18—8型奥氏体不锈钢的焊接工艺

78 石油化工应用 P]哪 OCHEMICAL INOUSTRY APPUCAⅡON 第27卷 第2期 2007年4月 18—8型奥氏体不锈钢的焊接工艺 徐晓燕 (中石油宁夏石化公司，宁夏 银川 750026) 摘 要：通过对奥氏体不锈钢晶间腐蚀原理及其影响因素的介绍，提出了奥氏体不锈钢的焊接工艺和采取的焊接方法。 关键词：18—8钢；晶问腐蚀；焊接工艺；焊接方法 中图分类号：TG44 文献标识码：B 文章编号：1673—5285[2007)02一I)078—03 奥氏体不锈钢是应用最广泛的不锈钢，高铬镍钢 和高铬锰氮钢均为此类，其中应用最广泛的 是 18—8 型铬镍不锈钢，此类钢中含铬量为 18％，含镍量为 8％。按照钢中不同的碳含量，铬镍不锈钢可分为三个 等级：即一般含碳量不锈钢(C<0．14％)，低碳级不锈 钢(C<0．06％)，和超低碳不锈钢(C<0．03％)三种。 在含碳较高的不锈钢中，常加入稳定元素钛和铌等。 奥氏体不锈钢在氧化性介质和某些还原性介质中都有 良好的耐腐蚀性，并具有良好的可焊性。 1 材料成分与性能 l8—8型奥氏体不锈钢的主要化学成分见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1，力 学性能见表2。 表1 18—8型奥氏体不锈钢的钢号及主要化学成分 (％) 钢号 C Si № P S Cr Ni OQ18 17．O 8．O ≤O．08 ≤1．O0 ≤2．O0 ≤O．030 ≤O．O25 N汐 一19．O 一1O．5 Ocr18 17．O 8．O ≤O．08 ≤O．80 1．o0 2．O0 ≤O．030 ≤O．O25 Ni9Ti 一19．O 一9．5 1cr18 17．O 8．O ≤O．12 ≤0．80 1．o0—2．O0 ≤O．035 ≤O．O25 N．91 一19．O 一9．5 · 收稿日期：2006—11～15 表2 18—8型奥氏体不锈钢的力学性能 钢号 抗拉强度 屈服强度延伸率／(％)~'／．(riBS) 铬镍不锈钢是工业上应用较多的不锈钢，l8—8型 不锈钢含铬量约18％；含镍量约8％；基本上能得到均 匀的奥氏体组织，耐腐蚀性能显著提高。由表2可知， 奥氏体不锈钢的焊接性较好，只要正确选择焊条和焊 接工艺，就可获得满意的焊接接头。 2 奥氏体不锈钢的晶间腐蚀 在一般情况下，不锈钢具有良好的塑性，但在热加 工或冷加工不当时，会产生脆化而形成裂纹；不锈钢中 的合金元素对氧有较强的亲和力，所以也容易产生合 金元素的烧损；另外还存在裂热对纹的敏感性，随着技 术的发展和对这类钢的认识，这些问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 在技术上(焊材 的选用、焊接工艺规范的制定、焊接 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 的采取、设备 的选型)都能得到解决。下面主要讨论这类钢焊接接 头的晶间腐蚀问题。 2．1 晶间腐蚀机理 晶间腐蚀是指沿焊缝金属的晶粒 边界发生的腐蚀现象。焊缝金属晶粒边界迅速被腐蚀 并沿晶界不断深入，破坏晶粒之间的联系，使之变脆，而 维普资讯 http://www.cqvip.com 徐晓燕 l8—8型奥氏体不锈钢的焊接工艺 79 晶粒本身的耐腐蚀性无变化，焊缝金属表面无腐蚀现 象，外观仍有金属光泽，但敲击时失去了金属的声音。 实践证明，l8—8钢无论是焊缝还是热影响区，都 可能发生晶间腐蚀。因为碳在奥氏体中的溶解度随温 度的下降而降低，室温下，溶解度只有0．02％，而一般 l8—8钢的含碳量约为0．08％，故碳呈过饱和状态在 奥氏体中。在室温时，因碳的扩散速度极慢，不可能集 中析出形成碳化物，而当温度升高到450—850"13时，奥 氏体中过饱和碳扩散速度增大，就会在晶粒边界析出 而与铬形成碳化铬。碳化铬中的铬浓度很高，达95％， 比在奥氏体中的铬浓度18％高得多。而铬在奥氏体中 的扩散速度很小，来不及向晶界扩散，结果由于碳化铬 生成，大量消耗了晶界处的铬，使晶界处的含铬量降低 到小于12％，这时晶界就失去了耐腐蚀能力。 3．2 晶间腐蚀的影响因素 3．2．1 加热温度 l8—8钢在450—850℃范围内，停 留一段时间后，就会发生晶间腐蚀。低于450"C，奥氏 体中的碳扩散速度不快，不可能大量向晶界扩散析出 而形成碳化铬，故没有晶间腐蚀的现象；若高于850"13， 这时不仅碳在奥氏体中扩散速度极大，而且铬在奥氏 体中的扩散速度也增大，晶内大量的铬可供在晶界处 生成碳化铬所需消耗的铬，也不会造成晶间贫铬，故也 不发生晶间腐蚀。 图1 加热温度和保湿时间对 18—8 钢抗晶间腐蚀能力的影响 3．2．2 加热时间 加热到危险温度范围(450～ 850"C)，要产生晶间腐蚀；但在不同温度下可停留的时 间是不同的，如图l所示。约在700—750℃时最不稳 定，只需十几秒钟到几分钟便会丧失抗晶间腐蚀能力。 越是接近危险温度的上下限，可停留的时间越长。 3．3．3 化学成分 成分中影响最大的是含碳量，当 含碳量小于0．04％，即为超低碳的奥氏体不锈钢，则无 晶间腐蚀。