奥氏体不锈钢焊接性能分析

奥氏体不锈钢304焊接性评定试验报告

奥氏体不锈钢304具有非常好的塑性和韧性,这决定了它具有良好的弯折、卷曲和冲压

成型性，因而便于制成各种形状的构件、容器或管道；奥氏体型不锈钢304的耐腐蚀性能特

别优良，是它获得最为广泛应用的根本原因。也正是这样，在评价焊接质量时必然特别强调

焊接接头的开裂倾向、焊接缺陷敏感性和耐晶间腐蚀等的能力。

本报告结合奥氏体不锈钢304的焊接特点，进行了手工钨极氩弧焊评定性试验，现就

试验结果作一介绍

一、奥氏体不锈钢的焊接特点：

奥氏体不锈钢韧性、塑性好，焊接时不会发生淬火硬化，尽管其线膨胀系数比碳钢大

得多，焊接过程中的弹塑性应力应变量很大，却极少出现冷裂纹；尽管有很强的加工硬化能

力，由于焊接接头不存在淬火硬化区，所以，即使受焊接热影响而软化的区域，其抗拉强度

仍然不低。304钢的热胀冷缩特别大所带来的焊接性的问题，主要有两个：一是焊接热裂纹，

这与奥氏体不锈钢的晶界特性和对某些微量杂质如硫、磷等敏感有关；二是焊接变形大。 1、焊接接头的热裂纹及其对策

1.1焊接接头产生热裂纹的原因

单相奥氏体组织的奥氏体型不锈钢焊接接头易发生焊接热裂纹，这种裂纹是在高温状态

下形成的。常见的裂纹形式有弧坑裂纹、热影响区裂纹、焊缝横向和纵向裂纹。就裂纹的物

理本质上讲，有凝固裂纹、液化裂纹和高温低塑性裂纹等多种。奥氏体型不锈钢易产生焊接

接头热裂纹的主要原因有以下几点：

1）焊缝金属凝固期间存在较大的拉应力，这是产生凝固裂纹的必要条件。由于奥氏体

型不锈钢的热导率小，线膨胀系数大，在焊接区降温（收缩）期焊接接头必然要承受较大的

拉应力，这也促成各种类型热裂纹的产生。

2）方向性强的焊缝柱状晶组织的存在，有利于有害杂质的偏析及晶间液态夹层的形成。

3）奥氏体不锈钢的品种多，母材及焊缝的合金组成比较复杂。含镍量高的合金对硫和

磷形成易熔共晶更为敏感，在某些钢中硅和铌等元素，也能形成有害的易熔晶间层。

1.2避免奥氏体型不锈钢焊接热裂纹的途径。

厚壁高碳奥氏体不锈钢347H的焊接技术分析

摘要：结合常规的焊接技术，加上典型冷氢化反应器硬件，重点介绍了厚壁高碳奥氏体不锈钢347H的化学成分和性能特点，通过对焊接前、焊接过程中、焊接后的因素控制，说明奥氏体不锈钢焊接特点和注意要素，从而有效控制质量和进度。

关键词：厚壁高碳奥氏体；不锈钢；347H；焊接技术

0引言

由于奥氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀性、耐热性，塑性和韧性较好，可焊性较好，在任何温度下都不会发生相变，对氢脆不敏感，因此在很多行业中得到了广泛的应用。但是在焊接过程中，如果工艺处理不当，还是会产生很多问题和隐患。对不同的生产任务，工艺的侧重点是不同的，如何进行有效的控制，可从焊接前、焊接过程和焊接后三个方面加以操作。

1347H的化学成分和性能特点

347H属于奥氏体不锈钢，具有良好的耐腐蚀性能、耐高温性能、耐氧化性能、焊接性能和热强性能。347H钢板的化学成分、力学性能[1]和高温性能[2]均符合SA-240标准要求，具体数值见表1、2。

表1347H钢板的化学成分

表2347H钢板的力学性能和高温性能

347H若要满足一定要求的耐腐蚀性，就必须严格控制晶粒尺寸，细晶粒的奥氏体组织能加快铬在晶界的扩散迁移，并与氧形成一层致密富铬氧化层（Cr2O3），这个富铬氧化层能阻止高温下347H的氧化。固溶处理有利于奥氏体不锈钢的高温强度，但固溶处理的温度必会导致晶粒尺寸变大，所以必须严格控制晶粒度为ASMENo.7号或更粗的平均晶粒度。

