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奥氏体不锈钢的焊条选用

工品易达2022-10-16焊条15

莱氏体钢制的铜焊换用

1、对钢制的重新认识：

钢制是指主加原素Cr低于12%，能使钢处在崩解状况、又具备钢制优点的钢。钢制前述是钢制（耐水蒸气、水等弱锈蚀电介质）和和酸钢（和酸、碱、盐等强锈蚀电介质）的概称。钢制未必和酸，而和酸钢通常具备较好的苏泊尔操控性。

●钢制的进行分类

◆钢制依照其造影组织机构分成电感型、纤维状型、莱氏体型、莱氏体+电感型和结晶通气型钢制。

◆钢制依照主要就钛原素大体分成高铬型钢制和高铬镍型钢制。

◆高铬型钢制主要就包括纤维状型钢制和电感钢制两类。

◆高铬镍型钢制则主要就包括莱氏体、莱氏体+电感型和结晶通气型钢制。

▼纤维状钢制：常用的以Cr13钢制为代表者，在二氧化锰具备纤维状组织机构，如1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18MoV。

▼电感钢制：常用的以Cr13、Cr17为代表者，在二氧化锰具备电感组织机构，如0Cr13、0Cr13Al、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr25Ti。

▼莱氏体钢制：大体分成：

◇Cr18-Ni8型，如0Cr18Ni9、0Cr17Ni12Mo2等；

◇Cr25-Ni13型，如0Cr23Ni13；

◇Cr25-Ni20型，如0Cr25Ni20 ；

◇Cr25-Ni35型，如4Cr25Ni35（国外铸造钢制）；

◇超级莱氏体型，如254SMo（20Cr-18Ni-6Mo）。

☆Cr18Ni9钢制是基本的铬镍莱氏体钢制。

★注意：

钢制的苏泊尔性和耐蚀性是相对的和有条件的，目前还没有对任何锈蚀环境都具备耐蚀性的钢制，所以钢制的换用应依照具体的使用条件加以合理考虑。技术人员在进行材料代用时应注意。

