属中含2-5%铁素体为宜。铁素体含量过低时，焊缝金属抗裂性差；若过高，则在高温长期使用或热处理时易形成脆化相，造成裂纹。如A002、A102、A137。

　　◆对Cr/Ni＜1的稳定型奥氏体耐热钢，如Cr16Ni25Mo6等，一般应在保证焊缝金属具有与母材化学成分大致相近的同时，增加焊缝金属中Mo、W、Mn等元素的含量，使得在保证焊缝金属热强性的同时，提高焊缝的抗裂性。如采用A502、A507。

　　◆对于工作温度在300℃以上、有较强腐蚀性的介质，须采用含有Ti或Nb稳定化元素或超低碳不锈钢焊条。如A137或A002等。

　　◆对于在常温下工作，腐蚀性弱或仅为避免锈蚀污染的设备，方可采用不含Ti或Nb的不锈钢焊条。

　　（6）对于在低温条件下工作的奥氏体不锈钢，应保证焊接接头在使用温度的低温冲击韧性，故采用纯奥氏体焊条。如A402、A407。

　　（8）焊条药皮类型的选择：

　　◆只有在结构刚性很大或焊缝金属抗裂性较差（如某些马氏体铬不锈钢、纯奥氏体组织的铬镍不锈钢等）时，才考虑选用药皮代号为15的碱性药皮不锈钢焊条（如A107、A407等）。

　　（1）对国内外双相不锈钢的认识：

　　●组织和性能特点：

　　◇屈服强度可达400-550MPa，是普通不锈钢的2倍

　　◇具有良好的焊接性能：与奥氏体不锈钢相比，具有较低的热裂倾向；与铁素体不锈钢相比，具有较低的加热脆化倾向。

　　双相不锈钢的品种很多，最常用的有3种，即：

　　如已列入国家标准GB4237《双相不锈钢热轧钢板的00Cr18Ni5Mo3Si2（1805）；美国ASTMS31500（18Cr-5Ni-3Mo-N，抗拉强度下限630MPa）

　　如：美国ASTMS32304（23Cr-4Ni-Mo-Cu-N，抗拉强度下限600MPa）

　　如：美国ASTMS31803（22Cr-5Ni-3Mo-N，抗拉强度下限620MPa）

　　■如：已列入国家标准GB4237-92《双相不锈钢热轧钢板和GB13296-91的普通双相不锈钢有0Cr26Ni5Mo2；美国ASTMS31260（普通型，25Cr-6Ni-3Mo-Cu-N-W，抗拉强度下限690MPa）、ASTMS32750（超级型，25Cr-7Ni-4Mo-N，抗拉强度下限800MPa）。

　　◇具有良好的焊接性，热裂纹敏感性较小，当双相组织的比例适当时冷裂纹敏感性也较低。但在拘束度较大及焊缝金属含氢量较高时，由于双相组织中的铁素体作用，仍存在氢致裂纹的危险。

　　★各种类型双相钢的具体焊条选用：

　　☆Cr23无Mo型双相钢：选用Cr22-Ni9-Mo3型超低碳焊材（如AWSA5.4E2209和ER2209牌号）；也可选用奥氏体型不锈钢焊材，如A062（E309L-16）。

　　☆Cr25型：选用Cr25-Ni5-Mo3或Cr25-Ni5-Mo4型超低碳焊材，（如AWSA5.4E2553和ER2553牌号）；也可选用不含Nb的高Mo镍基焊材，如无Nb的NiCrMo-3型焊材。

　　●焊接线能量：Cr18型双相钢不大于15kJ/cm；Cr23无Mo型和Cr22型双相钢为10-25kJ/cm；Cr25型双相钢为10-15kJ/cm。

　　（3）双相不锈钢的焊接工艺要点：

　　钨极氩弧焊、手工电弧焊、熔化极钨极气体保护焊、埋弧焊均可均可。

　　◇为防止相和保证焊缝金属正常的奥氏体/铁素体相比例，焊接双相钢也同样要采用“超合金化”焊材，即高镍焊材。

　　◇当对焊缝金属的耐腐蚀性能有特殊要求时，还应采用超级双相钢成分的碱性焊条。

　　★国外最典型的超级奥氏体不锈钢是ASTMS31254（254SMo），公称成分20Cr-18Ni-6Mo，强度比316L高约50%。

　　◇化学成分介于普通奥氏体不锈钢与镍基合金之间，含有较高的Mo、N、Cu等合金化元素，以提高奥氏体组织的稳定性、耐腐蚀性，特别是提高抗Cl-的应力腐蚀开裂性能

　　◇冷加工硬化倾向较大，冷成形后有较大的反弹。所以加工时要有一定的成形留量。冷成形后不需热处理。

　　（3）焊接工艺要点：

　　●焊接材料：采用镍基焊材，如焊丝ASTMA5.14ERNiCrMo-3；焊条ASTMA5.11ENiCrMo-12。

　　●焊接线能量：控制。

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