为什么奥氏体不锈钢可以“水火相容”？

打破焊接禁忌：

为什么奥氏体不锈钢可以“水火相容”？

中高碳钢或合金钢在焊接时是严禁用水冷却的，因为它们焊接后容易产生冷裂纹。经常关注我们专题的朋友应该知道，冷裂纹的产生主要有三个要素：淬硬组织、扩散氢含量以及拘束应力。

首先，奥氏体不锈钢在焊接时，由于单相奥氏体在冷却过程中不发生二次固态相变，因此淬硬组织产生的概率极低，即使有也非常少。所以淬硬组织这一影响因素在奥氏体不锈钢焊接中可以忽略。

其次，若奥氏体不锈钢焊接温度过高，易降低其耐腐蚀能力。不锈钢中，铬（Cr）元素含量对耐腐蚀性起关键作用，一般不锈钢中铬含量至少需大于12%，另外适当添加镍（Ni）等合金元素。

为何焊接温度高会导致奥氏体不锈钢耐腐蚀性下降？因为碳原子尺寸较小，在焊接时容易向晶界偏聚。温度越高，偏聚越严重。碳原子会与铬原子形成金属间化合物 Cr23C6，一旦形成，铬原子便失去耐腐蚀能力。因此，为减少碳偏聚，通常需控制焊接温度不宜过高，高温持续时间也不宜过长。

第三，控制温度有助于避免热裂纹的产生。不锈钢中含有多种合金元素，除 Cr、Ni 外，还有 Ti、N 等，它们多属于高熔点组元，在焊缝凝固时先凝固。而一些低熔点组元如 C、S、P 则后凝固，并向晶界偏聚。

焊接温度越高，奥氏体晶粒长大倾向越严重。

图1

从图1可以看出，随着加热温度升高，奥氏体晶粒尺寸明显增大。焊接是加热与冷却的过程，加热时晶粒长大越严重，冷却时收缩量也越大。此时晶界聚集了大量低熔点组元，凝固时会形成低熔点共晶物。若晶粒收缩较大，晶界间隙也会增大，产生的拉伸应力随之增加，从而导致凝固裂纹（热裂纹的一种，常出现于焊缝中心）。

因此，焊接奥氏体不锈钢时应尽量降低热输入，控制焊接温度。工厂中常用多种方法实现，例如用湿抹布擦拭焊缝表面、在焊缝背面加冷却块，或在焊接容器或管道时内部注水冷却。这些措施能有效避免热裂纹产生，并防止耐腐蚀性下降。