●莱氏体钢制的组织机构特点：

◆通常在二氧化锰的组织机构为纯莱氏体，也有一些为莱氏体+少量电感，这种少量电感有助于防止热裂纹。

◆不能用热处理方法强化。但具备显著的冷加工通气性，可通过冷变形方法提高强度。

◆经冷变形产生的加工通气，可采用固溶处理便之软化。

2、莱氏体钢制的焊接特点：

（1）热裂纹。

★防止措施：

◇尽量使焊缝金属呈双相组织机构，电感的含量控制在3-5%以下。因为电感能大量溶解有害的S、P杂质。

◇尽量换用碱性药皮的优质铜焊，以限制焊缝金属中S、P、C等的含量。

（2）晶间锈蚀：依照贫铬理论，焊缝和热影响区在加热到450-850℃敏化温度区时在晶界上析出碳化铬，造成贫铬的晶界，不足以抵抗锈蚀的程度。

★防止措施：

◇采用低碳或超低碳的焊材，如A002等；采用含钛、铌等稳定化原素的铜焊，如A137、A132等。

◇由焊丝或铜焊向焊缝熔入一定量的电感形成原素，使焊缝金属成为莱氏体+电感的双相组织机构，（电感通常控制在4-12%）。

◇减少焊接熔池过热，换用较小的焊接电流和较快的焊接速度，加快冷却速度。

◇焊后稳定化退火处理（对耐晶间锈蚀操控性要求很高的焊件而言）：850 ℃/2-3h，空冷。

（3）应力锈蚀开裂：

●应力锈蚀开裂——焊接接头在特定锈蚀环境下受拉伸应力作用时所产生的延迟开裂现象。

●莱氏体钢制焊接接头的应力锈蚀开裂是焊接接头比较严重的失效形式，表现为无塑性变形的脆性破坏。

●应力锈蚀开裂的宏观特征：裂纹从表面开始向内部扩展，点蚀往往是裂纹的根源。断口上常附有各种锈蚀产物及氧化现象。

●影响应力锈蚀开裂的三要素：化学成分、拉应力、工作电介质。

▲化学成分：不同的材料本身对于应力锈蚀敏感性有所不同。

▲工作电介质：主要就是电介质的浓度和温度的影响：

① 对于碳钢及低钛钢的应力锈蚀开裂：

◇H2S电介质的存在：H2S的浓度达到饱和状况；H2S水溶液的温度在室温附近开裂倾向最大。

◇NaOH电介质的存在：在超过5% NaOH的几乎全部浓度范围内都可产生碱脆，而以30% NaOH附近最为危险。碱脆的临界温度约为沸点，碱脆的最低温度约为60℃。

② 对于莱氏体钢制的应力锈蚀开裂：

◇氯化物电介质的存在：几乎只要有Cl- 存在，即可发生应力锈蚀开裂；温度升高，应力锈蚀开裂加速，在Cl- 浓度少的稀溶液中，存在一个SCC敏感温度范围，通常在150-300℃。

◇NaOH电介质的存在：OH-的浓度低于0.1%即发生SCC，40-42%的NaOH是最危险的浓度；最低发生应力锈蚀开裂的温度是115℃左右（对于40-42%的NaOH）。

◇高温高压水电介质的存在：其中溶解的氧（O）浓度对钢制应力锈蚀开裂倾向影响很大，且存在一敏感温度范围150-300℃，在300℃附近最易产生应力锈蚀开裂。

▲接头拉应力：拉应力的存在是SCC的先决条件。压应力不会引起SCC。据调查，造成SCC的应力主要就是残余应力，约占80%，其中由焊接引起的残余应力约占30%。

★应力锈蚀开裂防止措施：

◇合理设计：①耐蚀材料的合理选择，实用上换用高Cr、Ni且含高Mo的莱氏体钢制是合理的，双相钢制具备最好的抗SCC操控性，超级莱氏体钢制显示明显的耐应力锈蚀能力；②最大限度地减少应力集中和减少高应力区。

◇合理制定成形加工和组装工艺，尽可能减小冷作变形度，避免强制组装，防止组装过程中造成各种伤痕（各种组装伤痕及电弧灼痕都会成为SCC的裂源，易造成锈蚀坑）。

◇合理选择焊材：焊缝与母材应有较好的匹配，不产生任何不良组织机构，如晶粒粗化及硬脆纤维状等；

◇采取合适的焊接工艺：保证焊缝成形较好，不产生任何应力集中或点蚀的缺陷，如咬边等；采取合理的焊接顺序，降低焊接残余应力水平；

◇消除应力处理：焊后热处理，如焊后完全退火或退火；在难以实施热处理时采用焊后锤击或喷丸等。

◇生产管理措施：电介质中杂质的控制，如液氨电介质中的O2、N2、H2O等；液化石油气中的H2S；氯化物溶液中的O2、Fe3+、Cr6+等；防蚀处理：如涂层、衬里或阴极保护等；添加缓蚀剂。

（4）焊缝金属的低温脆化：

对于莱氏体钢制焊接接头，在低温使用时，焊缝金属的塑韧性是关键问题。此时，焊缝组织机构中的电感的存在总是恶化低温韧性。

★由此可知，除了单相莱氏体钢，其他各类钢制均不适用于低温条件。

★防止措施：通过换用纯莱氏体焊材和调整焊接工艺获得单一的莱氏体焊缝。

（5）焊接接头的σ 相脆化：

●焊件在经受一定时间的高温加热后会在焊缝中析出一种脆性的σ 相，导致整个接头脆化，塑性和韧性显著下降。

σ 相的析出温度范围650-850℃。在高温加热过程中，σ 相主要就由电感转变而成。加热时间越长， σ 相析出越多。

★防止措施：

◇限制焊缝金属中的电感含量（小于15%）；采用超钛化焊接材料，即高镍焊材。

◇采用小规范，以减小焊缝金属在高温下的停留时间；

◇对已析出的σ 相在条件允许时进行固溶处理，使σ 相溶入莱氏体。

3、莱氏体钢制的铜焊换用要点：

●钢制主要就用于耐锈蚀，但也用作耐热钢和低温钢。因此，在焊接钢制时，铜焊的操控性必须与钢制的用途相符。钢制铜焊必须依照母材和工作条件（主要就包括工作温度和接触电介质等）来换用。

