奧氏體不銹鋼是亞洲歐美色綜合一區二區在線:不銹鋼中最重要的鋼種。由于其在高溫、極低溫度（-196℃)下均具有優良的塑韌性和冷熱加工性能和耐腐蝕性能，因此大量用于石油、化工、宇航及核工程等重要焊接結構。亞洲歐美色綜合一區二區在線:奧氏體不銹鋼管焊接中(zhong)的主要(yao)問題是(shi)焊接接頭熱(re)裂紋(wen)和耐蝕性。


 奧氏體不銹鋼(gang)管(guan)焊接(jie)接(jie)頭(tou)的熱裂(lie)紋(wen)中最(zui)常見的是結晶（凝固）裂(lie)紋(wen)、熱影響區（液化）裂(lie)紋(wen)和高溫低塑性裂(lie)紋(wen)。


1. 焊(han)縫凝(ning)固(gu)裂紋


 在奧氏體不銹鋼管焊接接頭中常常發現的凝固裂紋有焊縫縱向、橫向及火口裂紋（圖2-1)。這種裂紋是焊縫凝固過程在結晶后期產生的，所以稱凝固裂紋。凝固裂紋首先與奧氏體不銹鋼導熱系數小、線膨脹系數大有關，它使焊縫在結晶過程產生較大的收縮變形和拉伸應力，這是產生凝固裂紋的必要條件。結晶裂紋的另一個主要原因是某些容易形成低熔點共晶的元素例如S、P、B、Si、Nb等，在奧氏體基體中的溶解度很低，容易在粗大的方向性很強的柱狀晶、樹枝狀晶體之間偏析和形成低熔點共晶液態薄膜。當在結晶后期，基體已經結晶之后，低熔點共晶仍然以液態形式存在，受收縮拉應力的作用，發生沿晶的開裂。圖2-2是00Cr25Ni20Nb奧氏體焊縫的結晶裂紋及其斷口上柱狀晶的形貌。


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 采用國際焊接學會（IIW)推薦的可調拘束裂紋試驗機對常用的奧氏體不銹鋼的熱裂紋敏感性進行了試驗，測出表示凝固裂紋敏感程度的BTR(脆性溫度區間）和Emin(臨界最小應變）。BTR越大Emin越小，表明凝固裂紋越敏感，表2-1中以304不銹(xiu)鋼、321不銹鋼、347不銹鋼、316不銹(xiu)鋼、310S不銹鋼為序，凝固裂紋敏感性加強。說明不同成分的奧氏體不銹鋼，凝固裂紋的敏感性也是不同的。表中 304不銹鋼、321不銹鋼、347不銹鋼的敏感性相當且最小，310S不銹鋼最強，316不銹鋼居中。


 由上(shang)述凝(ning)(ning)固裂紋產生的(de)原因可知防止凝(ning)(ning)固裂紋的(de)措施之一，即是要盡可能地減少母材(cai)、焊材(cai)中有害元素的(de)含量。


 奧氏體鋼焊縫中存在少量δ鐵素體（4%以上），對防止凝固裂紋有顯著的效果，表2-1中304不銹鋼、321不銹鋼、347不銹鋼的焊縫凝固裂紋敏感性較小，其主要原因就是即使是本身自熔焊縫中，焊后也會存在少量的δ鐵素體的緣故。所以奧氏體不銹鋼管的配套焊接材料常常在制造時即已考慮合金元素的含量匹配，使焊縫中形成符合要求的少量鐵素體。鐵素體的有利作用是對硫、磷、硅、鈮等元素溶解度較大，能防止這些元素的偏析和形成低熔點共晶。焊縫中的鐵素體數量是有控制的，過多的鐵素體相使焊縫塑韌性降低。而且假如在焊后又經受熱處理時，可能發生δ→σ+γ'的轉變引起焊縫脆化，所以通常18-8、18-12-2等鋼的相應焊材鐵素體的含量控制在4%~12%之間。


 另一方面在某些腐蝕環境，即使輕微的(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)素體(ti)也(ye)可(ke)能引起嚴重(zhong)的(de)(de)(de)問(wen)題，例如在尿(niao)素、醋酸(suan)等(deng)介質(zhi)中，焊(han)縫(feng)(feng)中的(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)素體(ti)會發生選擇性腐蝕。純奧(ao)氏體(ti)的(de)(de)(de)焊(han)縫(feng)(feng)金屬，通過加入Mn、Mo、W、V、Ti可(ke)以改善(shan)其凝固裂(lie)紋敏感性，如尿(niao)素級(ji)不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)焊(han)材00Cr25Ni22Mn4Mo2N、00Cr18Ni15Mn5Mo2N 鋼(gang)和(he)耐硫(liu)酸(suan)、磷酸(suan)，有機(ji)酸(suan)抗(kang)孔蝕、應(ying)力腐蝕用的(de)(de)(de)00Cr20Ni24Mo5Cu等(deng)焊(han)縫(feng)(feng)金屬雖然并不含有鐵(tie)(tie)素體(ti)相，但因Mn、Mo含量較(jiao)高(gao)，仍具有良好(hao)的(de)(de)(de)抗(kang)熱裂(lie)性能，焊(han)接時不會產(chan)生凝固裂(lie)紋。Mn在焊(han)縫(feng)(feng)金屬中可(ke)與(yu)S結合生成高(gao)熔(rong)(rong)點的(de)(de)(de)MnS從而防止S的(de)(de)(de)偏析和(he)產(chan)生低熔(rong)(rong)點共(gong)晶，而Mo、W可(ke)提高(gao)熔(rong)(rong)池的(de)(de)(de)結晶溫(wen)度(du)，縮小(xiao)結晶溫(wen)度(du)范圍，V、Ti可(ke)以縮小(xiao)脆性溫(wen)度(du)區(qu)間BTR(表2-1)。因此均對防止凝固裂(lie)紋起良好(hao)作用。


