铁素体含量对不锈钢管的影响

自从奥氏体不锈钢焊管投入工业应用以来 ,焊缝的铁素体含量始终是一个备受关注的深层次问题。这是因为它们的存在的确会对奥氏体不锈钢的强韧性、耐腐蚀性及焊接性等产生一定的影响。这些问题有的已经弄清 ,有一些则有待进一步探索。

以下是笔者的看法:(1)铁素体的强度较高 ,而塑性及韧性较差 ,它的存在自然会对奥氏体强韧性有影响 ,但在一般应用中只要铁素体含量不太高 ,例如 10%左右 ,这种影响是可以允许的。特殊情况可以通过附加焊缝金属拉伸试验、常温或低温冲击试验来加以测定。

(2)铁素体对奥氏体不锈钢耐腐蚀性的影响是一个十分复杂 ,难以简单说清的问题。由于不锈钢应用中的腐蚀主要是晶间腐蚀、缝隙腐蚀、孔蚀及应力腐蚀开裂等局部腐蚀。其中晶间腐蚀在焊管中主要是由焊缝热影响区敏化造成 Cr耗尽引起的 ,缝隙腐蚀在焊管中主要是跟未焊透等焊接缺陷有关 ,只有孔蚀和应力腐蚀开裂与铁素体含量有一定关系 ,详述如下。①早期研究曾经简单地认为焊缝中的铁素体对孔蚀起促进作用 ,因此是有害的[5 - 6 ]。有些试验结果也证明了这一点。但随后的研究指出 ,退火或未经退火的焊缝金属的孔蚀始发点都发生在由于微观偏析造成的树枝晶中心的 Cr,Mo耗尽区 (见表 2) ,这种 Cr,Mo在树枝晶芯杆上的空芯效果在以奥氏体为初始凝固相的焊缝金属中更为明显 ,这就说明铁素体的存在对不锈钢的影响不大[7]。还有研究者指出 S的偏析才是在铁素体 /奥氏体界面上发生孔蚀的更重要因素[8],这使得304L自熔 ( GTAW )焊缝以铁素体为初始凝固模式中的铁素体 /奥氏体界面成为孔蚀的最敏感位置。此外还发现介质条件 (HCl, HNO3、酸性FeCl3溶液浓度或 pH值 )、焊接方法及热输入 (影响偏析程度 )都可能对上述孔蚀敏感位置产生影响②铁素体含量对奥氏体不锈钢焊缝金属抗应力腐蚀的影响同样是复杂的 ,它不仅取决于化学成分、介质环境及试验技术 ,还取决于铁素体含量、形态分布及凝固模式。有的观点认为铁素体能改善奥氏体不锈钢焊缝抗应力腐蚀性能 ,因此焊缝比母材及热影响区的抗应力腐蚀性能更好[11 ],但也有持相反观点的[12],认为铁素体的阳极溶解是 304钢在 HCl +NaCl溶液中应力腐蚀开裂敏感的原因。文献 [13 ]则认为铁素体含量增加时 ,铁素体形态从不连续蠕虫状变为连续蠕虫状或网络状时 ,焊缝抗应力腐蚀性降低。焊后热处理能使铁素体相变并球状化 ,但只有足够高的·13·

　第 30卷第 5期 　　　　　　何德孚等:奥氏体不锈钢焊管焊缝铁素体含量及其测定退火温度加上足够长时间 ,例如 10～100 h才能完全相变而使其抗应力腐蚀性能明显提高 ,铁素体含量越高 ,完全相变的时间就越长 ,这在实际生产中是难以做到的 ,即使这样长时间高温退火以后铁素体含量较高的奥氏体不锈钢焊缝的抗应力腐蚀性能也不理想。因此焊后短时间的高温退火只能使碳化物相及 σ相分解 ,使 C、Cr等重新固溶进入奥氏体 ,不能完全使铁素体相变为奥氏体。(3)铁素体含量对奥氏体不锈钢焊缝的焊接性 ,特别是焊缝在焊接过程中的抗凝固裂缝性能有积极的影响 ,在焊管生产过程中为了保持较高的焊接速度 ,使焊缝中含有 3% ～5%铁素体是有益的 ,我们已在文献 [14 ]中详细讨论过。