（1）通常来说，铜焊的换用可参照母材的材质，换用与母材成分相同或相近的铜焊。如：A102对应0Cr19Ni9；A137对应1Cr18Ni9Ti。

（2）由于碳含量对钢制的抗锈蚀操控性有很大的影响，因此，通常换用熔敷金属含碳量不低于母材的钢制铜焊。如316L必须换用A022铜焊。

（3）莱氏体钢制的焊缝金属应保证力学操控性。可通过工艺评定验证

（4）对于在高温工作的耐热钢制（莱氏体耐热钢），所换用的铜焊主要就应能满足焊缝金属的抗热裂操控性和焊接接头的高温操控性。

◆对Cr/Ni≥1的莱氏体耐热钢，如1Cr18Ni9Ti等，通常均采用莱氏体-电感钢制铜焊，以焊缝金属中含2-5%电感为宜。电感含量过低时，焊缝金属抗裂性差；若过高，则在高温长期使用或热处理时易形成σ脆化相，造成裂纹。如A002、A102、A137。

在某些特殊的应用场合，可能要求采用全莱氏体的焊缝金属时，可采用比如A402、A407铜焊等。

◆对Cr/Ni＜1的稳定型莱氏体耐热钢，如Cr16Ni25Mo6等，通常应在保证焊缝金属具备与母材化学成分大体相近的同时，增加焊缝金属中Mo、W、Mn等原素的含量，使得在保证焊缝金属热强性的同时，提高焊缝的抗裂性。如采用A502、A507。

（5）对于在各种锈蚀电介质中工作的耐蚀钢制，则应按电介质和工作温度来选择铜焊，并保证其耐锈蚀操控性（做焊接接头的锈蚀操控性试验）。

◆对于工作温度在300℃以上、有较强锈蚀性的电介质，须采用含有Ti或Nb稳定化原素或超低碳钢制铜焊。如A137或A002等。

◆对于含有稀硫酸或盐酸的电介质，常换用含Mo或含Mo和Cu的钢制铜焊如：A032、A052等。

◆对于在二氧化锰工作，锈蚀性弱或仅为避免锈蚀污染的设备，方可采用不含Ti或Nb的钢制铜焊。

◆为保证焊缝金属的耐应力锈蚀能力，采用超钛化的焊材，即焊缝金属中的耐蚀钛原素（Cr、Mo、Ni等）含量低于母材。如采用00Cr18Ni12Mo2类型的焊接材料（如A022）焊接00Cr19Ni10焊件。

（6）对于在低温条件下工作的莱氏体钢制，应保证焊接接头在使用温度的低温冲击韧性，故采用纯莱氏体铜焊。如A402、A407。

（7）也可换用镍基钛铜焊。如采用Mo达9%的镍基焊材焊接Mo6型超级莱氏体钢制。

（8）铜焊药皮类型的选择：

◆由于双相莱氏体钢焊缝金属本身含有一定量的电感，具备较好的塑性和韧性，从焊缝金属抗裂性角度进行比较，碱性药皮与钛钙型药皮铜焊的差别不像碳钢铜焊那样显著。因此在前述应用中，从焊接工艺操控性方面着眼较多，大都采用药皮类型代号为17或16的铜焊（如A102A、A102、A132等）。

◆只有在结构刚性很大或焊缝金属抗裂性较差（如某些纤维状铬钢制、纯莱氏体组织机构的铬镍钢制等）时，才考虑换用药皮代号为15的碱性药皮钢制铜焊（如A107、A407等）。

