0Cr18Ni9Cu3型奥氏体不锈钢化学成分对焊缝质量的影响

0Cr18Ni9Cu3型奥氏体不锈钢化学成分对焊缝质量的影响不锈钢因其良好的耐腐蚀性、较高的塑性和韧性而广泛应用于机械、石油、化工、食品、医药等行业。在发达国家，每年消耗的不锈钢中约有70%是奥氏体不锈钢，在国内，奥氏体不锈钢的消耗量达到了不锈钢总消耗量的65%。18-8型奥氏体不锈钢是奥氏体不锈钢中具有代表性的系列，该类钢材具有较好的耐腐蚀性能、耐热性能、力学性能和焊接性能，便于进行机械、冲压和焊接加工。以0Cr18Ni9Cu3奥氏体不锈钢为例，分析了钢材中主要化学成分及其他组织成分的存在形式、存在机理和化学成分对钢材性能的影响。在0Cr18Ni9Cu3奥氏体不锈钢中ω(C)≤0.08%，由于C的存在，焊接时可导致在焊缝金属的晶界与亚晶界处产生晶间腐蚀，最终导致产生焊接裂纹。产生晶间腐蚀的原因是奥氏体不锈钢在450～850℃时，过饱和的C向奥氏体晶粒边界扩散，并与晶界处的Cr化合形成碳化铬。由于Cr在奥氏体中的扩散速度小于C的扩散速度，使得晶界处的Cr得不到及时补充，造成奥氏体边界处贫Cr富C。Si在不锈钢中起脱氧作用，可有效去除焊缝中的有害气体，防止气孔和氧化物的生成。当ω(Si)为0.10～0.30%时，能起到细化晶粒的作用，在一定范围内使钢材强度提高，而塑性和韧性等有所降低；当ω(Si)＜1%时，则会使钢材变脆，可焊性和抗锈蚀性能降低，但随着ω(Si)的提高，奥氏体不锈钢对浓硝酸的耐腐蚀能力会有所提高。Mn具有很好的脱氧作用，奥氏体不锈钢中加入较多的Mn，在某种程度上可减少Ni的含量，起到降低成本的作用。但Mn具有固溶处理后提高焊缝抗拉强度和冷加工硬化的作用，同时Mn可促进奥氏体晶粒的长大，粗大的晶粒组织会降低材料的塑性和韧性，这意味着焊缝金属抵抗外界冲击载荷的能力降低。在热加工过程中，S与Fe将会形成低熔点的化合物FeS及FeS-Fe共晶体，在焊接时，这些共晶物首先成为液态流失，在随后的冷却过程中受收缩拉应力的作用发生热开裂，形成热影响区液化裂纹。P具有强烈的固溶强化作用，使钢材的强度和硬度增加，但塑性和韧性则显著降低，这种脆化现象在低温时更为严重，故称为“冷脆”。Cr是奥氏体不锈钢中的主要合金元素，是各种添加元素中含量最高的，不锈钢之所以能够抗腐蚀，是由于Cr的存在。同时，Cr还可防止奥氏体不锈钢及合金中由于Ni含量提高而容易出现晶间型应力腐蚀的倾向。Ni是形成奥氏体钢的决定性元素。焊缝金属中Ni的质量分数提高，则焊缝金属可成为稳定的奥氏体组织，马氏体脆化层随之减少，焊缝金属的力学性能得到了改善。Ni还可提高钢材的韧性和延展性，使之更易于加工、制造和焊接。Cu除了可以提高钢材的耐酸碱性外，还可降低钢材的冷加工硬化率，改善冷顶镦和冷成形性能，提高焊缝的耐腐蚀能力，尤其是耐盐雾腐蚀的能力。除上述元素外，奥氏体不锈钢中还存在如N、稀土等微量元素，这些元素对不锈钢的性能都会产生不同程度的影响。当多种元素共存于不锈钢这个统一体中时，其影响要比单独存在时复杂得多，因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用，而且还要注意其相互间的影响。