張望成 李 強(qiáng) 唐 爽 曾憲山

（湖南湘投金天新材料有限公司，湖南 益陽(yáng) 413000）

0 引言

奧氏體不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能、綜合力學(xué)性能和焊接性能，占不銹鋼總產(chǎn)量和使用量的70%左右[1,2]，奧氏體不銹鋼管作為奧氏體不銹鋼的重要分支，被廣泛運(yùn)用于發(fā)電廠的熱交換器、海水淡化裝置、水處理以及其它領(lǐng)域[3]。

按生產(chǎn)工藝來(lái)分，奧氏體不銹鋼管可以分為無(wú)縫管和焊接管，奧氏體無(wú)縫焊管在生產(chǎn)過(guò)程中需要

表2 各試樣工藝條件

AZtec X-Max 50能譜儀對(duì)部分試樣進(jìn)行了組織和成分分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 宏觀形貌與腐蝕速率分析

圖2 為1#～7#試樣焊縫和2#試樣母材的宏觀形貌，對(duì)比可知，經(jīng)過(guò)內(nèi)焊縫余高整平后，內(nèi)焊縫余高降低，焊縫與母材的過(guò)渡更平滑，與焊縫對(duì)側(cè)的母材形貌接近。

圖2 不同試樣焊縫與母材的宏觀形貌

圖3 為不同試樣經(jīng)焊縫衰減試驗(yàn)后焊縫與母材的宏觀形貌。表3為不同試樣的焊縫腐蝕率。通過(guò)1#、2#和4#試樣焊縫腐蝕后的宏觀形貌和腐蝕速率的對(duì)比可知，當(dāng)焊接電流為125A時(shí)，焊縫的耐腐蝕性能最好，腐蝕速率最小，但不滿足標(biāo)準(zhǔn)中腐蝕速率≤1.25的要求。

表3 不同試樣的衰減速率

圖3 不同試樣焊縫與母材經(jīng)衰減試驗(yàn)后的宏觀形貌

依據(jù)奧氏體不銹鋼焊縫中鐵素體形成機(jī)理[9]，試驗(yàn)的奧氏體不銹鋼焊管焊縫凝固時(shí)的結(jié)晶模式為先鐵素體模式。當(dāng)焊接電流為120A時(shí)，由于焊接熱輸入量較小，冷卻速度很快，先生成的鐵素體未來(lái)得及轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體導(dǎo)致焊縫位置鐵素體含量較高，降低了焊縫的耐腐蝕性能。當(dāng)焊接電流為130A時(shí)，焊縫熱影響區(qū)較寬，同時(shí)焊縫組織粗大，同樣出現(xiàn)焊縫耐蝕性能下降的現(xiàn)象。當(dāng)焊接電流為125A時(shí)既保證了先生成鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變的時(shí)間也避免了焊縫熱影響區(qū)寬大，影響焊縫的耐腐蝕性能。

通過(guò)2#和3#試樣腐蝕后的宏觀形貌和腐蝕速率可知，經(jīng)內(nèi)焊縫余高整平后，焊縫的耐腐蝕性能有一定的提升，但也不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)內(nèi)整平后，焊縫內(nèi)余高被碾壓平，焊縫位置壁厚與母材基本一致，同時(shí)焊縫兩側(cè)與母材的過(guò)渡更加平滑。

焊縫處凝固的鑄造組織經(jīng)內(nèi)整平后表層變得更加致密，耐腐蝕性能增加；焊縫與母材的平滑過(guò)渡，有效減小了應(yīng)力腐蝕對(duì)焊縫衰減的綜合影響。兩者的共同作用使得經(jīng)內(nèi)焊縫余高整平的奧氏體不銹鋼焊管焊縫耐腐蝕性能增強(qiáng)，但不論是焊縫內(nèi)整平還是平滑過(guò)渡的焊縫，兩者對(duì)耐腐蝕性能的影響有限，焊縫腐蝕速率仍無(wú)法滿足要求。

通過(guò)對(duì)比5#、6#和7#試樣焊縫腐蝕后的宏觀形貌和腐蝕速率可知，熱處理工藝對(duì)奧氏體不銹鋼焊管的耐腐蝕性能有很大影響，經(jīng)離線熱處理后奧氏體焊管焊縫的耐腐蝕性能明顯提升，達(dá)到基本與母材一致，腐蝕速率約為1，滿足腐蝕速率≤1.25的標(biāo)準(zhǔn)要求。而在線連續(xù)熱處理對(duì)焊縫耐腐蝕性能的提升較小。

經(jīng)離線熱處理后，焊縫組織發(fā)生了兩相轉(zhuǎn)變和再結(jié)晶，同時(shí)焊縫的微觀成分偏析得到消除[10]，應(yīng)是焊縫耐腐蝕性能提升的原因；而在線熱處理因時(shí)間較短，元素的擴(kuò)散和再結(jié)晶來(lái)不及完全進(jìn)行，所以焊縫耐腐蝕性能沒(méi)有增強(qiáng)。

2.2 金相組織分析

圖4 分別為2#、5#和6#試樣焊縫和6#試樣母材的金相照片，對(duì)比2#和5#試樣的金相組織可以看出，在線熱處理未改變奧氏體不銹鋼焊管的焊縫組織，在線熱處理前后焊縫為鐵素體和奧氏體兩相共存的組織。從6#試樣焊縫的金相照片可以看出，焊縫明顯發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變，鐵素體含量明顯減少，且在熱處理過(guò)程中發(fā)生了再結(jié)晶。通過(guò)與母材的金相組織對(duì)比可知，離線退火后，焊縫晶粒大小與母材基本一致。

圖4 不同試樣焊縫與母材的金相照片

2.3 能譜分析

圖5 分別為2#和6#試樣焊縫以及6#試樣母材的掃描電鏡照片。從圖中可以看出，2#試樣焊縫的晶界位置存在較多的黑色物質(zhì)，而6#試樣焊縫和母材位置都不存在黑色物質(zhì)。

圖5 不同試樣焊縫與母材的掃描電鏡照片

為進(jìn)一步分析黑色物質(zhì)的成分，利用能譜儀對(duì)2#試樣焊縫非黑色物質(zhì)和黑色物質(zhì)位置進(jìn)行了表征，圖6分別為2#試樣焊縫非黑色物質(zhì)和黑色物質(zhì)位置的能譜分析結(jié)果，對(duì)比可知，黑色物質(zhì)位置C含量較非黑色物質(zhì)位置高，推斷其為在晶界處析出的碳化物。

圖6 2#試樣焊縫的不同位置能譜分析

結(jié)合掃描電鏡照片和能譜分析結(jié)果可知，經(jīng)內(nèi)焊縫余高整平和離線固溶熱處理后，晶界位置的碳化物溶解，黑色物質(zhì)減少，碳固溶于奧氏體中，無(wú)法在晶界處形成鉻的碳化物，降低晶界處鉻含量。

3 結(jié)論

（1）奧氏體不銹鋼焊管的焊縫衰減性能，受到焊縫宏觀形貌、焊縫組織尤其是焊管熱處理工藝的影響；

（2）對(duì)于Φ19×0.5mm的316L奧氏體不銹鋼焊管，在生產(chǎn)速度為4m/min，采用125A的焊接電流，并對(duì)焊管進(jìn)行內(nèi)焊縫余高整平加工和溫度為1040℃，保溫時(shí)間為16min的離線熱處理時(shí)，焊縫衰減速率約為1，滿足ASTM A249標(biāo)準(zhǔn)中焊縫衰減速率不大于1.25的要求。