奧氏體(300系)不銹鋼焊接為什麼出問題？一次搞懂關鍵風險

一、奧氏體(300系)不銹鋼的焊接特點與常見問題

1. 晶間腐蝕

焊接時，焊縫與熱影響區若在 450～850℃ 停留， 晶界處會析出高鉻碳化物（ Cr₂₃C₆）， 引起晶粒表層含鉻量降底形成貧鉻區，在腐蝕介質作用下形成晶間腐蝕。 外觀不易察覺，但受力時會沿晶界脆斷。為防止和減少焊接處的晶間腐蝕，一般採取的防止措施有：

• 採用低碳或超低碳焊材（如 A002），或採用含鈦、鈮等穩定化元素的焊條（如 A137、A132)。
• 由焊絲或焊條向焊縫熔入一定量的鐵素體形成元素，使焊縫金屬成為奧氏體+鐵素體的雙相組織 （鐵素體一般控制4-12％）。
• 控制焊接熱輸入，選用較小的焊接電流和較快的焊接速度，加快冷卻速度。
• 對耐晶間腐蝕性能要求很高的焊件進行焊後穩定化退火處理。

2. 焊接熱裂紋

熱裂紋產生的主因是焊縫中的樹枝晶方向性強，有利於S、P等元素的低熔點共晶產物的形成和聚集。
另外，此類鋼的導熱係數小（約為低碳鋼的1/3），線脹係數大（比低碳鋼大50％），所以焊接應力也大，加劇了熱裂紋的產生。
其防止的辦法是：

• 選用低碳、含 Mo / Si 焊材，讓焊縫成為奧氏體＋鐵素體雙相組織，減少偏析。
• 選用鹼性藥皮的優質焊條，以限制焊縫金屬中S、P、C等的含量。

3. 應力腐蝕開裂（SCC）

焊接接頭在特定腐蝕環境下受拉伸應力作用時， 焊接接頭可能產生延遲性脆裂， 是奧氏體不銹鋼最嚴重的失效形式，表現為無塑性變形的脆性破壞。
防止措施：

• 合適的焊接工藝，保證焊縫成形良好，避免咬邊、點蝕等應力集中。
• 合理的焊接順序，降低焊接殘餘應力水準。
• 焊縫與母材需良好匹配，不產生任何不良組織，如晶粒粗化及硬脆馬氏體等。
• 消除應力處理：焊後熱處理（如焊後完全退火或退火），在難以實施熱處理時採用焊後錘擊或噴丸等。

4. 低溫脆化與 σ 相脆化

低溫使用時，焊縫中鐵素體會降低韌性； 長時間處於 650～850℃高溫加熱， 鐵素體易轉變為脆性的 σ 相。

• 低溫用途：採用純奧氏體焊材。
• 高溫用途：限制鐵素體 <15%，採用超合金化焊接材料，即高鎳焊材。
• 必要時進行固溶處理，使σ相溶入奧氏體。

二、奧氏體不銹鋼焊條選用原則

• 焊條成分應與母材相同或相近（如 A102 ↔ 304、A137 ↔ 321等）。
• 熔敷金屬含碳量不得高於母材（如 316L需選用A022焊條）。
• 高溫用途需兼顧抗熱裂與高溫強度。
• 強腐蝕介質需依介質選擇含 Mo、Cu 焊條（如 A032、A052等）或穩定化焊材。
• 低溫用途應使用純奧氏體焊條（如 A402、A407等）。
• 特殊鋼可選用鎳基合金焊材。