奧氏體不銹鋼的焊條選用

奧氏體不銹鋼的焊條選用1、對不銹鋼的認識：不銹鋼是指主加元素Cr高于12%，能使鋼處于鈍化狀態(tài)、又具有不銹鋼特性的鋼。不銹鋼實際是不銹鋼（耐大氣、水等弱腐蝕介質(zhì)）和耐酸鋼（耐酸、堿、鹽等強腐蝕介質(zhì)）的總稱。不銹鋼并不一定耐酸，而耐酸鋼一般具有良好的不銹性能?！癫讳P鋼的分類◆不銹鋼根據(jù)其顯微組織分為鐵素體型、馬氏體型、奧氏體型、奧氏體+鐵素體型和沉淀硬化型不銹鋼?！舨讳P鋼根據(jù)主要合金元素大致分為高鉻型不銹鋼和高鉻鎳型不銹鋼?！舾咩t型不銹鋼包括馬氏體型不銹鋼和鐵素體不銹鋼兩大類?！舾咩t鎳型不銹鋼則包括奧氏體、奧氏體+鐵素體型和沉淀硬化型不銹鋼。▼馬氏體不銹鋼：常見的以Cr13不銹鋼為代表，在常溫下具有馬氏體組織，如1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18MoV。▼鐵素體不銹鋼：常見的以Cr13、Cr17為代表，在常溫下具有鐵素體組織，如0Cr13、0Cr13Al、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr25Ti。▼奧氏體不銹鋼：大致分為：

Cr18-Ni8型，如0Cr18Ni9、0Cr17Ni12Mo2等；

Cr25-Ni13型，如0Cr23Ni13；

Cr25-Ni20型，如0Cr25Ni20；

Cr25-Ni35型，如4Cr25Ni35（國外鑄造不銹鋼）；

超級奧氏體型，如254SMo（20Cr-18Ni-6Mo）?！頒r18Ni9不銹鋼是基本的鉻鎳奧氏體不銹鋼?！镒⒁猓?/p>

不銹鋼的不銹性和耐蝕性是相對的和有條件的，目前還沒有對任何腐蝕環(huán)境都具有耐蝕性的不銹鋼，所以不銹鋼的選用應根據(jù)具體的使用條件加以合理考慮。技術人員在進行材料代用時應注意?！駣W氏體不銹鋼的組織特點：◆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于防止熱裂紋?！舨荒苡脽崽幚矸椒◤娀?。但具有顯著的冷加工硬化性，可通過冷變形方法提高強度。◆經(jīng)冷變形產(chǎn)生的加工硬化，可采用固溶處理便之軟化。2、奧氏體不銹鋼的焊接特點：（1）熱裂紋?！锓乐勾胧?/p>

盡量使焊縫金屬呈雙相組織，鐵素體的含量控制在3-5%以下。因為鐵素體能大量溶解有害的S、P雜質(zhì)。

盡量選用堿性藥皮的優(yōu)質(zhì)焊條，以限制焊縫金屬中S、P、C等的含量。（2）晶間腐蝕：根據(jù)貧鉻理論，焊縫和熱影響區(qū)在加熱到450-850℃敏化溫度區(qū)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：

采用低碳或超低碳的焊材，如A002等；采用含鈦、鈮等穩(wěn)定化元素的焊條，如A137、A132等。

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%）。

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。

焊后穩(wěn)定化退火處理（對耐晶間腐蝕性能要求很高的焊件而言）：850℃/2-3h，空冷。

（3）應力腐蝕開裂：●應力腐蝕開裂——焊接接頭在特定腐蝕環(huán)境下受拉伸應力作用時所產(chǎn)生的延遲開裂現(xiàn)象。●奧氏體不銹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(xiàn)為無塑性變形的脆性破壞?！駪Ωg開裂的宏觀特征：裂紋從表面開始向內(nèi)部擴展，點蝕往往是裂紋的根源。斷口上常附有各種腐蝕產(chǎn)物及氧化現(xiàn)象?！裼绊憫Ωg開裂的三要素：化學成分、拉應力、工作介質(zhì)。

▲化學成分：不同的材料本身對于應力腐蝕敏感性有所不同?！ぷ鹘橘|(zhì)：主要是介質(zhì)的濃度和溫度的影響：①對于碳鋼及低合金鋼的應力腐蝕開裂：

H2S介質(zhì)的存在：H2S的濃度達到飽和狀態(tài)；H2S水溶液的溫度在室溫附近開裂傾向最大。

NaOH介質(zhì)的存在：在超過5%NaOH的幾乎全部濃度范圍內(nèi)都可產(chǎn)生堿脆，而以30%NaOH附近最為危險。堿脆的臨界溫度約為沸點，堿脆的最低溫度約為60℃。②對于奧氏體不銹鋼的應力腐蝕開裂：

氯化物介質(zhì)的存在：幾乎只要有Cl-存在，即可發(fā)生應力腐蝕開裂；溫度升高，應力腐蝕開裂加速，在Cl-濃度少的稀溶液中，存在一個SCC敏感溫度范圍，一般在150-300℃。