2. 熱影響區（液(ye)化）裂(lie)紋


 奧氏體不銹鋼管焊接熱影響區常常可見到緊鄰熔合線處的熱裂紋。這種裂紋與焊縫凝固裂(lie)紋形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)因(yin)相同(tong)(tong)，是(shi)由(you)于母材(cai)中(zhong)(zhong)奧氏體(ti)晶(jing)界(jie)殘存(cun)著比基體(ti)熔點(dian)低的(de)(de)(de)(de)(de)低熔點(dian)共晶(jing)薄(bo)膜，在焊(han)接(jie)(jie)電(dian)弧加熱(re)中(zhong)(zhong)發(fa)(fa)生(sheng)熔化，并在隨后冷卻(que)中(zhong)(zhong)受收縮拉應(ying)力的(de)(de)(de)(de)(de)作用而發(fa)(fa)生(sheng)開(kai)裂(lie)。圖2-3是(shi)含硼304鋼(gang)熱(re)影響(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)化裂(lie)紋。在多層（多道）焊(han)縫中(zhong)(zhong)也會遇到液(ye)(ye)化裂(lie)紋，這種情況往(wang)往(wang)是(shi)先焊(han)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)道中(zhong)(zhong)鐵(tie)(tie)素體(ti)含量少(shao)或無鐵(tie)(tie)素體(ti)而存(cun)在低熔點(dian)共晶(jing)薄(bo)膜，在隨后的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)道的(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)影響(xiang)(xiang)(xiang)下(xia)發(fa)(fa)生(sheng)開(kai)裂(lie)。同(tong)(tong)樣防止(zhi)熱(re)影響(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)液(ye)(ye)化裂(lie)紋的(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)(yao)對策是(shi)盡可(ke)(ke)能減(jian)少(shao)可(ke)(ke)生(sheng)成(cheng)低熔點(dian)共晶(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)有害元素和偏析程(cheng)度。因(yin)此在選用鋼(gang)材(cai)和焊(han)材(cai)時，特別(bie)要(yao)(yao)注(zhu)意(yi)有害元素的(de)(de)(de)(de)(de)含，焊(han)接(jie)(jie)時應(ying)采用小的(de)(de)(de)(de)(de)線能量的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)工藝和規范，防止(zhi)熱(re)影響(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)過(guo)熱(re)，以(yi)及(ji)注(zhu)意(yi)接(jie)(jie)頭設計和焊(han)接(jie)(jie)程(cheng)序，盡可(ke)(ke)能減(jian)少(shao)焊(han)接(jie)(jie)殘余應(ying)力。