强碳化物形成元素，如钛、铌、钼、镐等；对 提高抗晶间耐腐蚀的能力有良好的作用，这是因为它 们能取代铬而与碳化合，起到稳定铬固定在奥氏体组 织里，如1Crl8Ni9Ti钢中的钛即为稳定剂；大大提高材 料的抗晶间腐蚀能力。 4 焊接工艺 4．1 焊条选择 根据焊件的使用条件进行选择。 1．超低碳不锈钢焊条。如奥002、奥012等，含碳 量极低，故抗晶间腐蚀性能较好，用于在危险温度及在 强腐蚀介质下工作的设备。 2．含碳量大于0．04％、不含稳定剂的l8—8型焊条， 如奥102、奥107等，只能用于耐腐蚀要求不高的焊件。 3．含有稳定剂铌的焊条。如奥132、奥137等可和 含有稳定剂铌的不锈钢配合使用，用于耐晶间腐蚀性 能要求高的焊件。 表3 18—8型奥氏体不锈钢选用焊条举例 4．2 工艺措施 1．焊接规范应选用小线能量，焊接电 流要小，一般比低碳钢要小20％。也可按焊条直径的 25—35倍估算，具体电流大小可根据焊条直径按表4 选取。 表4 焊 接 规 范 焊条直~．／mm 焊接电流／A 焊条直径／咖 焊接电流／A 2．施焊时，焊条不作横向摆动，尽量减少母材过热。 3．焊缝尽量避免重复加热，故不宜采用多层焊。 4．焊接时不得随意在钢板上引弧。 5．加速焊缝冷却时，一般可让其空冷。特殊要求，还 可采取钢垫板、通水、通压缩空气等强制冷却焊接接头。 维普资讯 http://www.cqvip.com 8O 石油化工应用 2007年 第2期 4．3 焊后热处理 铬镍奥氏体不锈钢一般焊后不进 行热处理，但为了提高材料的抗晶间腐蚀能力，可采用 稳定化退火和固溶处理。 4．4 晶间腐蚀试验方法 按照 GB1223—75中规定， 焊接试样直接以焊后状态进行试验。 1．检测方法 1)C法(草酸法)，20—50~C，阳极电流，密度 lA／ em ，电解 1．5min。 2)一般介质采用T法(铜屑一硫酸一硫酸铜法)， 沸腾24h防止溶液蒸发损失。 3)x法(硝酸法)只在硝酸、尿素合成等少数介质 中使用，沸腾三个周期，每周期48h。 5 焊接措施 l8—8钢焊接时，焊缝的晶间腐蚀问题，可以从以 下几个方面采取措施。 1．焊缝中加入一定量的铁素体形成元素，如加入 钛、铌、钼、钡、硅等，促使焊缝形成奥氏体加铁素体双 相组织。实践证明，在奥氏体中有少量铁素体存在，就 会大大改善材料的抗晶间腐蚀能力。这是因为奥氏体 中碳的浓度比铁素体中碳的浓度大，所以碳原子有向 奥氏体中扩散的趋势。奥氏体中的碳和铁素体中的铬 都向两相交界处扩散，由于碳的扩散速度很大，有可能 碳原子首先从奥氏体越过边界与铬形成碳化铬，又由 于铬在铁素体里的扩散速度要比在奥氏体中快得多， 一 旦在晶界处形成贫铬区，能够较快地从铁素体内部 得到补充，从而使贫铬层消失。 但是l8—8钢中的铁素体量不宜过多，否则会促 使 盯相形成，反而降低抗晶间腐蚀的能力。 2．焊缝中加入稳定碳化物元素，即在焊缝中加入 钛、铌，使之形成 TiC或 NbC，减少形成碳化铬的可能 性，也可避免晶间腐蚀。如奥 132焊条、奥 137焊条既 是有铌作为稳定剂的不锈钢焊条。 3．减少焊缝中的含碳量，即可减少和避免形成碳 化物，从而降低形成晶间腐蚀的倾向。如果把含碳量 降低到0．04％以下，就可避免碳化物析出。这种含碳 量低于0．04％的不锈钢或焊条，一般称为“超低碳”不 锈钢，能有效地克服晶间腐蚀。 4．对于焊接接头，一般可控制焊接规范或采取焊 后热处理的方法来改善抗晶间腐蚀能力。 控制焊接热规范的措施主要是缩短加热时间，减 少焊缝截面，用小线能量规范进行焊接，强制快速冷却 等，避免在危险温度停留时间过长。 焊后热处理，可采用稳定化退火，既加热到850~C 保温4h，然后空冷，也可采用固溶处理；既一般采取加 热到1050—1150~C，保温后水冷，即可避免晶间腐蚀。 6 结语 实践证明：严格按照焊接工艺规程进行施工，并且 采取一定的焊接措施；18—8钢焊接时晶间腐蚀问题能 够得到有效控制，大大改善了钢材的焊接性，使焊接的 一 次合格率达到了98％以上。 参考文献： [1] 锅炉压力容器焊接[M]．银川：宁夏人民出版社，1999．5． [2] 化工检修焊工工艺学[M]．北京：化学工业出版社，1997． 2． W elding technology of 1 8·——8 type austentic stainless steel XU )【iaoYan (Petroehina Ningxia Petrochemical Company，Yinehuan，750026，china) Abstract：This paper has introduced the erosion pineiple and affeetive factors of 18-8 austenfic stainless steel，then tell US welding techlogy and weiding control measure． Key words：18--8stainless steel；crystal erosion；weiding teehlogy；welding measure 维普资讯 http://www.cqvip.com