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奥氏体不锈钢的焊接特点及焊接工艺【摘要】奥氏不锈钢的焊接技术在我国得到了广泛的使用，其虽然有很多的优点，但仍还存在许多的缺点，本文将从奥氏体不锈钢的化学成分、组织和性能，奥氏体不锈钢焊接方法，奥氏体不锈钢焊接问题及解决措施等方面去了解在这方面内容。
【关键词】奥氏体，不锈钢，焊接工艺，焊接特点一、前言不锈钢是一种广泛使用的金属材料，而且不锈钢使用的前景也是十分广阔的，我们应该深入的了解不锈钢焊接的本质和实在意义，为下一步发展打下坚实的基础。
本文的简单介绍和深入理解将会给读者带来全新的和全方位的视角去看待奥氏不锈钢的优缺点。
二、奥氏体不锈钢的化学成分、组织和性能奥氏体不锈钢基本成分为18%Cr、8%Ni，简称18- 8 型不锈钢。
为了调整耐腐蚀性、力学性能、工艺性能和降低成本，在奥氏体不锈钢中还常加入Mn、Cu、N、Mo、Ti、Nb 等合金元素，以此在18- 8 型不锈钢基础上发展了许多新钢种。
奥氏体不锈钢具有良好的焊接性、低温韧性和无磁性等性能，其特点是含碳量低于0.1%，利用Cr、Ni 配合获得单相奥氏体组织，具有良好的冷变形能力、较高的耐蚀性和塑性，可以冷拔成很细的钢丝、冷拔成很薄的钢带或钢管。
与此同时，经过大量变形后，钢的强度大为提高，这是因为除了冷作硬化效果外，还叠加了形变诱发马氏体转变。
奥氏体不锈钢具有良好的抗均匀腐蚀能力，但在抗局部腐蚀方面仍存在一些问题。
奥氏体不锈钢焊接的主要问题是：焊接接头晶间腐蚀、焊接接头应力腐蚀开裂、焊接接头热裂等。
三、奥氏体不锈钢焊接方法奥氏体不锈钢的焊接方法有很多，例如手工焊、气体保护焊，埋弧焊、等离子焊等等。
最常用的焊接方法是手工焊（MMA），其次是金属极气体保护焊（MIG/MAG）和钨极惰性气体保护焊（TIG）。
本文以石油化工行业管道安装施工中最常用的手工电弧焊及钨极氩气保护焊为例，简单描述其焊接施工中的注意事项。
1.手工焊条电弧焊，是焊接厚度在2 mm 以上的奥氏体不锈钢板最常用的焊接方法。
奥氏体不锈钢发展史
奥氏体不锈钢是一种具有优异耐腐蚀性和良好加工性能的不锈钢材料。
它的发明和改进，经历了漫长的发展历程。
以下是奥氏体不锈钢发展史的概述：
1. 早期的钢铁制品：在20世纪早期，人们开始尝试利用钢铁材料制作各种产品。
然而，由于当时的钢铁冶炼技术不够成熟，很多钢铁制品在耐腐蚀性和加工性能方面存在很多问题。
2. 不锈钢的出现：20世纪30年代，不锈钢作为一种新型的金属材料问世。
不锈钢的出现，解决了早期钢铁制品耐腐蚀性差的问题，给人们的生活带来了很大的便利。
3. 奥氏体不锈钢的发明：在不锈钢的种类中，有一种被称为奥氏体不锈钢的材料。
它具有良好的耐腐蚀性和加工性能，在建筑、医疗器械、航空等领域得到了广泛应用。
4. 奥氏体不锈钢的改进：随着科技的不断进步，人们对奥氏体不锈钢的性能要求也越来越高。
为了提高奥氏体不锈钢的性能，科学家们不断进行研究和改进。
例如，通过添加氮元素，可以增加奥氏体不锈钢的强度和耐腐蚀性。
5. 现代应用：如今，奥氏体不锈钢已经成为了现代工业中不可或缺的一种
材料。
它被广泛应用于建筑、医疗器械、航空、化工等领域。
同时，随着科技的不断进步，人们对奥氏体不锈钢的性能要求也在不断提高，未来奥氏体不锈钢仍将继续发展和改进。
总之，奥氏体不锈钢作为一种具有优异耐腐蚀性和良好加工性能的材料，在各个领域得到了广泛应用。
随着科技的不断进步和人们对材料性能要求的不断提高，未来奥氏体不锈钢仍将继续发展和改进。
奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢：性能、应用与发展摘要：奥氏体不锈钢是一种具有优异抗腐蚀性、优良可塑性和高强度的金属材料。
其在航空航天、汽车制造、石油化工等领域得到广泛应用。
本文将介绍奥氏体不锈钢的组织特点、性能表征和应用领域，并探讨其未来的发展趋势。
1. 引言奥氏体不锈钢是二十世纪初期发展起来的一种重要的不锈钢种类。
与其他不锈钢相比，其具有更高的抗腐蚀性、可塑性和强度。
奥氏体不锈钢的优异性能使其广泛应用于航空航天、汽车制造、石油化工等高端领域。
2. 奥氏体不锈钢的组织特点奥氏体不锈钢的主要组织特点是奥氏体相的存在。
奥氏体相是一种稳定的结构，具有良好的韧性和可塑性。
奥氏体不锈钢中的奥氏体相的含量影响着其性能。
在一些特殊环境下，奥氏体不锈钢中的奥氏体相可能会发生相变，影响其抗腐蚀性能。
3. 奥氏体不锈钢的性能表征奥氏体不锈钢的性能表征主要包括抗腐蚀性、可塑性和强度等方面。
抗腐蚀性是奥氏体不锈钢的主要特点之一，其在各种腐蚀介质中具有良好的稳定性。
可塑性是奥氏体不锈钢的另一个关键性能，其具有良好的塑性和可加工性，可以满足各种复杂形状的加工要求。
奥氏体不锈钢的强度较高，可以满足高强度结构的要求。
4. 奥氏体不锈钢的应用领域奥氏体不锈钢由于其优异的性能，在各个领域得到了广泛应用。
在航空航天领域，奥氏体不锈钢被用于制造飞机结构、发动机零件等；在汽车制造领域，奥氏体不锈钢被用于制造汽车底盘、排气系统等；在石油化工领域，奥氏体不锈钢被用于制造储罐、管道等。
5. 奥氏体不锈钢的发展趋势随着科技的进步和工业的发展，奥氏体不锈钢的应用前景仍然十分广阔。
未来，人们对奥氏体不锈钢材料的性能和应用领域提出了更高的要求，例如提高奥氏体不锈钢的高温抗腐蚀性能、开发新的合金元素等。
此外，奥氏体不锈钢的再生利用和环保问题也是未来发展的关键。
6. 结论奥氏体不锈钢作为一种重要的金属材料，在各个领域具有广泛的应用。