NaOH介質(zhì)的存在：OH-的濃度高于0.1%即發(fā)生SCC，40-42%的NaOH是最危險的濃度；最低發(fā)生應力腐蝕開裂的溫度是115℃左右（對于40-42%的NaOH）。

高溫高壓水介質(zhì)的存在：其中溶解的氧（O）濃度對不銹鋼應力腐蝕開裂傾向影響很大，且存在一敏感溫度范圍150-300℃，在300℃附近最易產(chǎn)生應力腐蝕開裂。▲接頭拉應力：拉應力的存在是SCC的先決條件。壓應力不會引起SCC。據(jù)調(diào)查，造成SCC的應力主要是殘余應力，約占80%，其中由焊接引起的殘余應力約占30%?！飸Ωg開裂防止措施：

合理設計：①耐蝕材料的合理選擇，實用上選用高Cr、Ni且含高Mo的奧氏體不銹鋼是合理的，雙相不銹鋼具有最好的抗SCC性能，超級奧氏體不銹鋼顯示明顯的耐應力腐蝕能力；②最大限度地減少應力集中和減少高應力區(qū)。

合理制定成形加工和組裝工藝，盡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）。

合理選擇焊材：焊縫與母材應有良好的匹配，不產(chǎn)生任何不良組織，如晶粒粗化及硬脆馬氏體等；

采取合適的焊接工藝：保證焊縫成形良好，不產(chǎn)生任何應力集中或點蝕的缺陷，如咬邊等；采取合理的焊接順序，降低焊接殘余應力水平；

消除應力處理：焊后熱處理，如焊后完全退火或退火；在難以實施熱處理時采用焊后錘擊或噴丸等。

生產(chǎn)管理措施：介質(zhì)中雜質(zhì)的控制，如液氨介質(zhì)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：如涂層、襯里或陰極保護等；添加緩蝕劑。（4）焊縫金屬的低溫脆化：對于奧氏體不銹鋼焊接接頭，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?！镉纱丝芍藛蜗鄪W氏體鋼，其他各類不銹鋼均不適用于低溫條件?！锓乐勾胧和ㄟ^選用純奧氏體焊材和調(diào)整焊接工藝獲得單一的奧氏體焊縫。（5）焊接接頭的σ相脆化：

●焊件在經(jīng)受一定時間的高溫加熱后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相的析出溫度范圍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，σ相析出越多?！锓乐勾胧?/p>

限制焊縫金屬中的鐵素體含量（小于15%）；采用超合金化焊接材料，即高鎳焊材。

采用小規(guī)范，以減小焊縫金屬在高溫下的停留時間；

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。3、奧氏體不銹鋼的焊條選用要點：●不銹鋼主要用于耐腐蝕，但也用作耐熱鋼和低溫鋼。因此，在焊接不銹鋼時，焊條的性能必須與不銹鋼的用途相符。不銹鋼焊條必須根據(jù)母材和工作條件（包括工作溫度和接觸介質(zhì)等）來選用。（1）一般來說，焊條的選用可參照母材的材質(zhì)，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）由于碳含量對不銹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于母材的不銹鋼焊條。如316L必須選用A022焊條。

（3）奧氏體不銹鋼的焊縫金屬應保證力學性能?？赏ㄟ^工藝評定驗證（4）對于在高溫工作的耐熱不銹鋼（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?！魧r/Ni≥1的奧氏體耐熱鋼，如1Cr18Ni9Ti等，一般均采用奧氏體-鐵素體不銹鋼焊條，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。在某些特殊的應用場合，可能要求采用全奧氏體的焊縫金屬時，可采用比如A402、A407焊條等。◆對Cr/Ni＜1的穩(wěn)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。如采用A502、A507。

（5）對于在各種腐蝕介質(zhì)中工作的耐蝕不銹鋼，則應按介質(zhì)和工作溫度來選擇焊條，并保證其耐腐蝕性能（做焊接接頭的腐蝕性能試驗）?！魧τ诠ぷ鳒囟仍?00℃以上、有較強腐蝕性的介質(zhì)，須采用含有Ti或Nb穩(wěn)定化元素或超低碳不銹鋼焊條。如A137或A002等?！魧τ诤邢×蛩峄螓}酸的介質(zhì)，常選用含Mo或含Mo和Cu的不銹鋼焊條如：A032、A052等。◆對于在常溫下工作，腐蝕性弱或僅為避免銹蝕污染的設備，方可采用不含Ti或Nb的不銹鋼焊條?！魹楸ＷC焊縫金屬的耐應力腐蝕能力，采用超合金化的焊材，即焊縫金屬中的耐蝕合金元素（Cr、Mo、Ni等）含量高于母材。如采用00Cr18Ni12Mo2類型的焊接材料（如A022）焊接00Cr19Ni10焊件。（6）對于在低溫條件下工作的奧氏體不銹鋼，應保證焊接接頭在使用溫度的低溫沖擊韌性，故采用純奧氏體焊條。如A402、A407。（7）也可選用鎳基合金焊條。如采用Mo達9%的鎳基焊材焊接Mo6型超級奧氏體不銹鋼。