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3. 高溫低塑性裂紋


  這種裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)多(duo)數發生在(zai)(zai)單相(xiang)奧(ao)氏體(ti)鋼(gang)(gang)及合金的熱影響(xiang)區或(huo)多(duo)層焊縫中(zhong)先一層（道）焊縫上(shang)，其產(chan)(chan)生的溫(wen)(wen)度(du)(du)范圍相(xiang)當于再結(jie)晶溫(wen)(wen)度(du)(du)，因此高溫(wen)(wen)低(di)(di)(di)塑(su)(su)(su)(su)性(xing)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)產(chan)(chan)生在(zai)(zai)溫(wen)(wen)度(du)(du)比液化(hua)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)更低(di)(di)(di)的熱影響(xiang)區。對(dui)于奧(ao)氏體(ti)鋼(gang)(gang)，在(zai)(zai)低(di)(di)(di)于固相(xiang)線溫(wen)(wen)度(du)(du)以(yi)下的加熱過(guo)程(cheng)(cheng)和冷(leng)卻過(guo)程(cheng)(cheng)，其塑(su)(su)(su)(su)性(xing)變化(hua)是不(bu)同的（見圖(tu)2-4).在(zai)(zai)加熱過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)，起(qi)初隨溫(wen)(wen)度(du)(du)升高，塑(su)(su)(su)(su)性(xing)（ψ值）略有(you)(you)增加，在(zai)(zai)達(da)到(dao)溫(wen)(wen)度(du)(du)t3時(shi)塑(su)(su)(su)(su)性(xing)開(kai)始降低(di)(di)(di)。到(dao)達(da)tnp時(shi)降至(zhi)零。在(zai)(zai)冷(leng)卻過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)，塑(su)(su)(su)(su)性(xing)開(kai)始恢復，當溫(wen)(wen)度(du)(du)降至(zhi)t3時(shi)已接近(jin)原來加熱時(shi)的水平(ping)。但在(zai)(zai)t2~t1溫(wen)(wen)度(du)(du)范圍出(chu)現(xian)塑(su)(su)(su)(su)性(xing)降低(di)(di)(di)。此時(shi)如果存在(zai)(zai)較大(da)的收(shou)縮應變，就會引起(qi)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)。表(biao)2-1中(zhong)DTR是用(yong)可調(diao)拘(ju)束裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)試驗測(ce)出(chu)的奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)產(chan)(chan)生高溫(wen)(wen)低(di)(di)(di)塑(su)(su)(su)(su)性(xing)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)的溫(wen)(wen)度(du)(du)。從表(biao)2-1的高溫(wen)(wen)低(di)(di)(di)塑(su)(su)(su)(su)性(xing)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)開(kai)始和終了溫(wen)(wen)度(du)(du)及其范圍可知，310、316鋼(gang)(gang)分別在(zai)(zai)1200~840℃和1180~1050℃產(chan)(chan)生高溫(wen)(wen)低(di)(di)(di)塑(su)(su)(su)(su)性(xing)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)，其溫(wen)(wen)度(du)(du)范圍相(xiang)應為350℃和130℃.而347、321、304三種鋼(gang)(gang)，既未發現(xian)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)也沒有(you)(you)測(ce)出(chu)產(chan)(chan)生裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)的DTR溫(wen)(wen)度(du)(du)，表(biao)明穩(wen)定型(xing)奧(ao)氏體(ti)鋼(gang)(gang)具有(you)(you)較大(da)的高溫(wen)(wen)低(di)(di)(di)塑(su)(su)(su)(su)性(xing)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)傾向。而亞穩(wen)奧(ao)氏體(ti)鋼(gang)(gang)的敏感性(xing)較小，一般(ban)焊接過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)不(bu)會產(chan)(chan)生這種裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)。

 

  奧氏體鋼及合金(jin)冷(leng)卻過程中(zhong)出(chu)現塑(su)性降(jiang)低(di)(di)(di)(di)和(he)(he)產生高(gao)溫(wen)低(di)(di)(di)(di)塑(su)性裂紋(wen)的(de)(de)(de)機制相當復雜，簡單說與熱(re)影響區(qu)在(zai)“再結晶(jing)(jing)溫(wen)度(du)”二(er)次晶(jing)(jing)界(jie)的(de)(de)(de)形成(cheng)有(you)關(guan)。二(er)次晶(jing)(jing)界(jie)又與金(jin)屬在(zai)高(gao)溫(wen)下點陣(zhen)缺陷（空(kong)位、位錯）的(de)(de)(de)運(yun)動(dong)和(he)(he)晶(jing)(jing)界(jie)遷(qian)移等(deng)擴(kuo)散行為有(you)關(guan)。因此凡是(shi)能提高(gao)“再結晶(jing)(jing)溫(wen)度(du)”和(he)(he)增(zeng)加擴(kuo)散激活(huo)能的(de)(de)(de)因素都可以阻礙二(er)次晶(jing)(jing)界(jie)的(de)(de)(de)形成(cheng)，從而降(jiang)低(di)(di)(di)(di)高(gao)溫(wen)低(di)(di)(di)(di)塑(su)性裂紋(wen)的(de)(de)(de)敏感(gan)性。焊縫中(zhong)的(de)(de)(de)鐵素體可以有(you)效阻止(zhi)位錯運(yun)動(dong)，使(shi)多層焊縫防止(zhi)高(gao)溫(wen)低(di)(di)(di)(di)塑(su)性裂紋(wen)。合金(jin)元(yuan)素Mo、W、Ta、Ti等(deng)可有(you)效地增(zeng)加多邊(bian)化(hua)激活(huo)能，提高(gao)再結晶(jing)(jing)溫(wen)度(du)，在(zai)鋼和(he)(he)焊縫中(zhong)添加這些元(yuan)素，都有(you)利于防止(zhi)高(gao)溫(wen)低(di)(di)(di)(di)塑(su)性裂紋(wen)。


  奧氏體不銹鋼管的裂紋問題，曾經是這類鋼最擔心的問題。因此也就成為奧氏體鋼管工藝焊接性的指標。事實上，早期不銹鋼管中，熱裂紋是經常出現的，相當多的焊接結構存在隱患，是“帶病”工作。隨著對奧氏體鋼管焊接裂紋的成因、不銹鋼管及焊接材料中元素對裂紋的影響、焊縫中鐵素體作用的研究以及新型焊接工藝的開發等，現在奧氏體不銹鋼管的熱裂紋，在實際焊接產品上已經很少發現，顯著改進了焊接性，提高了焊接結構的安全程度，可以說奧氏體不銹鋼管(guan)熱裂紋已經有辦法避免和清除。