其优异的抗腐蚀性、可塑性和强度，使其成为高端领域中不可或缺的材料。
奥氏体不锈钢焊接性能分析奥氏体不锈钢是一种重要的工程材料，具有良好的耐腐蚀性、耐高温性和焊接性能。
在工程实践中，对奥氏体不锈钢的焊接性能进行分析和研究，有助于优化焊接工艺、改善焊接质量，满足工程结构的要求。
本文将从焊接材料选择、焊接缺陷和焊接工艺参数等方面，对奥氏体不锈钢的焊接性能进行详细分析。
首先，对于奥氏体不锈钢的焊接，焊接材料的选择非常重要。
一般来说，焊接材料应具有与基材相似的化学成分和机械性能，以确保焊接接头的一致性。
同时，还需要考虑焊接材料的耐腐蚀性和耐高温性，以满足工程结构的使用要求。
常用的奥氏体不锈钢焊接材料有AWSE308、AWSE316等。
在选择焊接材料时，还需要考虑到焊接接头的力学性能要求，例如强度、韧性等。
其次，在奥氏体不锈钢的焊接过程中，常见的焊接缺陷包括气孔、夹渣、未熔合、未熔透等。
这些焊接缺陷会降低焊接接头的质量，甚至引起接头的失效。
为了减少焊接缺陷的产生，需要采取适当的预处理措施，例如清洁和除氧等。
同时，选择合适的焊接工艺参数，例如焊接电流、焊接速度等，可有效控制焊接过程中的熔合情况和热影响区的形成，从而减少焊接缺陷的发生。
最后，对于奥氏体不锈钢的焊接工艺参数选择，需要综合考虑焊接接头的形状、要求和工艺设备的特点。
一般来说，焊接时应采用较小的电流和较高的焊接速度，以减小热输入和热影响区的尺寸。
此外，还可采用预热和后续热处理等措施，改善焊接接头的性能和组织结构。
需要注意的是，焊接过程中应注意避免产生过高的残余应力和变形，可采用适当的焊接顺序和夹具。
综上所述，奥氏体不锈钢的焊接性能分析是一项复杂的工作，需要综合考虑焊接材料选择、焊接缺陷和焊接工艺参数等多个方面的因素。
通过合理选择焊接材料、预处理和控制焊接工艺参数，可以提高奥氏体不锈钢焊接接头的质量和性能，满足工程结构的要求。
在实际工程应用中，应根据具体情况和要求进行分析和优化，以确保焊接接头的可靠性和持久性。
铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的焊接一、引言铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢是常用的两种不锈钢材料，它们具有不锈蚀性能好、耐热性能高等优点，因此在工业生产和日常生活中得到广泛应用。
然而，由于两种不锈钢材料的化学成分和晶体结构的差异，其焊接性能也存在差异。
本文将从焊接工艺、焊接性能以及焊接后的材料组织变化等方面进行探讨。
二、焊接工艺1. 铁素体不锈钢的焊接工艺铁素体不锈钢是一种以铁素体为基础的不锈钢材料，其焊接工艺相对简单。
常用的焊接方法包括手工电弧焊、氩弧焊和激光焊等。
在焊接过程中，应注意保持适当的焊接温度和焊接速度，避免产生过多的热影响区和晶间腐蚀敏感区。
2. 奥氏体不锈钢的焊接工艺奥氏体不锈钢是一种以奥氏体为基础的不锈钢材料，其焊接工艺相对复杂。
常用的焊接方法包括手工电弧焊、氩弧焊、等离子焊和激光焊等。
在焊接过程中，应注意控制焊接温度和焊接速度，避免产生过高的温度梯度和残余应力，以防止焊接接头发生变形和裂纹。
三、焊接性能1. 铁素体不锈钢的焊接性能铁素体不锈钢具有良好的可焊性，焊接接头强度高，焊缝的耐蚀性能也较好。
然而，由于焊接过程中产生的热影响区和晶间腐蚀敏感区的存在，焊接接头易受到应力腐蚀开裂的影响。
因此，在焊接铁素体不锈钢时，应选择适当的焊接材料和焊接工艺，以降低应力腐蚀开裂的风险。
2. 奥氏体不锈钢的焊接性能奥氏体不锈钢的焊接性能较铁素体不锈钢复杂，焊接接头容易产生裂纹和变形。
这是由于奥氏体不锈钢在焊接过程中容易形成固溶相和相分离现象，导致焊接接头的组织和性能发生变化。
为了解决这个问题，可以采用预热、后热处理等措施，以提高焊接接头的强度和耐腐蚀性能。
四、焊接后的材料组织变化1. 铁素体不锈钢的焊接后材料组织变化铁素体不锈钢在焊接后，焊缝区的晶体结构往往发生变化，由晶界凝固转变为晶内凝固。
焊缝中常常出现铁素体晶粒的增大和晶界的减少现象，这可能会影响焊接接头的力学性能和耐蚀性能。
2. 奥氏体不锈钢的焊接后材料组织变化奥氏体不锈钢在焊接后，焊缝区的组织变化较为复杂。
304Cu奥氏体不锈钢的开发的开题报告
题目：304Cu奥氏体不锈钢的开发
一、研究目的和意义
304不锈钢是目前最广泛使用的不锈钢之一，但是在一些特定环境下，如含氯介质中，会出现易聚集腐蚀（SCC）等问题。
因此，需要研发新型的不锈钢材料来满足更高的
要求。
本次研究旨在开发一种具有优异耐腐蚀性、加工性、可焊性的新型304Cu奥氏体不锈钢。
二、研究内容和方法
1.对304Cu奥氏体不锈钢的成分组成和热处理工艺进行研究。
2.通过金相、扫描电镜和X射线衍射等手段，分析304Cu奥氏体不锈钢的组织、晶粒
大小和相变。
3.通过弯曲试验和冲击试验等方法，评估304Cu奥氏体不锈钢的力学性能。
4.测定304Cu奥氏体不锈钢在含氯介质中的腐蚀性能。
5.借助电化学测试仪器，研究304Cu奥氏体不锈钢的电化学行为。
三、预期成果和意义
1.开发出具有优异耐腐蚀性、加工性、可焊性的新型304Cu奥氏体不锈钢。
2.深刻理解304Cu奥氏体不锈钢的成分组成和热处理工艺对其组织和性能的影响。
3.为不锈钢行业的技术升级和产品开发提供科学依据。
