奧氏體不銹鋼是香蕉視頻app蘋果: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。香蕉視頻app蘋果:奧氏體不銹鋼管焊接中的主要問題(ti)是焊(han)接(jie)接(jie)頭熱裂紋和耐蝕性(xing)。


 奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)焊接接頭(tou)的熱裂(lie)紋中(zhong)最常(chang)見的是結晶(jing)（凝(ning)固）裂(lie)紋、熱影響區（液化）裂(lie)紋和高溫(wen)低塑性(xing)裂(lie)紋。


1. 焊(han)縫凝固裂紋


 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(xiu)鋼、347不銹鋼、316不銹鋼、310S不(bu)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。


 由上述凝固(gu)裂紋產生(sheng)的(de)原因(yin)可知(zhi)防(fang)止凝固(gu)裂紋的(de)措施(shi)之一(yi)，即是要盡可能地減少母材(cai)、焊材(cai)中有害(hai)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(zai)某些腐(fu)蝕環境，即使輕微的(de)(de)(de)鐵(tie)素體(ti)也可(ke)(ke)能引起嚴重的(de)(de)(de)問題，例如在(zai)尿素、醋(cu)酸等(deng)介質中(zhong)，焊縫中(zhong)的(de)(de)(de)鐵(tie)素體(ti)會發(fa)生(sheng)選(xuan)擇(ze)性腐(fu)蝕。純奧(ao)氏體(ti)的(de)(de)(de)焊縫金屬(shu)，通過加入(ru)Mn、Mo、W、V、Ti可(ke)(ke)以改善其凝(ning)固裂(lie)(lie)紋敏(min)感性，如尿素級不銹鋼的(de)(de)(de)焊材00Cr25Ni22Mn4Mo2N、00Cr18Ni15Mn5Mo2N 鋼和耐硫酸、磷(lin)酸，有機酸抗孔蝕、應力腐(fu)蝕用的(de)(de)(de)00Cr20Ni24Mo5Cu等(deng)焊縫金屬(shu)雖然(ran)并(bing)不含有鐵(tie)素體(ti)相(xiang)，但因Mn、Mo含量較高(gao)，仍具有良(liang)好的(de)(de)(de)抗熱裂(lie)(lie)性能，焊接時不會產生(sheng)凝(ning)固裂(lie)(lie)紋。Mn在(zai)焊縫金屬(shu)中(zhong)可(ke)(ke)與S結(jie)合生(sheng)成高(gao)熔(rong)點的(de)(de)(de)MnS從而(er)防止(zhi)S的(de)(de)(de)偏(pian)析和產生(sheng)低熔(rong)點共晶(jing)，而(er)Mo、W可(ke)(ke)提高(gao)熔(rong)池的(de)(de)(de)結(jie)晶(jing)溫(wen)度，縮(suo)小結(jie)晶(jing)溫(wen)度范圍，V、Ti可(ke)(ke)以縮(suo)小脆性溫(wen)度區(qu)間BTR(表2-1)。因此均對防止(zhi)凝(ning)固裂(lie)(lie)紋起良(liang)好作用。


2. 熱(re)影(ying)響區（液(ye)化(hua)）裂紋


 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紋形成的(de)(de)(de)原因(yin)相同，是由(you)于母材(cai)中奧氏體(ti)(ti)晶(jing)(jing)界殘存著比基(ji)體(ti)(ti)熔(rong)(rong)點低的(de)(de)(de)低熔(rong)(rong)點共晶(jing)(jing)薄膜，在(zai)(zai)焊接(jie)(jie)(jie)電弧加熱(re)(re)中發生熔(rong)(rong)化(hua)，并在(zai)(zai)隨(sui)后冷卻(que)中受收(shou)縮拉應力(li)的(de)(de)(de)作用而發生開(kai)裂。圖2-3是含(han)硼304鋼(gang)熱(re)(re)影響(xiang)區的(de)(de)(de)液化(hua)裂紋。在(zai)(zai)多(duo)層(ceng)（多(duo)道(dao)）焊縫中也會遇到液化(hua)裂紋，這種(zhong)情況往往是先焊的(de)(de)(de)焊道(dao)中鐵素體(ti)(ti)含(han)量少(shao)或無鐵素體(ti)(ti)而存在(zai)(zai)低熔(rong)(rong)點共晶(jing)(jing)薄膜，在(zai)(zai)隨(sui)后的(de)(de)(de)焊道(dao)的(de)(de)(de)熱(re)(re)影響(xiang)下發生開(kai)裂。同樣防止熱(re)(re)影響(xiang)區液化(hua)裂紋的(de)(de)(de)主要(yao)對(dui)策是盡(jin)可能減少(shao)可生成低熔(rong)(rong)點共晶(jing)(jing)的(de)(de)(de)有害(hai)(hai)元素和(he)(he)偏析(xi)程(cheng)度。因(yin)此在(zai)(zai)選用鋼(gang)材(cai)和(he)(he)焊材(cai)時，特別要(yao)注(zhu)意有害(hai)(hai)元素的(de)(de)(de)含(han)，焊接(jie)(jie)(jie)時應采(cai)用小的(de)(de)(de)線能量的(de)(de)(de)焊接(jie)(jie)(jie)工藝(yi)和(he)(he)規范，防止熱(re)(re)影響(xiang)區過熱(re)(re)，以及注(zhu)意接(jie)(jie)(jie)頭設計和(he)(he)焊接(jie)(jie)(jie)程(cheng)序，盡(jin)可能減少(shao)焊接(jie)(jie)(jie)殘余(yu)應力(li)。


