無錫邦瑞特金屬制品有限公司銷售給江蘇常熟某日資企業一批奧氏體不銹鋼焊管 ,客戶對其中一根鋼管材質提出了質疑 ,依據是他們可以用磁鐵吸住這根鋼管 ,因此認為其材質不是奧氏體不銹“鋼 ”而是“鐵 ”。雖經銷售員多方解釋說明 ,該客戶仍堅持要委托第三方做仲裁檢驗。后經上海材料研究所檢測中心證明 ,這根鋼管不僅材質 ,而且晶間腐蝕試驗均符合訂貨合同所依據的 GB /T12771—2000標準的規定。這種現象反映出來的問題實質是奧氏體不銹鋼及其焊縫金屬中鐵素體的含量和鐵素體含量測定方法以及對不銹鋼可能產生的有害影響 ,這個問題國外在 1960～1980年曾經討論過。我國目前正處于不銹鋼及不銹鋼焊管生產及工業應用的快速發展時期 , 2005年不銹鋼年產量已達 316 ×104t,僅次于日本 , 2006年有可能會超過日本而成為全球不銹鋼第一生產大國。正確認識這些問題對廣大用戶及不銹鋼管制造商都十分有意義
奧氏體不銹鋼焊管焊縫鐵素體含量稍高是常見現象
常溫下奧氏體 (面心立方晶格 )不銹鋼是無磁性的 ,而鐵素體 (體心立方晶格 )不銹鋼是有磁性的 ,因此人們常用磁鐵能否吸引來區分它們。但是這種簡單的方法有時可能會造成誤判 ,原因是 :(1)奧氏體是奧氏體不銹鋼冶煉、軋制后期的相變產物 ,其前期即不銹鋼熔煉到鑄錠冷卻結晶的過程中會出現鐵素體及鐵素體相變為奧氏體的過程 ,由于種種原因 ,奧氏體不銹鋼會包含少量鐵素體且分布不均勻。但軋制的奧氏體不銹鋼薄板 ,其鐵素體含量可以控制在 2%以下[1 ]。(2)現代技術制造的稀土鈷永磁鐵 ,其磁場的能量密度可高達 250～440 kJ /m3,比傳統的 Fe- Cr - Co永磁鐵高 5～8倍[2 ]。這種強磁鐵就可能對含有少量鐵素體的奧氏體不銹鋼產生吸引力 ,甚至吸住奧氏體不銹鋼。(3)奧氏體不銹鋼焊管焊縫區特定的冷卻結晶條件是:熔池體積很小 ,焊縫金屬的晶體是在熔池底部及邊緣沿著母材半熔化區殘留的晶體外延生長 ,結晶速度起初很慢 ,但在焊縫中心區很快 ,焊縫金屬冷卻結晶是在不平衡熱力學條件下快速形成的。因此 ,造成焊縫金屬的化學成分因凝固過程中的偏析而很不均勻 ,從而導致奧氏體不銹鋼焊縫區鐵素體含量可能較高且很不均勻 ,普通304不銹鋼焊縫鐵素體含量可達到 5% ～7%。美國機械工程學會 (ASME) 1980年對 1 034根不銹鋼焊管產品所做的調查研究發現 ,其中只有 0. 2%·03·焊管 ·第 30卷第 5期 ·2007年 9月的焊縫鐵素體含量小于 3% ,近 60%的焊縫鐵素體含量大于 8%～10% (見表 1)[3 ]。
表 1 美國對常用奧氏體不銹鋼焊管產品
焊縫鐵素體含量的調查測定的焊縫鐵素體數 FN焊縫數目 /條所占比例 /%<33～9101112>122418129212180930. 243. 412. 520. 517. 49. 0
注: ①焊縫焊接方法 : GTAW占 61% , SMAW占 20% ,SAW占 17% , GMAW + FCAW占 2%;②表中所列產品焊縫工藝評判的 FN值為 3～10。
(4)不銹鋼管鐵素體含量取決于其化學成分 ,特別是 Ni的含量或 Ni當量 (Nieq =Ni + 35C+20N +0. 25Cu)或 Ni當量與 Cr當量 (Creq =Cr+Mo +0. 7Nb)之比。由于目前世界 Ni價飛漲 ,鋼廠在冶煉奧氏體不銹鋼時總是把 Ni含量控制在標準值的最低限 ,這就可能造成奧氏體不銹鋼管鐵素體含量略為偏高。Ni含量較高的奧氏體不銹鋼 ,例如我國的OCr25Ni20(相當于美國的 310)是可以得到全奧氏體焊縫組織的 ,只是其價格太高。此外 ,增加 N含量也是降低奧氏體鋼及焊縫鐵素體含量的有效途徑 ,我們已在文獻 [4 ]中給出了專門討論
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