奥氏体不锈钢 Super304H(A213-S30432 )焊接工艺关键词：Super304H (A213-S30432) ；焊接；裂纹1 Super304H的化学成分及力学性能1.1 Super304H的化学成分Super 304H 钢是一种改良自高碳18Cr-8Ni（TP304H）类不锈钢而开发出的新型奥氏体耐热钢。
与传统的TP304H 类钢种相比，其主要的合金化措施是在材料中加入了大约3%的铜、0.4 %的铌以及少量的氮元素，同时提高了碳的含量范围；其它的微合金化还包括微量的铝和硼元素的加入。
在高温服役条件下，Super 304H钢的显微组织中会析出非常细小并弥散分布于奥氏体基底中的碳化物、碳-氮化物，如M23C6、Nb(C,N)和NbCrN 等。
1.2 Super304H的力学性能这些弥散分布的析出相的共同作用，使材料的力学性能，特别是高温蠕变性能得到了显著的提高。
大量的性能试验表明该钢的组织和力学性能稳定，而且价格便宜，是超超临界锅炉过热器、再热器的首选材料。
表1 列出了Super 304H钢母材金属的成分范围，表2为该钢种的常温拉伸性能和最高硬度，表3 是在475℃~725℃温度范围内材料的最大许用应力。
表1 Super304H的化学成分(Wt%)表2 Super304H钢管的室温力学性能2 Super304H钢的焊接性能分析2.1 晶间腐蚀倾向晶间腐蚀是奥氏体耐热钢一种极其危险的破坏形式。
在碳质量分数高于0.02%的奥氏体不锈钢中，碳与铬能生成碳化物（Cr23C6）。
这些碳化物高温淬火时呈固溶态溶于奥氏体中，铬呈均匀分布，使合金各部分铬质量分数均在钝化所需值，即12%Cr以上。
如果加热到敏化温度范围(500～850 ℃)内，晶界上就会形成敏化组织即晶界上析出的连续的、网状的碳化物（Cr23C6），铬便从晶粒边界的固溶体中分离出来。
该情况下碳化铬和晶粒呈阴极，贫铬区呈阳极，迅速被侵蚀。
常用奥氏体不锈钢管道焊接在我公司所从事的安装工程中，管道安装工作占有很大比例，是整个工程的一个重要的组成部分。
而化工管道的安装又离不开焊接，因为在化工管道中管子之间或管子与管件间的连接基本上是采用焊接。
因此焊接工作在管道安装工程乃至整个化工安装工程中都占有极其重要的地位。
由于化工生产有其特殊的特性：管道中输送的介质既有高温、高压又有低温、低压，而且许多介质本身还易燃、易爆、剧毒、有毒及腐蚀性强等特点。
因此，在管道焊接施工中，必须从人员、材料、焊接工艺等各方面入手，抓好焊接过程的控制，保证焊接质量。
使焊缝不仅严密牢固，能承受高温、高压的作用，而且能够抵抗某些介质的腐蚀，满足化工生产的需要。
我公司在以往的施工中一直对焊接质量比较重视，在这方面也取得了许多成绩和宝贵经验。
在我公司所承建工程中，管道材料种类较多，而且每个工程中都有大量的不锈钢管道，不锈钢管道焊接又有一定的特殊性。
借此机会将自己对常用的不锈钢管道焊接的一点知识加以总结。
一、我公司施工中常用不锈钢的种类及特性(一）施工中常用不锈钢的种类：不锈钢按空冷后的组织分类一般可分为：马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢。
其中奥氏体不锈钢最为常用，我公司在施工中所用的大多都是奥氏体不锈钢。
在常用的不锈钢当中又分为国产材质和进口材质。
进口不锈钢多为美国、日本两国的产品，在此仅以美国的不锈钢为例加以说明。
施工中常用国产及进口不锈钢的种类及化学成分分别见表1、表2。
（二）该类不锈钢的特性表1、表2中所列不锈钢大多是以含铬18％左右，含镍8％左右的高铬镍合金钢，这类钢经高温淬火后得到单一的奥氏体组织，所以又称其为18-8型奥氏体不锈钢。
奥氏体不锈钢无磁性，它不能通过热处理的方法提高其强度和硬度，如经淬火也不能使其硬化。
奥氏体不锈钢不但具有良好的耐腐蚀性能，还具有良好的综合机械性能，无论在低温或高温下，在极宽的温度范围内都能保持极好的塑性和韧性。
所以这类钢在化工管道中应用十分广泛。
收稿日期:２０２０Ｇ０３Ｇ３１.作者简介:张国信,男,１９８６年毕业于东北大学金属材料科学工程专业,学士,长期从事石油石化设备㊁压力容器设计和材料选择与研发工作,现任公司技术总监,正高级工程师.E m a i l :z h a n g g x ．l p e c ＠s i n o pe c ．c o m .奥氏体不锈钢材料制造及使用过程中常见问题及预防张国信１,马㊀伟２(１．中石化广州工程有限公司,广东广州５１０６２０;２．中科(广东)炼化有限公司,广东湛江５２４０７６)㊀㊀摘㊀要:奥氏体不锈钢是炼油化工设备和管道使用量较多的材料,多用于耐腐蚀和耐高温的工作场合.炼化加氢装置高温高压场合工艺管道多采用３２１型和３４７型不锈钢,但这两种奥氏体不锈钢在焊接㊁热处理和使用过程中出现了不少损伤案例.基于上述原因,文章从奥氏体不锈钢热裂纹种类,晶间腐蚀产生的原因㊁机理以及预防措施方面进行了阐述,可为该领域的相关工程技术人员提供参考.关键词:奥氏体不锈钢㊀热裂纹㊀机理㊀焊接㊀控制d o i :１０．３９６９/j．i s s n ．１００６－８８０５．２０２０．０４．００７㊀㊀奥氏体不锈钢是具有面心立方(F C C )单相组织㊁以F e ＧC r ＧN i 作为基本元素的一种材料,按照奥氏体的稳定性,可分为稳定型和亚稳定型.０C r １８N i １０T i (３２１型)㊁０C r １８N i １１N b (３４７型)是稳定型奥氏体不锈钢,在石化行业多应用于含氢(H )的高温㊁高压厚壁管道,具有较好的耐晶间腐蚀㊁耐连多硫酸(P T A S C C )腐蚀能力,以及较高热变形抗力和热强性,且焊接性良好.