（8）焊條藥皮類型的選擇：◆由于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，堿性藥皮與鈦鈣型藥皮焊條的差別不像碳鋼焊條那樣顯著。因此在實際應用中，從焊接工藝性能方面著眼較多，大都采用藥皮類型代號為17或16的焊條（如A102A、A102、A132等）。◆只有在結構剛性很大或焊縫金屬抗裂性較差（如某些馬氏體鉻不銹鋼、純奧氏體組織的鉻鎳不銹鋼等）時，才考慮選用藥皮代號為15的堿性藥皮不銹鋼焊條（如A107、A407等）。

4、鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼的焊接：（1）對國內(nèi)外雙相不銹鋼的認識：●用途：主要用于耐強腐蝕性介質(zhì)（如氯離子含量較高）的石油化工、海水與廢水處理的設備、管道等場合?！窠M織和性能特點：

含有較高的鉻（18-28%）和較低的鎳（4-10%），室溫下的組織為奧氏體+鐵素體，通常鐵素體含量不低于50%。

屈服強度可達400-550MPa，是普通不銹鋼的2倍

同時具有奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的一些特性，韌性良好，強度較高，耐氯化物應力腐蝕優(yōu)于普通不銹鋼。

具有良好的焊接性能：與奧氏體不銹鋼相比，具有較低的熱裂傾向；與鐵素體不銹鋼相比，具有較低的加熱脆化傾向。

●雙相不銹鋼的類型：雙相不銹鋼的品種很多，最常用的有3種，即：

超低碳的18Cr-5Ni-3Mo型（也稱Cr18型、1805型）：如已列入國家標準GB4237《雙相不銹鋼熱軋鋼板》的00Cr18Ni5Mo3Si2（1805）；美國ASTMS31500（18Cr-5Ni-3Mo-N，抗拉強度下限630MPa）

23Cr-4Ni-Mo型（也稱Cr23無Mo型、2305型）：

如：美國ASTMS32304（23Cr-4Ni-Mo-Cu-N，抗拉強度下限600MPa）

22Cr-5Ni-3Mo型（也稱Cr22型、2205型）：如：美國ASTMS31803（22Cr-5Ni-3Mo-N，抗拉強度下限620MPa）

25Cr-7Ni-4Mo型（也稱Cr25型、2507型）：分普通和超級兩種類型。

■如：已列入國家標準GB4237-92《雙相不銹鋼熱軋鋼板》和GB13296-91的普通雙相不銹鋼有0Cr26Ni5Mo2；美國ASTMS31260（普通型，25Cr-6Ni-3Mo-Cu-N-W，抗拉強度下限690MPa）、ASTMS32750（超級型，25Cr-7Ni-4Mo-N，抗拉強度下限800MPa）。（2）雙相不銹鋼的焊接特點：

具有良好的焊接性，熱裂紋敏感性較小，當雙相組織的比例適當時冷裂紋敏感性也較低。但在拘束度較大及焊縫金屬含氫量較高時，由于雙相組織中的鐵素體作用，仍存在氫致裂紋的危險。

雙相鋼在300-500℃范圍內(nèi)存在時間較長時，發(fā)生“475℃脆性”，所以雙相鋼的使用溫度常低于250℃?！锔鞣N類型雙相鋼的具體焊條選用：

☆Cr18型雙相鋼：選用Cr22-Ni9-Mo3型超低碳焊材（如AWSA5.4E2209和ER2209牌號）；也可選用含Mo的奧氏體型不銹鋼焊材，如A022Si（E316L-16）、A042（E309MoL-16）?！頒r23無Mo型雙相鋼：選用Cr22-Ni9-Mo3型超低碳焊材（如AWSA5.4E2209和ER2209牌號）；也可選用奧氏體型不銹鋼焊材，如A062（E309L-16）?！頒r22型：選用Cr22-Ni9-Mo3型超低碳焊材（如AWSA5.4E2209和ER2209牌號）；也可選用含Mo的奧氏體型不銹鋼焊材，如A042（E309MoL-16）?！頒r25型：選用Cr25-Ni5-Mo3或Cr25-Ni5-Mo4型超低碳焊材，（如AWSA5.4E2553和ER2553牌號）；也可選用不含Nb的高Mo鎳基焊材，如無Nb的NiCrMo-3型焊材?！耦A熱：不需要。層間溫度不高于100℃?！窈附泳€能量：Cr18型雙相鋼不大于15kJ/cm；Cr23無Mo型和Cr22型雙相鋼為10-25kJ/cm；Cr25型雙相鋼為10-15kJ/cm?！窈负鬅崽幚恚翰恍枰?。（3）雙相不銹鋼的焊接工藝要點：

●焊接方法：鎢極氬弧焊、手工電弧焊、熔化極鎢極氣體保護焊、埋弧焊均可均可?！窈附硬牧希?/p>

為防止σ相和保證焊縫金屬正常的奧氏體/鐵素體相比例，焊接雙相鋼也同樣要采用