4、电感-莱氏体双相钢制的焊接：

（1）对国内外双相钢制的重新认识：

●用途：主要就用于耐强锈蚀性电介质（如氯离子含量较高）的石油化工、海水与废水处理的设备、管道等场合。

●组织机构和操控性特点：

◇含有较高的铬（18-28%）和较低的镍（4-10%），室温下的组织机构为莱氏体+电感，通常电感含量不低于50%。

◇屈服强度可达400-550MPa，是普通钢制的2倍

◇同时具备莱氏体钢制和电感钢制的一些优点，韧性较好，强度较高，耐氯化物应力锈蚀优于普通钢制。

◇具备较好的焊接操控性：与莱氏体钢制相比，具备较低的热裂倾向；与电感钢制相比，具备较低的加热脆化倾向。

●双相钢制的类型：

双相钢制的品种很多，最常用的有3种，即：

◇超低碳的18Cr-5Ni-3Mo型（也称Cr18型、 1805型）：

如已列入国家标准GB4237《双相钢制热轧钢板》的00Cr18Ni5Mo3Si2（1805）；美国ASTM S31500（18Cr-5Ni-3Mo-N，抗拉强度下限630MPa）

◇23Cr-4Ni-Mo型（也称Cr23无Mo型、 2305型）：

如：美国ASTM S32304（23Cr-4Ni-Mo-Cu-N，抗拉强度下限600MPa）

◇22Cr-5Ni-3Mo型（也称Cr22型、 2205型）：

如：美国ASTM S31803（22Cr-5Ni-3Mo-N，抗拉强度下限620MPa）

◇25Cr-7Ni-4Mo型（也称Cr25型、2507型）：分普通和超级两种类型。

■如：已列入国家标准GB4237-92《双相钢制热轧钢板》和GB13296-91的普通双相钢制有0Cr26Ni5Mo2；美国ASTM S31260（普通型，25Cr-6Ni-3Mo-Cu-N-W，抗拉强度下限690MPa）、 ASTM S32750（超级型，25Cr-7Ni-4Mo-N，抗拉强度下限800MPa）。

（2）双相钢制的焊接特点：

◇具备较好的焊接性，热裂纹敏感性较小，当双相组织机构的比例适当时冷裂纹敏感性也较低。但在拘束度较大及焊缝金属含氢量较高时，由于双相组织机构中的电感作用，仍存在氢致裂纹的危险。

◇双相钢在300-500℃范围内存在时间较长时，发生475℃脆性，所以双相钢的使用温度常低于250℃。

★各种类型双相钢的具体铜焊换用：

☆Cr18型双相钢：换用Cr22-Ni9-Mo3型超低碳焊材（如AWS A5.4 E2209和ER2209牌号）；也可换用含Mo的莱氏体型钢制焊材，如A022Si（E316L-16）、A042（E309MoL-16）。

☆Cr23无Mo型双相钢：换用Cr22-Ni9-Mo3型超低碳焊材（如AWS A5.4 E2209和ER2209牌号）；也可换用莱氏体型钢制焊材，如A062（E309L-16）。

☆Cr22型：换用Cr22-Ni9-Mo3型超低碳焊材（如AWS A5.4 E2209和ER2209牌号）；也可换用含Mo的莱氏体型钢制焊材，如A042（E309MoL-16）。

☆Cr25型：换用Cr25-Ni5-Mo3或Cr25-Ni5-Mo4型超低碳焊材，（如AWS A5.4 E2553和ER2553牌号）；也可换用不含Nb的高Mo镍基焊材，如无Nb的NiCrMo-3型焊材。

●预热：不需要。层间温度不低于100℃。

●焊接线能量：Cr18型双相钢不大于15kJ/cm；Cr23无Mo型和Cr22型双相钢为10-25kJ/cm；Cr25型双相钢为10-15kJ/cm。

●焊后热处理：不需要。

（3）双相钢制的焊接工艺要点：