３４７型材料焊后通常采用８５０~９２０ħ稳定化热处理制度,其作用一是消除焊接接头的残余应力,二是稳定化元素铌(N b )在此过程中可形成稳定的碳化物相碳化铌(N b C ),从而降低材料的晶间腐蚀倾向和提高材料的热强性.根据材料特性,原则上３４７型不锈钢焊后应进行稳定化热处理.但在具体制造和使用过程中,根据工程经验和相关技术研究,进行或不进行焊后热处理,均有较多成功制造和使用的经验.而３４７型管道焊接接头不管是否进行焊后热处理,均出现了焊缝的开裂问题,这些问题也发生在小直径㊁薄壁加热炉工艺管道中.本文并不针对某个损伤案例进行分析,而是从奥氏体材料在制造和使用过程中可能会出现的热裂纹和晶间腐蚀问题以及如何控制等方面进行分析和探讨.１㊀奥氏体不锈钢在焊接和使用过程中存在的损伤１．１㊀晶间腐蚀奥氏体不锈钢在焊接和使用过程中与特定介质接触就会产生晶间腐蚀问题.焊接接头的晶间腐蚀包括焊缝的晶间腐蚀和热影响区的晶间腐蚀.焊缝的晶间腐蚀有两种情况:一是焊态下产生晶间腐蚀,二是焊后焊缝经敏化温度区重复加热后产生的晶间腐蚀.焊缝产生晶间腐蚀的冶金因素是焊接过程中焊缝的合金元素发生了变化,其中主要是渗碳(C )和铬(C r )的烧损,以及杂质元素的偏析;其次是过大的焊接线能量引起的粗晶所致;另外,多层多道焊时,后一道焊缝对前一道焊缝的 敏化处理 ,也可能产生晶间腐蚀.热影响区(H A Z )的晶间腐蚀是在焊接热循环作用下,近焊缝区经历了相当于敏化温度热处理区域产生的晶间腐蚀,对１８C r Ｇ８N i 奥氏体不锈钢相当于经历了４５０~８５０ħ的敏化问题.对于３４７型材料,焊接过程可能产生的热影响区的晶间腐蚀敏化区在材料使用过程中会进一步产生沿熔合区母材侧㊁宽度１~３mm 的集中腐蚀问题,这种腐蚀称为 刀状腐蚀 .这种腐蚀的产生是由于在焊接热循环作用下,峰值温度超过１０００ħ的过热区发生了碳化物分解和重溶过程,而在冷却过程中,富C r 的碳化物析出的速度材料与焊接㊀㊀石油化工设备技术,２０２０,４１(４) ３２P e t r o ＧC h e m i c a l E q u i p m e n tT e c h n o l o g y比碳化物N b C快;另外C向晶界扩散聚集,并在随后的敏化温度区间形成很窄的C r碳化物区域,而离熔合区较远处,碳化物N b C并不溶解.因此, 刀状腐蚀 是晶间腐蚀的一种形式.１．２㊀焊接接头热裂纹奥氏体不锈钢焊接接头的热裂纹包括凝固(结晶)裂纹㊁再热裂纹㊁高温失塑裂纹㊁液化裂纹等.对于稳定型３４７型不锈钢材料,在焊接和使用过程中,上述四种裂纹均表现比较敏感.下面就这四种裂纹的开裂机理进行分析.１．２．１㊀凝固(结晶)裂纹凝固裂纹是在焊缝凝固过程结晶后期产生的,它使焊缝在结晶过程中产生较大的收缩变形和拉伸应力.凝固裂纹形成的另一个原因是焊缝金属中某些容易形成低熔点共晶的元素,例如硫(S)㊁磷(P)㊁硼(B)㊁硅(S i)等,在奥氏体基体中的溶解度很低,容易在粗大的方向性很强的柱状晶㊁树枝状晶体之间偏析而形成低熔点共晶液态薄膜.凝固裂纹的形成主要取决于成分,与焊接过程中奥氏体(A)㊁铁素体(F)的结晶形式有关,焊缝金属如果以奥氏体㊁奥氏体Ｇ铁素体(A F)模式凝固以及较高的P和S含量促进了凝固模式为全奥氏体组织的情况,则具有较强的开裂敏感性;如果以铁素体Ｇ奥氏体组织(F A)形式凝固,则具有较低的开裂敏感性.另外,焊接时高的拘束条件㊁较高的焊接线能量㊁凹陷的焊道形状等也会促进凝固裂纹的产生.上世纪８０年代,s u u t a l a联合其他学者开发了基于奥氏体不锈钢成分预测凝固裂纹敏感性的S u u t a l a图ʌ１ɔ(见图１).该图依据奥氏体材料的C r当量(C r e q)㊁镍(N i)当量(N i e q)以及P＋S含量的质量百分数预测奥氏体材料焊缝金属中凝固裂纹产生的敏感性.从图１可以看出:当C r e q/N i e q 增加到某一临界值后,不管P＋S含量有多少,抗裂性能均大幅提高.大幅提高的原因是由于凝固初期析出相由奥氏体转变为铁素体所致.另外,从图１中还可看出:在P＋S含量极低的情况下,材料也具有较好的抗裂性.但这种情况目前在工程上还难以实现,因此,控制凝固裂纹的有效办法是控制凝固模式.㊀㊀根据WR CＧ１９９２组织图(见图２)也可预测奥氏体不锈钢的凝固模式.从图２可以看出:凝固模式从A A F F A变化,铁素体数(F N)也在相应范围内变化.如果采用F N＝１０的焊接材料焊接全奥氏体母材,考虑合金元素稀释率等其他因素,在低焊接线能量下,凝固模式将会是F A,焊缝中的F N大约为６,这种焊缝将具有较好的抗裂性.图１㊀焊缝金属成分预测凝固裂纹敏感性图２㊀W R CＧ１９９２根据相成分预测凝固㊀㊀模式和铁素体数㊀㊀焊缝凝固裂纹的特点是完全的枝状晶断口形貌,沿焊缝金属或热影响区的奥氏体晶界扩展,在使用过程中,由于应力的释放和其他作用可能会扩展开裂.综合研究表明,焊缝和热影响区的凝固裂纹和铁素体含量㊁初始析出相的凝固组织(A F或F A)㊁冷却速度三个因素关系重大.１．２．２㊀再热裂纹(消除应力裂纹)奥氏体不锈钢中的再热裂纹主要发生在H３３㊀第４１卷第４期张国信等．奥氏体不锈钢材料制造及使用过程中常见问题及预防型以及含稳定化元素的材料中,在标准型奥氏体不锈钢中是不常见的.调查显示:常用奥氏体不锈钢再热裂纹的敏感性大小为３４７型＞３２１型＞３０４型ʌ２ɔ,３１６型基本无再热裂纹倾向.奥氏体不锈钢再热裂纹的产生与晶内析出物有关.这种晶内的析出强化了晶粒内部,而把松弛残留的焊接应力和整个系统的应力所需的应变转移到晶界,降低了蠕变延性,导致晶界破坏.