鐵素體不銹鋼的熱膨脹系數與碳鋼相近,比奧氏體(ti)不銹鋼小,再加之硫、磷等雜質在鐵素體中溶解度大,硅、鈮等是鐵素體形成元素,因此,焊縫結晶時不易形成低熔點共晶,熱裂傾向比奧氏體不銹鋼小得多,同時焊接熱影響區超過臨界溫度的區域形成馬氏體的量也極少,因此淬硬傾向也很小,所以,鐵(tie)素體不銹鋼(gang)比馬氏體不銹鋼的延遲裂紋敏感性小,可以說其工藝焊接性是好的。
鐵素(su)體(ti)不銹鋼為(wei)鐵-鉻-碳三元合(he)金,由鉻以及諸如鋁、鈮、鉬及鈦等(deng)添(tian)加元素(su)來防(fang)止在焊(han)接(jie)受熱(re)(re)過程中(zhong)形成奧氏體(ti)。因此,鐵素(su)體(ti)不銹鋼在焊(han)后冷卻(que)過程中(zhong)不會出現(xian)奧氏體(ti)向馬氏體(ti)轉(zhuan)變的淬硬現(xian)象。但焊(han)接(jie)熱(re)(re)所(suo)形成的熱(re)(re)影響(xiang)區(qu)近縫帶,由于高溫而促成鐵素(su)體(ti)晶粒(li)粗大,明顯(xian)地降低了接(jie)頭的韌性(xing),并且不可能直接(jie)用熱(re)(re)處(chu)理的方(fang)法來改(gai)善(shan)。這就是鐵素(su)體(ti)不銹鋼焊(han)接(jie)中(zhong)最(zui)為(wei)困難之處(chu)。
現在鐵素體不銹鋼已發展到了第三代品種。第一代是完全依靠鉻作為鐵素體穩定元素,而含碳量又偏高,因此在焊接之后若不再進行熱處理,必然會產生晶間(jian)腐蝕(shi)。而且這第一代鋼的韌性都偏低,其代表性鋼號為430、442及446.第二代品種為405與409,它們的鉻與碳含量下降了,而加了強烈的鐵素體形成劑,如405是加入鋁,409加入鈦。第二代鐵素體不銹鋼除了在韌性方面與第一代相差不大之外,在工藝性能、固碳(鈦及鈮與碳反應形成TiC及NbC)以減少固溶體中碳含量、耐腐蝕性方面,以及在降低成本上,皆比上一代優越。第三代的鐵素體不銹鋼,則以改進冶煉方法來生產超低碳和超低氮含量的、可用大噸位爐子冶煉的、采用較少間隙固溶元素的鋼種,以444(18Cr-2Mo)與26-1(26Cr-1Mo)為代表。當這些鋼中再加人強烈碳化物形成劑,如鈦與鈮,則可在焊后不進行熱處理,也不會有晶間腐蝕出現。此外,這第三代鋼的韌性大大改善,對點狀腐蝕也具有良好的抵抗能力,包括抗應力腐蝕能力。
鐵(tie)素(su)體不(bu)(bu)銹鋼焊接接頭的(de)脆(cui)化(hua),是(shi)(shi)這類鋼使(shi)用受到限制的(de)主要原因。鐵(tie)素(su)體不(bu)(bu)銹鋼焊接接頭的(de)脆(cui)化(hua),主要的(de)問題是(shi)(shi)同質焊縫及熱(re)影響區(qu)在焊接過程(cheng)中(zhong)(zhong)碳、氮(dan)化(hua)合物析出和晶粒長大(da)(da)的(de)作用,特別是(shi)(shi)碳、氮(dan)化(hua)合物的(de)析出,而(er)且(qie)幾乎(hu)不(bu)(bu)可能通過熱(re)處(chu)理加以消(xiao)除。而(er)高純度(du)鐵(tie)素(su)體不(bu)(bu)銹鋼在很(hen)大(da)(da)程(cheng)度(du)上消(xiao)除了焊縫及熱(re)影響區(qu)中(zhong)(zhong)的(de)碳、氮(dan)化(hua)合物,極大(da)(da)地改善了焊接性(xing),其焊接結構得到越來越廣(guang)泛的(de)使(shi)用。
晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕(shi)是普通鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)又一主要(yao)問題(ti)。由(you)于碳(tan)、氮(dan)(dan)在鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)溶解度(du)很低,在950℃以后迅(xun)速析出。因此,同質焊材的(de)(de)焊縫(feng)和(he)熱影響區(qu)在焊后冷卻過程中(zhong)就會析出碳(tan)、氮(dan)(dan)化合(he)物,除(chu)了引起(qi)脆化外還會引起(qi)晶(jing)界(jie)貧鉻和(he)提高晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕(shi)敏感性,在強氧化介(jie)質中(zhong)發生晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕(shi)。與奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)不(bu)同的(de)(de)是鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)敏化溫度(du)較高,在950℃以上。因此,在熱影響區(qu)產生晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)部位更靠(kao)近(jin)熔合(he)線。鉻在鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)擴(kuo)散(san)速度(du)遠(yuan)比在奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)中(zhong)快,所以只需700℃~900℃的(de)(de)范圍(wei)內短時(shi)間(jian)保溫,使鉻向貧鉻區(qu)擴(kuo)散(san),即可(ke)消除(chu)碳(tan)、氮(dan)(dan)化合(he)物析出引起(qi)的(de)(de)晶(jing)界(jie)貧鉻,恢(hui)復焊接接頭的(de)(de)耐腐(fu)蝕(shi)性能。