316不銹鋼管焊接性能綜述
在316不銹鋼管的應用中對316不銹鋼管結構進行焊接和切割是不可避免的。由于316不銹鋼管本身所具有的特性，與普碳鋼相比316不銹鋼管的焊接及切割有著其特殊性，更易在其焊接接頭及熱影響區(qū)(HAZ)產生各種缺陷。焊接時要特別注意316不銹鋼管的物理性質。例如奧氏體型316不銹鋼管的熱膨脹系數是低碳鋼和高鉻系316不銹鋼管的1.5倍；導熱系數約是低碳鋼的1/3，而高鉻系316不銹鋼管的導熱系數約是低碳鋼的1/2；比電阻是低碳鋼的4倍以上，而高鉻系316不銹鋼管是低碳鋼的3倍。這些條件加上金屬的密度、表面張力、磁性等條件都對焊接條件產生影響。
馬氏體型316不銹鋼管一般以13%Cr鋼為代表。它進行焊接時，由于熱影響區(qū)中被加熱到相變點以上的區(qū)域發(fā)生γ—α(M)相變，因此存在低溫脆性、低溫韌性惡化、伴隨硬化產生的延展性下降等問題。因而對于一般馬氏體型316不銹鋼管焊接時需進行預熱，但碳、氮含量低的和使用丁系焊接材料時可不需預熱。焊接熱影響區(qū)的組織通常又硬又脆。對于這個問題，可通過進行焊后熱處理使其韌性和延展性得到恢復。另外碳、氮含量最低的牌號，在焊接狀態(tài)下也有一定的韌性。
鐵素體型316不銹鋼管以18%Cr鋼為代表。在含碳量低的情況下有良好的焊接性能，焊接裂紋內敏感性也較低。但由于被加熱至900℃以上的焊接熱影響區(qū)晶粒顯著變粗，使得在室溫下缺少延伸性和韌性，易發(fā)生低溫裂紋。也就是說，一般來講鐵素體型316不銹鋼管有475℃脆化、700—800℃長時間加熱下發(fā)生“相脆性、夾雜物和晶粒粗化引起的脆化、低溫脆化、碳化物析出引起耐蝕性下降以及高合金鋼中易發(fā)生的延遲裂紋等問題。通常應在焊接時進行焊前預熱和焊后熱處理，并在具有良好韌性的溫度范圍進行焊接。
奧氏體型316不銹鋼管以18%Cr—8%Ni鋼為代表。原則上不須進行焊前預熱和焊后熱處理。一般具有良好的焊接性能。但其中鎳、鉬含量高的高合金316不銹鋼管進行焊接時易產生高溫裂紋。另外還易發(fā)生σ相脆化，在鐵素體生成元素的作用下生成的鐵素體引起低溫脆化，以及耐蝕性下降和應力腐蝕裂紋等缺陷。經焊接后，焊接接頭的力學性能一般良好，但當在熱影響區(qū)中的晶界上有鉻的碳化物時會極易生成貧鉻層，而貧鉻層的出現將在使用過程中易產生晶間腐蝕。為避免問題的發(fā)生，應采用低碳(C≤0.03%)的牌號或添加鈦、鈮的牌號。為防止焊接金屬的高溫裂紋，通常認為控制奧氏體中的δ鐵素體肯定是有效的。一般提倡在室溫下含5%以上的δ鐵素體。對于以耐蝕性為主要用途的鋼，應選用低碳和穩(wěn)定的鋼種，并進行適當的焊后熱處理；而以結構強度為主要用途的鋼，不應進行焊接后熱處理，以防止變形和由于析出碳化物和發(fā)生σ相脆化。
雙相316不銹鋼管的焊接裂紋敏感性較低。但在熱影響區(qū)內鐵素體含量的增加會使晶間腐蝕敏感性提高，因此可造成耐蝕性降低及低溫韌性惡化等問題。
對于沉淀硬化型316不銹鋼管有焊接熱影響區(qū)發(fā)生軟化等問題。
綜上所述，316不銹鋼管的焊接性能主要表現在以下幾個方面：
(1)高溫裂紋：在這里所說的高溫裂紋是指與焊接有關的裂紋。高溫裂紋可大致分為凝固裂紋、顯微裂紋、HAZ(熱影響區(qū))的裂紋和再加熱裂紋等。
(2)低溫裂紋：在馬氏體型316不銹鋼管和部分具有馬氏體組織的鐵素體型316不銹鋼管中有時會發(fā)生低溫裂紋。由于其產生的主要原因是氫擴散、焊接接頭的約束程度以及其中的硬化組織，所以解決方法主要是在焊接過程中減少氫的擴散，適宜地進行預熱和焊后熱處理以及減輕約束程度。
(3)焊接接頭的韌性：在奧氏體型316不銹鋼管中為減輕高溫裂紋敏感性，在成分設計上通常使其中殘存有5%—10%的鐵素體。但這些鐵素體的存在導致了低溫韌性的下降。在雙相316不銹鋼管進行焊接時，焊接接頭區(qū)域的奧氏體量減少而對韌性產生影響。另外隨著其中鐵素體的增加，其韌性值有顯著下降的趨勢。
已證實高純鐵素體型316不銹鋼管的焊接接頭的韌性顯著下降的原因是由于混入碳、氮、氧的緣故。其中一些鋼的焊接接頭中的氧含量增加后生成了氧化物型夾雜，這些夾雜物成為裂紋發(fā)生源或裂紋傳播的途徑使得韌性下降。而有一些鋼則是由于在保護氣體中混入了空氣，其中的氮含量增加在基體解理面｛100｝面上產生板條狀Cr2N，基體變硬而使得韌性下降。
(4)σ相脆化：奧氏體型316不銹鋼管、鐵素體316不銹鋼管和雙相鋼易發(fā)生σ相脆化。由于組織中析出了百分之幾的α相，韌性顯著下降?！跋嘁话闶窃?00～900℃范圍內析出，尤其在75℃左右最易析出。作為防止”相產生的預防型措施，奧氏體型316不銹鋼管中應盡量減少鐵素體的含量。
(5)475℃脆化，在475℃附近(370—540℃)長時間保溫時，使Fe—Cr合金分解為低鉻濃度的α固溶體和高鉻濃度的α’固溶體。當α’固溶體中鉻濃度大于75%時形變由滑移變形轉變?yōu)閷\晶變形，從而發(fā)生475℃脆化。
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