再热裂纹可能发生在焊缝的热处理期间,也可能发生在材料的使用阶段,二者的机理基本相同,但开裂温度区间有所不同,如３４７型材料在焊缝热处理期间产生再热裂纹的温度区间为７００~１０５０ħ,而这个温度区间正好是N b C 析出的温度范围(见图３)ʌ３ɔ.图３是根据G l e e b l e 热Ｇ力模拟试验机上得到的数据绘出的,显示再热裂纹形成一个C 曲线形温度与时间的关系.该图为将焊缝金属试样加热到各种焊后热处理温度㊁然后加载到７５％~１００％高温屈服强度(Y S )的应力值并保持试验载荷直至断裂而得到的一个 C 形 的裂纹相应曲线.在这个温度区间进行稳定化热处理正好和强化机理作用的温度相重合,因此就有可能产生再热裂纹.而在使用期间,在长时间应力释放的情况下,再热裂纹发生的温度为５００~７００ħ,同时还伴随碳化物析出.再热裂纹开裂形式大多表现为穿晶开裂,也有沿晶界开裂的情况发生.图３㊀３４７型不锈钢焊缝金属再热裂纹敏感性１．２．３㊀高温失塑裂纹(或称为失延裂纹,简称D D C)奥氏体不锈钢的高温失塑裂纹发生在材料加热时１/２熔点处,为高温塑性突然下降所致(见图４)ʌ３ɔ.其温度范围相当于再结晶温度区,因此,焊缝和热影响区高温低塑性裂纹产生的温度比液化裂纹更低.奥氏体不锈钢在低于固相线温度以下的加热过程和冷却过程,其塑性变化是不同的.在加热过程中,随温度升高,塑性略有增加,在温度达到约１/２熔点时塑性开始降低;在冷却过程中,塑性开始恢复,当温度降至５００~７００ħ时已接近原来加热时的水平.因此,在材料塑性降低时如果存在较大的收缩应变,就会引起高温失塑裂纹.通过研究发现,稳定型３４７型奥氏体不锈钢具有较高的D D C 裂纹倾向.图４㊀奥氏体不锈钢高温凝固时的脆性温度区㊀㊀在３４７型不锈钢的焊缝和热影响区可观察到D D C 的存在.焊缝和H A Z 的晶粒粗大还与高拘束度有关.开裂通常沿微观组织中的迁移晶界延伸,不显示枝状晶裂纹.目前,对D D C 的开裂机理并不完全清楚,但在奥氏体焊缝中存在铁素体可以形成凹凸不平的晶界,使D C C 萌生和裂纹扩展的阻力增大,可有效降低产生D D C 的风险.１．２．４㊀液化裂纹１)焊缝金属的液化裂纹焊缝金属的液化裂纹是多道焊焊缝中沿凝固晶界或迁移晶界发生的,其原因是先焊的焊道中铁素体含量少或无铁素体而存在低熔点共晶薄膜,在随后焊道的热影响下发生开裂,也就是说,全奥氏体焊缝对液化裂纹是敏感的.液化裂纹通常埋藏在焊缝内部且尺寸比较小,因此难以通过无损检测的手段检测,除非发生焊缝表面开裂而通过渗透检测(P T )发现.另外,这种裂纹在焊缝热处理后沿熔合线排列,常常会被误认为是再热裂纹.２)热影响区液化裂纹奥氏体不锈钢H A Z 的液化裂纹是由于在邻近熔合线的部分熔合区内,沿其晶粒边界形成了液态薄膜而产生的.这种液化可以是由于高温时在晶粒边界偏析的杂质(如S ㊁P )形成比基体熔点低的共晶薄膜,或者由于N b C (３４７型不锈钢)㊁碳化钛(T i C ,３２１型不锈钢)成分液化而产生的.对 ４３ 石㊀油㊀化㊀工㊀设㊀备㊀技㊀术２０２０年㊀于液化裂纹,S比P更有害.３)控制焊缝金属和热影响区金属的液化裂纹最有效的办法是调整熔敷金属的化学成分,使其产生合适的铁素体组织.研究表明,３４７型和３２１型奥氏体不锈钢焊后热处理后的铁素体数F Nȡ６.减少焊接热输入量在焊缝周围的热影响区形成很陡的温度梯度㊁每道焊缝尽量形成F A 凝固模式㊁降低杂质元素(如S㊁P)含量,均可降低产生液化裂纹的敏感性.另外,焊缝和热影响区的细晶粒结构以及适当提高锰(M n)含量也有利于增进抗裂性.１．３㊀σ相析出奥氏体不锈钢中的σ相是由铁(F e)和C r组成的金属间化合物,形成温度为５００~９００ħ,其析出主要有三个途径,一是直接产生于δ铁素体相,二是可能为γ奥氏体转变为次生铁素体,三是奥氏体直接产生.存在铁素体的奥氏体不锈钢母材和焊缝金属有利于σ相的形成,因为富C r的铁素体有利于C r的扩散.σ相多半分布在晶界处,这不但降低了材料的塑性和韧性,而且增大了晶间腐蚀的倾向.对于３２１型和３４７型奥氏体不锈钢,加热到７００ħ以上时,σ相可重新分解重溶.２㊀焊接接头热裂纹的预防２．１㊀焊缝化学成分与组织控制奥氏体不锈钢焊接材料选择应遵循等强度,相近的化学成分㊁组织性能和耐蚀性的原则,关键要考虑所采用的焊接方法对合金元素实际过渡系数㊁与母材熔合比对焊缝金属的化学成分的影响.１)焊缝金属化学成分控制及估算对于熔焊来说,焊缝金属是由填充材料和熔化了的母材两部分组成的.母材在焊缝金属中所占的百分比称为熔合比.以焊丝作为填充金属的气体保护焊,其焊缝金属中某一元素的合金含量[主要是指C r㊁N i㊁M o㊁钼(N b)等合金元素]可按式(１)计算.焊缝金属中某一元素的含量可用下式表示:C w＝bˑC b＋(１－b)ˑηˑC f(１)式中:C w 某合金元素在焊缝中的合金含量,(w,％);b 熔合比;C b 某合金元素在母材中的合金含量,(w,％);C f 某合金元素在焊材中的合金含量,(w,％);η 合金元素的过渡系数.如果采用焊条手工电弧焊㊁埋弧焊或药芯焊丝焊接,还要考虑药皮㊁焊剂或药芯渗合金的情况,其合金元素的过渡系数是不一样的.准确预测焊缝金属中的合金元素成分,对于奥氏体不锈钢中焊缝组织和性能与成分关联性更强的材料尤为必要,另外对焊接材料的选择㊁焊缝组织的精准预测也具有较好的作用.２)焊缝金属的组织预测根据焊缝组织的化学成分,可应用WR CＧ１９９８(或WR C５１９ʌ４ɔ)组织图㊁采用计算法或作图法预测焊缝金属的组织结构.对于３４７型不锈钢,其焊态和热处理后应有一定量的铁素体存在.铁素体的作用主要有以下几个方面:a)铁素体组织对P㊁S等杂质元素有较高的溶解性.