固態金屬及合金都是晶體，其內部原子是按一定規律排列的，排列的方式一般有三種即：體心立方晶格結構、面心立方晶格結構和密排六方晶格結構。金屬是由多晶體組成的，它的多晶體結構是在金屬結晶過程中形成的。如果碳原子擠到鐵的晶格中去，而又不破壞鐵所具有的晶格結構，這樣的物質稱為固溶體。碳溶解到α——鐵中形成的固溶體稱鐵素體，它的溶碳能力極低，最大溶解度不超過0.02%。而碳溶解到Υ——鐵中形成的固溶體則稱奧氏體。奧氏體焊條，顧名思義，利用奧氏體技術製作的焊條。
基本介紹
- 中文名：奧氏體焊條
- 技術革新：新型低鉻奧氏體鋼焊條
- 要點：不鏽鋼主要用於耐腐蝕
- 焊接特點：容易出現熱裂紋
簡介,奧氏體不鏽鋼的焊接特點,容易出現熱裂紋,晶間腐蝕,應力腐蝕開裂,焊縫金屬的低溫脆化,焊接接頭的σ相脆化,選用要點,工藝套用,技術革新,產品及技術簡介,套用範圍,生產條件,成本估算,規模與投資,市場與效益,
簡介
不鏽鋼是指主加元素Cr高於12%,能使鋼處於鈍化狀態、又具有不鏽鋼特性的鋼。不鏽鋼根據其顯微組織分為鐵素體型、馬氏體型、奧氏體型、奧氏體 鐵素體型和沉澱硬化型不鏽鋼。奧氏體不鏽鋼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於防止熱裂紋。
奧氏體不鏽鋼的焊接特點
容易出現熱裂紋
晶間腐蝕
根據貧鉻理論，焊縫和熱影響區在加熱到450-850℃敏化溫度區時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。
防止措施：（1）採用低碳或超低碳的焊材，如A002等，採用含鈦、鈮等穩定化元素的焊條,如A137、A132等。（2）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%)。（3）減少焊接熔池過熱，選用較小的焊接電流和較快的焊接速度,加快冷卻速度。（4）對耐晶間腐蝕性能要求很高的焊件進行焊後穩定化退火處理。
應力腐蝕開裂
應力腐蝕開裂是焊接接頭在特定腐蝕環境下受拉伸應力作用時所產生的延遲開裂現象。奧氏體不鏽鋼焊接接頭的應力腐蝕開裂是焊接接頭比較嚴重的失效形式,表現為無塑性變形的脆性破壞。
應力腐蝕開裂防止措施：(1)合理制定成形加工和組裝工藝,儘可能減小冷作變形度,避免強制組裝,防止組裝過程中造成各種傷痕(各種組裝傷痕及電弧灼痕都會成為SCC的裂源,易造成腐蝕坑)。(2)合理選擇焊材:焊縫與母材應有良好的匹配，不產生任何不良組織,如晶粒粗化及硬脆馬氏體等；(3)採取合適的焊接工藝:保證焊縫成形良好,不產生任何應力集中或點蝕的缺陷,如咬邊等;採取合理的焊接順序，降低焊接殘餘應力水平；(4)消除應力處理:焊後熱處理,如焊後完全退火或退火；在難以實施熱處理時採用焊後錘擊或噴丸等。(5)生產管理措施:介質中雜質的控制,如液氨介質中的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：如塗層、襯裡或陰極保護等；添加緩蝕劑。
焊縫金屬的低溫脆化
對於奧氏體不鏽鋼焊接接頭，在低溫使用時，焊縫金屬的塑韌性是關鍵問題。此時,焊縫組織中的鐵素體的存在總是惡化低溫韌性。防止措施：通過選用純奧氏體焊材和調整焊接工藝獲得單一的奧氏體焊縫。
焊接接頭的σ相脆化
焊件在經受一定時間的高溫加熱後會在焊縫中析出一種脆性的σ相,導致整個接頭脆化,塑性和韌性顯著下降。σ相的析出溫度範圍650-850℃。在高溫加熱過程中,σ相主要由鐵素體轉變而成。加熱時間越長，相析出越多。防止措施：(1)限制焊縫金屬中的鐵素體含量(小於15%);採用超合金化焊接材料,即高鎳焊材。(2)採用小規範,以減小焊縫金屬在高溫下的停留時間；(3)對已析出的σ相在條件允許時進行固溶處理,使σ相溶入奧氏體。
選用要點
不鏽鋼主要用於耐腐蝕，但也用作耐熱鋼和低溫鋼。因此,在焊接不鏽鋼時,焊條的性能必須與不鏽鋼的用途相符。不鏽鋼焊條必須根據母材和工作條件(包括工作溫度和接觸介質等)來選用。
1、一般來說,焊條的選用可參照母材的材質,選用與母材成分相同或相近的焊條。如：A102對應0Cr19Ni9；A137對應1Cr18Ni9Ti。
2、由於碳含量對不鏽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於母材的不鏽鋼焊條。如316L必須選用A022焊條。
3、奧氏體不鏽鋼的焊縫金屬應保證力學性能。可通過焊接工藝評定進行驗證。
4、對於在高溫工作的耐熱不鏽鋼(奧氏體耐熱鋼)，所選用的焊條主要應能滿足焊縫金屬的抗熱裂性能和焊接接頭的高溫性能。
(1)對Cr/Ni≥1的奧氏體耐熱鋼,如1Cr18Ni9Ti等,一般均採用奧氏體-鐵素體不鏽鋼焊條,以焊縫金屬中含2-5%鐵素體為宜。鐵素體含量過低時,焊縫金屬抗裂性差;若過高,則在高溫長期使用或熱處理時易形成σ脆化相,造成裂紋。如A002、A102、A137。