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3. 高溫低塑性裂紋


  這(zhe)種裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)多數發生(sheng)(sheng)在(zai)單相(xiang)奧氏(shi)體鋼及(ji)合金的(de)(de)(de)熱影(ying)響區(qu)或多層焊縫中先一層（道）焊縫上，其(qi)(qi)產生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)范(fan)圍(wei)相(xiang)當于(yu)再結(jie)晶溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)，因此高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)低(di)塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)(xing)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)產生(sheng)(sheng)在(zai)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)比液化(hua)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)更低(di)的(de)(de)(de)熱影(ying)響區(qu)。對于(yu)奧氏(shi)體鋼，在(zai)低(di)于(yu)固(gu)相(xiang)線(xian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)以下的(de)(de)(de)加熱過(guo)(guo)程和(he)冷(leng)卻過(guo)(guo)程，其(qi)(qi)塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)(xing)變化(hua)是不同的(de)(de)(de)（見圖2-4).在(zai)加熱過(guo)(guo)程中，起(qi)初隨溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)升高(gao)，塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)(xing)（ψ值）略有增加，在(zai)達(da)到溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)t3時塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)(xing)開(kai)(kai)始(shi)降(jiang)低(di)。到達(da)tnp時降(jiang)至(zhi)零(ling)。在(zai)冷(leng)卻過(guo)(guo)程中，塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)(xing)開(kai)(kai)始(shi)恢復，當溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)降(jiang)至(zhi)t3時已接近原來加熱時的(de)(de)(de)水平(ping)。但在(zai)t2~t1溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)范(fan)圍(wei)出現塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)(xing)降(jiang)低(di)。此時如果存(cun)在(zai)較大的(de)(de)(de)收縮應(ying)變，就(jiu)會引起(qi)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)。表(biao)2-1中DTR是用可調(diao)拘束裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)試驗測(ce)出的(de)(de)(de)奧氏(shi)體不銹鋼產生(sheng)(sheng)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)低(di)塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)(xing)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)。從表(biao)2-1的(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)低(di)塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)(xing)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)開(kai)(kai)始(shi)和(he)終了溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)及(ji)其(qi)(qi)范(fan)圍(wei)可知，310、316鋼分(fen)別(bie)在(zai)1200~840℃和(he)1180~1050℃產生(sheng)(sheng)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)低(di)塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)(xing)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)，其(qi)(qi)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)范(fan)圍(wei)相(xiang)應(ying)為350℃和(he)130℃.而(er)347、321、304三(san)種鋼，既未(wei)發現裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)也沒有測(ce)出產生(sheng)(sheng)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)的(de)(de)(de)DTR溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)，表(biao)明(ming)穩定型奧氏(shi)體鋼具有較大的(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)低(di)塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)(xing)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)傾向(xiang)。而(er)亞穩奧氏(shi)體鋼的(de)(de)(de)敏感性(xing)(xing)(xing)較小(xiao)，一般焊接過(guo)(guo)程中不會產生(sheng)(sheng)這(zhe)種裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)。

 

  奧氏體(ti)鋼及合(he)(he)金(jin)冷卻過程中出現塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)降低(di)(di)和(he)產生高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)低(di)(di)塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)裂(lie)紋的(de)(de)(de)機制(zhi)相當復雜，簡(jian)單說與熱(re)影(ying)響區在“再結(jie)(jie)晶(jing)溫(wen)(wen)(wen)度(du)”二(er)次晶(jing)界的(de)(de)(de)形成有(you)(you)(you)關(guan)。二(er)次晶(jing)界又與金(jin)屬在高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)下(xia)點陣(zhen)缺陷（空位、位錯）的(de)(de)(de)運動和(he)晶(jing)界遷移等擴散行為(wei)有(you)(you)(you)關(guan)。因此凡是(shi)能提高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)“再結(jie)(jie)晶(jing)溫(wen)(wen)(wen)度(du)”和(he)增(zeng)加擴散激(ji)(ji)活能的(de)(de)(de)因素都(dou)可以(yi)阻礙二(er)次晶(jing)界的(de)(de)(de)形成，從(cong)而降低(di)(di)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)低(di)(di)塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)裂(lie)紋的(de)(de)(de)敏感性(xing)(xing)。焊縫中的(de)(de)(de)鐵素體(ti)可以(yi)有(you)(you)(you)效(xiao)(xiao)阻止(zhi)位錯運動，使多(duo)層焊縫防止(zhi)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)低(di)(di)塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)裂(lie)紋。合(he)(he)金(jin)元(yuan)素Mo、W、Ta、Ti等可有(you)(you)(you)效(xiao)(xiao)地增(zeng)加多(duo)邊化(hua)激(ji)(ji)活能，提高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)再結(jie)(jie)晶(jing)溫(wen)(wen)(wen)度(du)，在鋼和(he)焊縫中添加這些元(yuan)素，都(dou)有(you)(you)(you)利于防止(zhi)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)低(di)(di)塑(su)(su)(su)性(xing)(xing)裂(lie)紋。


  奧氏體不銹鋼管(guan)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(guan)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熱裂紋已經有辦法避免和清除。