这些对热裂纹有不利影响的P㊁S杂质可在铁素体晶内被优先沉积,如果配合F A凝固作用,可以很好地改善焊缝金属特别是热影响区的抗裂性.b)含有铁素体的焊缝金属有一个较窄的凝固温度区间,这个温度区间可保证在凝固终了阶段同时出现铁素体和奥氏体,产生凹凸不平的铁素体Ｇ奥氏体晶界,从而改变晶界浸润性质.一旦起裂,裂纹很难在这个凹凸不平的晶界扩展. c)与奥氏体相相比,铁素体相较低的热胀系数降低了焊缝在凝固(结晶)和冷却时的收缩应力.d)具有全奥氏体相的焊缝容易产生合金和杂质元素偏析,形成液态薄膜;而对于同时具有铁素体和奥氏体的双相组织,在焊缝结晶温度区由于二者界面能的差异,可以阻止 液态薄膜 的产生.３)预防热裂纹的产生还可通过细化晶粒㊁打乱奥氏体枝状晶方向的方式,使低熔点物质不至于析集在少数奥氏体晶界处,而是成为不连续的分散状态.焊缝金属的晶粒度应达到５~６级或以上.４)奥氏体不锈钢焊缝金属晶间腐蚀敏感温度范围可参考N A C E S P０１７０ʌ５ɔ,如３２１型㊁３４７型不锈钢的敏感温度区间为４００~８１５ħ,但根据５３㊀第４１卷第４期张国信等．奥氏体不锈钢材料制造及使用过程中常见问题及预防焊缝中的实际C 含量的不同,该温度范围还需要有所调整.相关研究显示,C r ２３C ６型碳化物最高析出温度与C 含量的关系可参见图５ʌ６ɔ,也可参照合金材料的T T C 曲线具体确定该碳化物的析出温度.因此,在制定焊后热处理的温度及冷却方式时要综合考虑.图５㊀不同C 含量的１８Ｇ８钢中C r ２３C ６析出㊀㊀时间Ｇ温度的关系㊀㊀５)P ㊁S 及其他元素的控制尽可能降低焊缝金属中的P ㊁S 含量,当S i /Cɤ５时,控制Pɤ０．０１５％(w ,％)㊁Sɤ０．０１０％(w ,％).另外,适当提高焊缝金属中的C ㊁M n 含量㊁保证N b ʈ１０C 等措施对防止焊缝金属的热裂纹也是有利的.２．２㊀焊后热处理对于存在焊接热裂倾向的奥氏体不锈钢,焊后原则上应进行热处理.热处理的方式有三种,即固溶处理㊁稳定化热处理和消除应力热处理.通常亚稳定型不锈钢需要采用固溶处理(如３０４型㊁３１６型等),稳定型不锈钢采用稳定化热处理.对采用５５０~６５０ħ这一温度范围进行消除应力热处理,业界有不同的看法,因为这个温度范围可能处于某些奥氏体不锈钢的敏化范围.对于厚壁不锈钢管道,消除应力热处理虽然可使峰值应力降低４０％左右,但平均应力只能降低５％~１５％,一旦热处理工艺掌握不好,极易造成焊接接头的敏化.目前,国内在厚壁３４７型管道(或者采用３４７型焊材焊接的３２１管道)焊后热处理问题上有不同的意见,相关标准也未作强制规定,大多壁厚超过４０mm 的３４７型焊接接头要求进行稳定化热处理.笔者个人认为:首先,对于采用和不采用热处理的不同情况,对铁素体含量要作出区别规定,如果不进行焊后热处理,焊缝金属和热影响区的铁素体数可控制在２ɤF Nɤ５;如果进行稳定化热处理,铁素体数应控制在５ɤF Nɤ１０,以保证焊接接头的抗裂性.其次,稳定化热处理的温度不宜超过９００ħ㊁时间不宜超过２h .这主要是考虑到６５０~９００ħ是３４７型不锈钢σ相的析出温度,若超过９００ħ,则存在铁素体向奥氏体转化的可能性;而在９００ħ时的保温时间不宜超过２h ,则是因为应力的消除主要取决于温度而非时间.另外,焊后热处理的冷却方式㊁空冷温度等细节也需注意.３㊀结语对奥氏体不锈钢的常见开裂问题原因以及主要防止措施进行了探讨.由于开裂也许是几种热裂纹共同作用所致,因此,具体的开裂情况需要根据当时的焊接工艺㊁热处理条件等因素综合考虑,才能找出合理的开裂原因.另外,除本文提到的相关控制方法外,还需考虑焊接方法(如手工电弧焊㊁埋弧焊㊁药芯焊丝焊接等)㊁焊接材料选择㊁焊接工艺等因素对开裂的影响,综合制定出有效的㊁有针对性的措施,保证焊接接头的综合性能及抗裂性要求.参考文献:[１]㊀A m e r i c a n W e l d i n g S o c i e t y ．W e l d i n g Ha n db o o k :V o l u m e４:M a t e r i a l sa n d A p pl i c a t i o n s :P a r t １[M ]．９t he d ．N Y :A m e r i c a nW e l d i n g S o c i e t y,２０１１:３０５．[２]㊀D HO O G E A．S u r v e y o nR e h e a tC r a c k i n g inA u s t e Ｇn i t i cS t a i n l e s sS t e e l sa n dN iB a s eA l l o ys [J ]．W e l d Ｇi n g Re s e a r c hA b r o a d ,１９９８,４１(３):２０６Ｇ２１９．[３]㊀中国机械工程学会,中国材料研究学会,中国材料工程大典编委会．中国材料工程大典:第２３卷:材料焊接工程:下[M ]．北京:化学工业出版社,２００６．[４]㊀W e l d i n g Re s e a r c h C o u n c i l ．S t a i n l e s s S t e e l s W e l d M e t a l Ｇpr e d i c t i o no f F e r r i t e C o n t e n t :WR C ５１９ ２００７[S ]．S h a k e r H e i g h t s :W e l d i n g R e s e a r c h C o u n c i l ,２００７．