壓力容器用不鏽鋼及其焊接特點(diǎn)

所謂不鏽鋼是指在鋼中加進(jìn)一定量的鉻元素後，使鋼處?kù)垛g化狀態(tài)，具有不生鏽的特性。為達(dá)到此目的，其鉻含量必須在12％以上。為進(jìn)步鋼的鈍化性，不鏽鋼中還往往需加進(jìn)能使鋼鈍化的鎳、鉬等元素。一般所指的不鏽鋼實(shí)際上是不鏽鋼和耐酸鋼的總稱。不鏽鋼並不一定耐酸，而耐酸鋼一般均具有良好的不鏽性能。

不鏽鋼按其鋼的組織不同可分為四類，即奧氏體不鏽鋼、鐵素體不鏽鋼、馬氏體不鏽鋼、奧氏體-鐵素體雙相不鏽鋼。

1.奧氏體不鏽鋼及其焊接特點(diǎn)

奧氏體不鏽鋼是應(yīng)用廣泛的不鏽鋼，以高Cr-Ni型普遍。目前奧氏體不鏽鋼大致可分為Cr18-Ni8型、Cr25-Ni20型、Cr25-Ni35型。奧氏體不鏽鋼有以下焊接特點(diǎn)：

① 焊接熱裂紋 奧氏體不鏽鋼由於其熱傳導(dǎo)率小，線膨脹係數(shù)大，因此在焊接過(guò)程中，焊接接頭部位的高溫停留時(shí)間較長(zhǎng)，焊縫易形成粗大的柱狀晶組織，在凝固結(jié)晶過(guò)程中，若硫、磷、錫、銻、鈮等雜質(zhì)元素含量較高，就會(huì)在晶間形成低熔點(diǎn)共晶，在焊接接頭承受較高的拉應(yīng)力時(shí)，就易在焊縫中形成凝固裂紋，在熱影響區(qū)形成液化裂紋，這都屬於焊接熱裂紋。防止熱裂紋有效的途徑是降低鋼及焊材中易產(chǎn)生低熔點(diǎn)共晶的雜質(zhì)元素和使鉻鎳奧氏體不鏽鋼中含有4％～12％的鐵素體組織。

② 晶間腐蝕 根據(jù)貧鉻理論，在晶間上析出碳化鉻，造成晶界貧鉻是產(chǎn)生晶間腐蝕的主要原因。為此，選擇超低碳焊材或含有鈮、鈦等穩(wěn)定化元素的焊材是防止晶間腐蝕的主要措施。

③ 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂通常表現(xiàn)為脆性破壞，且發(fā)生破壞的過(guò)程時(shí)間短，因此危害嚴(yán)重。造成奧氏體不鏽鋼應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的主要原因是焊接殘餘應(yīng)力。焊接接頭的組織變化或應(yīng)力集中的存在，局部腐蝕介質(zhì)濃縮也是影響應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的原因。

④ 焊接接頭的σ相脆化 σ相是一種脆硬的金屬間化合物，主要析集於柱狀晶的晶界。γ相和δ相都可發(fā)生σ相轉(zhuǎn)變。比如對(duì)於Cr25Ni20型焊縫在800℃ ~ 900℃加熱時(shí)，就會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的γ→δ轉(zhuǎn)變。對(duì)於鉻鎳型奧氏體不鏽鋼，特彆是鉻鎳鉬型不鏽鋼，易發(fā)生δ→σ相轉(zhuǎn)變，這主要是由於鉻、鉬元素具有明顯的σ化作用，當(dāng)焊縫中δ鐵素體含量超過(guò)12％時(shí)，δ→σ的轉(zhuǎn)變非常明顯，造成焊縫金屬的明顯的脆化，這也就是為什麼熱壁加氫反應(yīng)器內(nèi)壁堆焊層將δ鐵素體含量控製在3％~10％的原因。

2. 鐵素體不鏽鋼及其焊接特點(diǎn)

鐵素體不鏽鋼分為普通鐵素體不鏽鋼和超純鐵素體不鏽鋼兩大類，其中普通鐵素體不鏽鋼有Cr12～Cr14型，如00Cr12、0Cr13Al；Cr16～Cr18型，如1Cr17Mo；Cr25～30型。

由於普通鐵索體不鏽鋼中的碳、氮含量較高，故加工成形及焊接都較困難，耐蝕性也難以保證，使用受到限製，在超純鐵素體不鏽鋼中嚴(yán)格控製了鋼中的碳和氮總量，一般控製在0.035％～0.045％、0.030％、0.010％ ~0.015％三個(gè)層次，同時(shí)還加進(jìn)必要的合金元素以進(jìn)一步進(jìn)步鋼的耐腐蝕性和綜合性能。與普通鐵素體不鏽鋼相比，超純高鉻鐵素體不鏽鋼具有很好的耐均勻腐蝕、點(diǎn)蝕及應(yīng)力腐蝕性能，較多的應(yīng)用於石化設(shè)備中。鐵素體不鏽鋼有以下焊接特點(diǎn)：

① 焊接高溫作用下，在加熱溫度達(dá)到1000℃以上的熱影響區(qū)特彆在近縫區(qū)的晶粒會(huì)急劇長(zhǎng)大，焊後即使快速冷卻，也無(wú)法避免因晶粒粗大化引起的韌性急劇下降及較高的晶間腐蝕傾向。

② 鐵素體鋼本身含鉻量較高，有害元素碳、氮、氧等也較多，脆性轉(zhuǎn)變溫度較高，缺口敏感性較強(qiáng)。因此，焊後脆化現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

③ 在400℃～600℃長(zhǎng)時(shí)間加熱緩冷時(shí)，會(huì)出現(xiàn)475℃脆化，使常溫韌性嚴(yán)重下降。在550℃～820℃長(zhǎng)時(shí)間加熱後，則輕易從鐵素體中析出σ相，也明顯降低其塑、韌性。

3. 馬氏體不鏽鋼及其焊接特點(diǎn)

馬氏體不鏽鋼可分為Cr13型馬氏體不鏽鋼、低碳馬氏體不鏽鋼和超級(jí)馬氏體不鏽鋼。Cr13型具有一般抗腐蝕性能，從Cr12為基的馬氏體不鏽鋼，因加進(jìn)鎳、鉬、鎢、釩等合金元素，除具有一定的耐腐蝕性能，還具有較高的高溫強(qiáng)度及抗高溫氧化性能。

馬氏體不鏽鋼的焊接特點(diǎn)：Cr13型馬氏體不鏽鋼焊縫和熱影響區(qū)的淬硬傾向特彆大，焊接接頭在空冷條件下便可得到硬脆的馬氏體，在焊接拘束應(yīng)力和擴(kuò)散氫的作用下，很輕易出現(xiàn)焊接冷裂紋。當(dāng)冷卻速度較小時(shí)，近縫區(qū)及焊縫金屬會(huì)形成粗大鐵素體及沿晶析出碳化物，使接頭的塑、韌性明顯降低。

低碳及超級(jí)馬氏體不鏽鋼的焊縫和熱影響區(qū)冷卻後，固然全部轉(zhuǎn)變?yōu)榈吞捡R氏體，但冇有明顯的淬硬現(xiàn)象，具有良好的焊接性能。