0Cr18Ni9Cu3型奧氏體不銹鋼化學成分對焊縫質量的影響
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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無錫不銹鋼因其良好的耐腐蝕性、較高的塑性和韌性而廣泛應用于機械、石油、化工、食品、醫藥等行業。在發達國家，每年消耗的不銹鋼中約有70%是奧氏體不銹鋼，在國內，奧氏體不銹鋼的消耗量達到了無錫不銹鋼總消耗量的65%。
18-8型奧氏體不銹鋼是奧氏體不銹鋼中具有代表性的系列，該類鋼材具有較好的耐腐蝕性能、耐熱性能、力學性能和焊接性能，便于進行機械、沖壓和焊接加工。以0Cr18Ni9Cu3奧氏體不銹鋼為例，分析了鋼材中主要化學成分及其他組織成分的存在形式、存在機理和化學成分對鋼材性能的影響。
在0Cr18Ni9Cu3奧氏體不銹鋼中ω(C)≤0.08%，由于C的存在，焊接時可導致在焊縫金屬的晶界與亞晶界處產生晶間腐蝕，最終導致產生焊接裂紋。產生晶間腐蝕的原因是奧氏體不銹鋼在450～850℃時，過飽和的C向奧氏體晶粒邊界擴散，并與晶界處的Cr化合形成碳化鉻。由于Cr在奧氏體中的擴散速度小于C的擴散速度，使得晶界處的Cr得不到及時補充，造成奧氏體邊界處貧Cr富C。
Si在不銹鋼中起脫氧作用，可有效去除焊縫中的有害氣體，防止氣孔和氧化物的生成。當ω(Si)為0.10～0.30%時，能起到細化晶粒的作用，在一定范圍內使鋼材強度提高，而塑性和韌性等有所降低；當ω(Si)＜1%時，則會使鋼材變脆，可焊性和抗銹蝕性能降低，但隨著ω(Si)的提高，奧氏體不銹鋼對濃硝酸的耐腐蝕能力會有所提高。
Mn具有很好的脫氧作用，奧氏體不銹鋼中加入較多的Mn，在某種程度上可減少Ni的含量，起到降低成本的作用。但Mn具有固溶處理后提高焊縫抗拉強度和冷加工硬化的作用，同時Mn可促進奧氏體晶粒的長大，粗大的晶粒組織會降低材料的塑性和韌性，這意味著焊縫金屬抵抗外界沖擊載荷的能力降低。
在熱加工過程中，S與Fe將會形成低熔點的化合物FeS及FeS-Fe共晶體，在焊接時，這些共晶物首先成為液態流失，在隨后的冷卻過程中受收縮拉應力的作用發生熱開裂，形成熱影響區液化裂紋。P具有強烈的固溶強化作用，使鋼材的強度和硬度增加，但塑性和韌性則顯著降低，這種脆化現象在低溫時更為嚴重，故稱為“冷脆”。
Cr是奧氏體不銹鋼中的主要合金元素，是各種添加元素中含量最高的，無錫不銹鋼之所以能夠抗腐蝕，是由于Cr的存在。同時，Cr還可防止奧氏體不銹鋼及合金中由于Ni含量提高而容易出現晶間型應力腐蝕的傾向。Ni是形成奧氏體鋼的決定性元素。焊縫金屬中Ni的質量分數提高，則焊縫金屬可成為穩定的奧氏體組織，馬氏體脆化層隨之減少，焊縫金屬的力學性能得到了改善。Ni還可提高鋼材的韌性和延展性，使之更易于加工、制造和焊接。
Cu除了可以提高鋼材的耐酸堿性外，還可降低鋼材的冷加工硬化率，改善冷頂鐓和冷成形性能，提高焊縫的耐腐蝕能力，尤其是耐鹽霧腐蝕的能力。
除上述元素外，奧氏體不銹鋼中還存在如N、稀土等微量元素，這些元素對無錫不銹鋼的性能都會產生不同程度的影響。當多種元素共存于無錫不銹鋼這個統一體中時，其影響要比單獨存在時復雜得多，因為在這種情況下不僅要考慮各元素自身的作用，而且還要注意其相互間的影響。