在某些特殊的套用場合，可能要求採用全奧氏體的焊縫金屬時,可採用比如A402、A407焊條等。
(2)對Cr/Ni<1的穩定型奧氏體耐熱鋼,如Cr16Ni25Mo6等,一般應在保證焊縫金屬具有與母材化學成分大致相近的同時,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性的同時,提高焊縫的抗裂性。如採用A502、A507。
5、對於在各種腐蝕介質中工作的耐蝕不鏽鋼，則應按介質和工作溫度來選擇焊條，並保證其耐腐蝕性能(做焊接接頭的腐蝕性能試驗)。
(1)對於工作溫度在300℃以上、有較強腐蝕性的介質,須採用含有Ti或Nb穩定化元素或超低碳不鏽鋼焊條。如A137或A002等。
(2)對於含有稀硫酸或鹽酸的介質,常選用含Mo或含Mo和Cu的不鏽鋼焊條如：A032、A052等。
(3)工作,腐蝕性弱或僅為避免鏽蝕污染的設備,方可採用不含Ti或Nb的不鏽鋼焊條。
為保證焊縫金屬的耐應力腐蝕能力,採用超合金化的焊材,即焊縫金屬中的耐蝕合金元素(Cr、Mo、Ni等)含量高於母材。如採用00Cr18Ni12Mo2類型的焊接材料(如A022)焊接00Cr19Ni10焊件。
6、對於在低溫條件下工作的奧氏體不鏽鋼,應保證焊接接頭在使用溫度的低溫衝擊韌性,故採用純奧氏體焊條。如A402、A407。
7、也可選用鎳基合金焊條。如採用Mo達9%的鎳基焊材焊接Mo6型超級奧氏體不鏽鋼。
8、焊條藥皮類型的選擇：
(1)由於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行比較,鹼性藥皮與鈦鈣型藥皮焊條的差別不像碳鋼焊條那樣顯著。因此在實際套用中,從焊接工藝性能方面著眼較多,大都採用藥皮類型代號為17或16的焊條(如A102A、A102、A132等)。
(2)只有在結構剛性很大或焊縫金屬抗裂性較差(如某些馬氏體鉻不鏽鋼、純奧氏體組織的鉻鎳不鏽鋼等)時,才考慮選用藥皮代號為15的鹼性藥皮不鏽鋼焊條(如A107、A407等)。
綜上所述,奧氏體不鏽鋼的焊接是有其獨特特點的，奧氏體不鏽鋼的焊接時焊條選用尤其值得注意,只有這樣才能達到針對不同材料實施不同的焊接方法和不同材料的焊條，不鏽鋼焊條必須根據母材和工作條件(包括工作溫度和接觸介質等)來選用。這樣才有可能能達到所預期的焊接質量。
工藝套用
利用新型低鉻高錳奧氏體焊條AR617焊接1Cr5Mo珠光體耐熱鋼管,做了焊接工藝評定,分別對其焊縫進行了拉伸、彎曲和衝擊試驗,並通過金相照片對焊縫的微觀組織進行了分析.結果證明,工藝評定焊縫的各項力學性能指標均達到了國家相關標準的要求,而且焊接操作簡便,經過對服役35000h的接頭取樣觀察,使用性能穩定,該焊接方法在實際生產中是可行的.
技術革新
新型低鉻奧氏體鋼焊條
產品及技術簡介
該項目是國家“九五”重點技術攻關項目。已研製開發成功。焊條藥皮分為鹼性和酸性兩種，加工製備工藝簡單，成本低廉，焊接性能好，力學性能優越。採用該種焊條可代替A302、A307奧氏體不鏽鋼焊條用於焊接石油化工及電站高溫服役的Cr-Mo鋼工藝管線和鍋爐蒸汽管道，焊前不用預熱，焊後無需熱處理，可進行交、直流兩用全位置焊接。其焊接接頭融合區在450～650℃高溫服役中不會出現明顯的增、貧碳層。克服了以往異質接頭融合區出現的增、貧碳層而導致的提前失效和突發性斷裂事故。
套用範圍
該種焊條可替代目前國內外廣泛使用的A302、A307焊條，用於焊接石油化工及電站等高溫服役的Cr-Mo、Cr-Mo-V類珠光體熱強鋼構件，也可用於一些重要的常溫工作的低合金高強鋼構件的焊接。
生產條件
該種焊條的焊芯材料可按照新型低鉻奧氏體焊條的專利技術生產，由冶煉廠直接供貨。對於具備生產普通焊條或生產不鏽鋼焊條能力的專業廠均可按現有的新型焊條專利技術進行生產。對於無焊條生產條件的工廠和企業，在進行相應的生產設備和輔助設施投資後，也可進行生產。
成本估算
焊芯從冶煉廠進貨，焊條的成本為3.5萬元/噸，市場售價6萬元/噸左右。對有能力生產焊絲的企業，生產一噸焊條還可降低成本1萬元左右。
規模與投資
投資的額度需視生產規模和生產條件而定，對於不具備生產焊條能力的企業，若想生產該種焊條，以年產量300噸計算，所需的設備投資資金額大約在300～500萬元，所需投資的設備如下：螺旋式焊條壓製機、油壓式焊條壓製機、鄂式破碎機、焊絲矯直機、球磨機、拌料機、震動篩、偏心檢查儀、焊條烘乾設備（電阻爐）以及焊接試驗室。
市場與效益
本產品屬於國內外首創，具有廣闊市場前景，預計國內市場需求量在5000噸/年以上。該種焊條的成本在2.5～3.5萬元/噸，市場售價為6萬元/噸左右，因此即使是小規模的生產，其經濟效益也將是非常巨大的。