2焊接前的控制

2.1焊接母材和焊材的控制要根据标准和规范要求，严格控制母材和焊材的各项化学成分。

比如母材和焊材中S、P含量较高（在标准要求内）。可能对焊接的冷、热裂纹产生影响。Ni含量可以控制焊缝金属内的δ相铁素体的体积份数；在一定的范围内，形成奥氏体-铁素体双相组织，单相奥氏体组织具有粗大树枝状晶粒特性，经过敏化后出现的贫铬层能贯穿于晶粒之间而构成腐蚀介质的集中通道，因而具有较大的腐蚀倾向。但是，当奥氏体焊缝中含有较多铁素体形成元素或较多的δ相时，焊缝中的δ相高温下发生δ相析出而容易脆化。对低温韧性有要求的情况下，单相的奥氏体组织性能更好。一定的Wn的含量可以防止热裂纹的产生。Ti和Nb与C的亲和力强，可以在固溶处理下容易生成稳定的化合物，抑制碳化物的形成，避免敏化温度下在晶界上析出铬的碳化物，可以控制在焊缝区和热影响区由于贫铬形成晶间腐蚀。但在含有Ti或Nb奥氏体不锈钢的熔合区上，因为在高温（大于1200℃）溶解于奥氏体的Ti或Nb的碳化物，冷却过程在晶界处有C的扩散和聚集，在多层焊使温度加热到敏化温度时晶界有（CrFe）23C6沉淀而形成贫Cr层产生熔合区的晶间腐蚀。选用超低碳型焊条、焊丝及母材，或选用稳定化合金属足够的焊条或焊丝可以控制耐腐蚀性。

第２９卷第１２期　２０１３年６月　甘肃科技　Ｇａｎｓｕ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｌｆ．２９Ⅳ０．１２　Ｊｕｎ．　２０１３　

制造重整反应器用奥氏体不锈钢￥３０４０９的焊接　

庞　忠　

（甘肃省第二安装工程公司，甘肃兰州７３００５０）　

摘要：￥３０４０９奥氏体型不锈钢不但具有较好的力学性能，便于机械加工、冲压和焊接，而且在氧化性环境中具有优　良的耐蚀性能；同时，由于奥氏体的再结晶温度高，铁和其他元素的原子在其中的扩散系数小，故其强化稳定性比铁　

素体高，因此，奥氏体不锈钢也可作为耐热钢使用。就此进行了ｓ３ｏ４０９不锈钢的对接接头组合焊接工艺评定及产品　的施焊，各项技术指标均满足要求，证明所选用的焊接方法、焊接材料、焊接工艺正确合理。　关键词：重整反应器；奥氏体不锈钢；焊接工艺评定；焊接材料　

中图分类号：ＴＧ１１５　

奥氏体型不锈钢是应用最广泛的一类不锈钢，　

以１８—８型不锈钢最有代表性，不但具有较好的力　

学性能，便于机械加工、冲压和焊接，而且在氧化性　

环境中具有优良的耐蚀性能；同时由于奥氏体的再　

结晶温度高，铁和其他元素的原子在其中的扩散系　

数小，故其强化稳定性比铁素体高，因此奥氏体不锈　钢也可作为耐热钢使用。　

４５万ｔ／ａ丙烷脱氢项目重整反应器设计温度为　

４００～６７０￣Ｃ，设计压力０．８ＭＰａ，介质：氢气、丙烷及　

丙烯，主体材质为￥３０４０９（表１、表２分别为￥３０４０９　

钢的化学成分及力学性能要求），规格０２８００×４０×　

２７２５２，结构如图１所示。　

表１　ｓ３０４０９钢化学成分　％　

表２　８３０４０９钢力学性能　

：｝｛＝　

图１重整反应器结构　

１奥氏体不锈钢的焊接特点　

１．１焊接热裂纹　

奥氏体不锈钢由于热传导率小，线膨胀系数大，　

焊接过程中，焊接接头部位在高温停留时间较长，焊　

缝易形成粗大的柱状晶组织，凝固结晶时，若硫、磷、　

锡、锑、铌等杂质元素含量较高，就会在晶间形成低　

熔点共晶，当焊接接头承受较高的拉应力时，导致在　

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。因为焊条电弧焊热量比较集中，热影响区小，焊接变形小；能适应各种焊接位置与不同板厚工艺要求，所用设备简单。施工过程中，为控制焊接线能量，