鐵素體不銹鋼的熱膨脹系數與碳鋼相近,比奧氏體不銹鋼小,再加之硫、磷等雜質在鐵素體中溶解度大,硅、鈮等是鐵素體形成元素,因此,焊縫結晶時不易形成低熔點共晶,熱裂傾向比奧氏體不銹鋼小得多,同時焊接熱影響區超過臨界溫度的區域形成馬氏體的量也極少,因此淬硬傾向也很小,所以,鐵素體(ti)不銹鋼比馬氏體不銹鋼的延遲裂紋敏感性小,可以說其工藝焊接性是好的。
鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼為鐵(tie)(tie)(tie)-鉻-碳三元合金,由鉻以及諸如鋁(lv)、鈮、鉬及鈦等(deng)添(tian)加元素(su)來(lai)防止在(zai)焊(han)接受熱過(guo)程中(zhong)形(xing)成奧(ao)氏(shi)體(ti)。因(yin)此,鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼在(zai)焊(han)后冷卻過(guo)程中(zhong)不(bu)會出現奧(ao)氏(shi)體(ti)向馬氏(shi)體(ti)轉變的(de)(de)淬硬(ying)現象。但焊(han)接熱所形(xing)成的(de)(de)熱影響(xiang)區近縫帶(dai),由于(yu)高溫而促成鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)晶(jing)粒(li)粗大,明(ming)顯(xian)地(di)降低(di)了(le)接頭的(de)(de)韌性,并且不(bu)可能直接用熱處理的(de)(de)方法(fa)來(lai)改善。這(zhe)就是鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼焊(han)接中(zhong)最為困難之處。
現在鐵素體不銹鋼已發展到了第三代品種。第一代是完全依靠鉻作為鐵素體穩定元素,而含碳量又偏高,因此在焊接之后若不再進行熱處理,必然會產生晶間腐蝕。而且這第一代鋼的韌性都偏低,其代表性鋼號為430、442及446.第二代品種為405與409,它們的鉻與碳含量下降了,而加了強烈的鐵素體形成劑,如405是加入鋁,409加入鈦。第二代鐵素體不銹鋼除了在韌性方面與第一代相差不大之外,在工藝性能、固碳(鈦及鈮與碳反應形成TiC及NbC)以減少固溶體中碳含量、耐腐蝕性方面,以及在降低成本上,皆比上一代優越。第三代的鐵素體不銹鋼,則以改進冶煉方法來生產超低碳和超低氮含量的、可用大噸位爐子冶煉的、采用較少間隙固溶元素的鋼種,以444(18Cr-2Mo)與26-1(26Cr-1Mo)為代表。當這些鋼中再加人強烈碳化物形成劑,如鈦與鈮,則可在焊后不進行熱處理,也不會有晶間腐蝕出現。此外,這第三代鋼的韌性大大改善,對點狀腐蝕也具有良好的抵抗能力,包括抗應力腐蝕能力。
鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)脆化(hua),是這類鋼(gang)使用(yong)受(shou)到限制的(de)主要原因。鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)脆化(hua),主要的(de)問題是同質(zhi)焊(han)縫及熱影響區在焊(han)接(jie)(jie)過程中碳(tan)、氮(dan)化(hua)合物(wu)析出和晶粒長大(da)的(de)作用(yong),特別是碳(tan)、氮(dan)化(hua)合物(wu)的(de)析出,而且幾乎不(bu)(bu)可能通過熱處理加(jia)以消除(chu)(chu)。而高純(chun)度(du)鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)在很大(da)程度(du)上消除(chu)(chu)了焊(han)縫及熱影響區中的(de)碳(tan)、氮(dan)化(hua)合物(wu),極(ji)大(da)地改(gai)善(shan)了焊(han)接(jie)(jie)性,其焊(han)接(jie)(jie)結(jie)構得到越(yue)來越(yue)廣泛的(de)使用(yong)。
晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)(shi)(shi)是(shi)普(pu)通(tong)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)的(de)又(you)一主要問題。由于(yu)碳、氮(dan)在(zai)(zai)(zai)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)的(de)溶(rong)解度(du)(du)很低,在(zai)(zai)(zai)950℃以后迅速析出(chu)。因(yin)此,同質焊材的(de)焊縫和(he)熱影響區在(zai)(zai)(zai)焊后冷(leng)卻過(guo)程中(zhong)(zhong)就會(hui)析出(chu)碳、氮(dan)化(hua)(hua)合物(wu),除了引起脆(cui)化(hua)(hua)外還(huan)會(hui)引起晶(jing)界貧鉻和(he)提高(gao)(gao)晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)(shi)(shi)敏感性,在(zai)(zai)(zai)強氧化(hua)(hua)介質中(zhong)(zhong)發生(sheng)晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)(shi)(shi)。與奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)不同的(de)是(shi)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)的(de)敏化(hua)(hua)溫(wen)度(du)(du)較(jiao)高(gao)(gao),在(zai)(zai)(zai)950℃以上。因(yin)此,在(zai)(zai)(zai)熱影響區產生(sheng)晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)部位更靠近熔合線(xian)。鉻在(zai)(zai)(zai)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)的(de)擴(kuo)散(san)速度(du)(du)遠比在(zai)(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)快,所以只需700℃~900℃的(de)范圍內短時間(jian)保(bao)溫(wen),使鉻向(xiang)貧鉻區擴(kuo)散(san),即可消(xiao)除碳、氮(dan)化(hua)(hua)合物(wu)析出(chu)引起的(de)晶(jing)界貧鉻,恢復(fu)焊接接頭的(de)耐(nai)腐蝕(shi)(shi)(shi)性能。