[５]㊀N A C EI n t e r n a t i o n a l ．P r o t e c t i o no fA u s t e n i t i cS t a i n Ｇl e s s S t e e l s a n d O t h e r A u s t e n i t i c A l l o y s f r o m P o l y t h i o n i cA c i dS t r e s sC o r r o s i o nC r a c k i n g D u r i n g a S h u t d o w no fR e f i n e r y E q u i p m e n t :S P０１７０ ２０１２[S ]．N Y :H I S ,２０１２．,[６]㊀D AM I A NJC ,K O T E C K IDJ ．不锈钢焊接冶金学及焊接性[M ]．陈剑宏,译．北京:机械工业出版社,２００８:１８８．６３ 石㊀油㊀化㊀工㊀设㊀备㊀技㊀术２０２０年㊀a c c e s s o r y o f f l o a t i n g r o o f s t o r a g e t a n k．W i t h t h e h e l p o fc e r t a i nr e a s o n i n g a n da s s u m p t i o n,t h e c a l c u l a t i o n m o d e lo f f o u rw o r k i n g c o n d i t i o n s i sb u i l t．R e f e r r i n g t o A P I２０００,t h e v e n t i l a t i o n u n d e r v a r i o u sc o nd i t i o n s i s c a l c u l a te d,a n df i n a l l y t h e i n s t a l l a t i o n n u m b e r o f P V V i s d e t e r m i n e d．K e y w o r d s:f l o a t i n g r o o f;s t o r a g et a n k;e d g e b r e a t h i n g v a l v e/P V V;n e c e s s i t y;c a l c u l a t i o n m e t h o dC O M P A R A T I V E A N A L Y S I S O FD I F FE R E N T C O N N E C T I O NJ O I N T SB E T W E E NS K I R T A N D T O W E R[２６]Z h a o F e i(S I N O P E C E n g i n e e r i n g I n c o r p o r aＧt i o n,B e i j i n g,１００１０１)A b s t r a c t:W i t h t h e d e v e l o p m e n t o f p e t r o c h e m i c a l e q u i p m e n t t o w a r d s l a r g e s c a l e a n d l i g h t w e i g h t,t h eo p e r a t i n g c o n d i t i o n so f t o w e r s a r eb e c o m i n g m o r ea n d m o r ec o m p l i c a t e d．T h e s t r e s sd i s t r i b u t i o n i sd i f f e r e n ta t t h ec o n n e c t i o n b e t w e e n t h es k i r ta n dt h eb o t t o m o f t h et o w e r u n d e rd i f f e r e n tt y p e so f l o a d s．T h e r e f o r e,h o w t oc h o o s et h ec o n n e c t i o nt y p ec o r r e c t l y i nt h e d e s i g n h a s b e c o m e t h e m a i n c o n c e r n f o r d e s i g n e r s．I n t h i s p a p e r,t h e f i n i t e e l e m e n t m e t h o d i s a d o p t e d t o s t u d y t h e d i f f e r e n t c o n n e c t i o n t y p e s b e t w e e n t h e s k i r t a n d t h e t o w e r,e x p l o r e t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f s t r e s s d i s t r i b u t i o n a n d d i s p l a c e m e n t u n d e r d i f f e r e n t t y p e s o fl o a d s a n d i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t a l i g n m e n t t o t h e c o n n e c t i o n．