奥氏体不锈钢中铁素体的作用、检测及预测
一、概述1.1 不锈钢分类—按组织结构分为：奥氏体不锈钢是不锈钢焊材中重要的一类，因其良好的耐热、耐蚀、耐低温及好的加工和焊接性被广泛应用于各个领域，其产量约占不锈钢总量的70%。奥氏体是C溶解在γ铁形成的间隙固溶体，具有面心立方结构，无磁性；奥氏体不锈钢是主要通过冷作加工使其强化（并产生诱导马氏体而导致有磁性）的不锈钢。铁素体是奥氏体不锈钢中的重要组成部，具有体心立方结构，有磁性，分为α铁素体和δ铁素体。焊接时奥氏体不锈钢形成的铁素体，是由液态向固态转变时形成的铁素体，此种铁素体称为δ铁素体（也叫高温铁素体）；而由奥氏体析出的铁素体也就是α铁素体，两者因转变温度不同而有着 本质上的区别。C溶解在α铁形成的间隙固溶体，常用符号F表示，是铁素体不锈钢的主要组成；C溶解在δ铁形成的间隙固溶体，也称高温铁素体，在奥氏体不锈钢焊缝中起着极其重要的作用；1.2 铁素体的形成机理所有不同种类的不锈钢都是Cr含量12%以上的铁基合金。不锈钢的组织结构由合金元素含量（也就是铬、镍当量）所决定。对不锈钢，合金元素可分为两大类，即铁素体形成元素（也称铬当量元素）和奥氏体形成元素（也称镍当量元素），两大类元素的平衡关系决定了组织中铁素体含量的多少。奥氏体形成元素主要有C、N 、Mn、Ni、Cu等，铁素体形成元素主要有Cr、Mo、Si、Nb、Al、Ti等。合金元素对不锈钢的作用铬镍奥氏体钢凝固时，根据不同的化学成分可能会有3种结晶模式，即A全奥氏体模式、AF（初析奥氏体并在凝固终了前，共晶生成部分铁素体）凝固模式和FA（初析铁素体并在凝固终了前形成部分奥氏体）凝固模式。焊缝凝固模式不同，焊缝凝固的开裂敏感性也不同。FA凝固模式抗凝固裂纹能力最强，全奥氏体凝固模式抗裂能力最差。而铬镍奥氏体焊缝的凝固模式主要取决于焊缝金属的[Cr/Ni]eq，有文献研究表明当[Cr/Ni]eq＞（1.47-1.58）时为FA凝固模式，当（1.47-1.58）＞[Cr/Ni]eq＞（1.14-1.24）为AF凝固模式，当[Cr/Ni]eq＜1.14-1.24）为全奥氏体凝固模式，可为设计者提供参考。二、不锈钢中铁素体的作用奥氏体不锈钢中的δ相铁素体有利于提高焊缝的抗晶间腐蚀性能，也能产生σ相脆化和δ相选择性腐蚀，不同行业对δ相铁素体含量均有相关要求。下面简要阐述奥氏体不锈钢中铁素体利与弊。奥氏体不锈钢焊缝中δ相铁素体的作用防止热裂纹铁素体对P、S、Si、和Nb等元素溶解度较大，能防止这些不利元素偏析和形成低熔点共晶，从而阻止凝固裂纹产生。研究表明δ相超过3%可明显提高奥氏体焊缝抗热裂性能；易产生脆化相，降低材料韧性。高温下δ相铁素体容易转化成σ脆化相，即使不在高温下长时间工作，多层焊接时即可产生。δ相铁素体含量越高，越易析出σ相；铁素体含量过高，极易产生脆性相，将造成堆焊层材料脆化，降低材料韧性，造成脆性破坏；也会使热加工裂纹倾向性增大。少量铁素体可提高焊接接头的耐腐蚀性能，尤其是耐晶间腐蚀和应力腐蚀破裂性能。在奥氏体不锈钢中，铁素体的存在可以打乱单一奥氏体组织的方向性，从而避免贫Cr层贯穿于晶粒之间构成腐蚀介质的集中通道；δ相铁素体富Cr，碳化铬可优先在δ相边缘沉淀，不会在奥氏体晶粒表面形成贫铬层，从而也有利于提高焊缝的抗晶间腐蚀性能。过高的铁素体降造成奥氏体抗点腐蚀和特殊介质中的腐蚀性能下降。因其与奥氏体的电极电位不同，超过一定限度后，会使点腐蚀和δ相选择性腐蚀倾向增大；选择性腐蚀与腐蚀介质有关，在硫酸和尿素介质中将优先腐蚀。注：①σ相（脆硬无磁性的Fe-Cr相化合物，500~900℃下长时间工作，δ相铁素体易产生σ相，并分布于晶界，严重降低塑性和韧性并会增大晶间腐蚀性能）；②为避免高温脆化；此时需将铁素体控制在3~8%，或固溶处理，将σ相溶解回基体。三、铁素体常见的检测/预测方法3.1——JB/T 7853-95 铬镍奥氏体不锈钢焊缝中铁素体数的测量3.2 金相法——参照GB/T 1594 铬镍奥氏体不锈钢焊缝铁素体含量测量方法（或ASTM E562 系统人工点计数法） 检测3.3 铁素体含量的预测：Schaeffler 图Delong 图Espy 图WRC-1992 图3.3.1 不同铁素体预测图的比较3.4不同铁素体测量方法比较四、奥氏体不锈钢焊缝中铁素体的控制1、除了焊材成分设计（即前面提到的Creq/Nieq比）；2、还有焊接过程的控制：① 电弧的高低、保护气体的种类会显著影响熔敷金属的N含量，进而影响焊缝铁素体含量；② 焊接参数及工艺的控制，会直接影响熔池温度和焊缝凝固速度，进而影响焊缝铁素体含量。内容来源：网络本期编辑：小艾广告及商务合作：021-37709287 电话：199 4615 0668 微信号：amtforum投稿和访谈：info@amtbbs.org（被采用的投稿将按约定支付稿酬，详见关注公众号后发送：投稿）版权声明：AMT尊重版权并感谢每一位作者的辛苦付出与创作；除无法溯源的文章，我们均在文末备注了来源；如文章视频、图片、文字涉及版权问题，请第一时间联系我们，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容！