T h i s p r o v i d e s r e f e r e n c e f o r t h ed e s i g no f v e s s e l sw i t h s k i r t s u p p o r t．K e y w o r d s:t o w e r;s k i r t;c o n n e c t i o n t y p e;f i n i t e e l e m e n tm e t h o d/F E M;f a t i g u e a n a l y s i sC O MM O N P R O B L E M SI N M A N U F A C T U R I N G A N DU S I N GP R O C E S SO FA U S T E N I T I CS T A I NＧL E S SS T E E LA N DP R E V E N T I O N[３２]Z h a n g G u o x i n１,M aW e i２(１．S I N O P E CG u a n gＧz h o u E n g i n e e r i n g C o m p a n y L i m i t e d,G u a n gＧz h o u,G u a n g d o n g,５１０６２０;２．Z h o n g k e (G u a n g d o n g)R e f i n e r y&P e t r o c h e m i c a l C o m p a n y L i m i t e d,Z h a n j i a n g,G u a n g d o n g,５２４０７６)A b s t r a c t:A u s t e n i t i c s t a i n l e s s s t e e l s a r e t h e m o s tw i d e l y u s e d m a t e r i a l si n e q u i p m e n t a n d p i p e l i n e s i no i lr e f i n i n g a n dc h e m i c a l i n d u s t r y, m o s t l y u s e d i n c o r r o s i o nＧr e s i s t a n t a n d h i g hＧt e m p e r a t u r eＧr e s i s t a n t w o r k p l a c e s．A t h i g hＧt e m p e r a t u r e a n d h i g hＧp r e s s u r e w o r k p l a c e s i n r e f i n i n g a n d h y d r o g e n a t i o n p l a n t s,t y p e３２１a n d３４７s t a i n l e s s s t e e l a r e o f t e n u s e d i n m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s p i p e l i n e s．H o w e v e r, m a n y d a m a g ec a s e sh a v eo c c u r r e di nt h e s et w o t y p e s o f a u s t e n i t i c s t a i n l e s s s t e e l s d u r i n g w e l d i n g,h e a t t r e a t m e n t a n d u s e．B a s e d o n t h e a b o v e r e a s o n s,t h i s p a p e r e x p o u n d s t h e t y p e s o fh o t c r a c k s i na u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e l, t h e c a u s e s a n d m e c h a n i s m o f i n t e r g r a n u l a r c o r r o s i o na n d p r e v e n t i v e m e a s u r e s,w h i c h c a n p r o v i d er e f e r e n c ef o rr e l e v a n te n g i n e e r si nt h i s f i e l d．K e y w o r d s:a u s t e n i t i c s t a i n l e s s s t e e l;h e a t i n g c r a c k;m e c h a n i s m;w e l d i n g;c o n t r o lA B S T R A C T S㊀P E T R OＧC H E M I C A LE Q U I P M E N T T E C H N O L O G YS t a r t e dP u b l i c a t i o n i n１９８０．B i m o n t h l y．J u l．２０２０V o l．４１N o．４ Ⅴ。
