不锈钢裂纹文献综述详解

不锈钢焊缝裂纹相关文献摘要

在中国知网、万方数据库和百度等平台搜索“不锈钢”、“焊接”、“裂纹”、“返修”、“补焊”、“带裂纹运行”、“热裂纹”、“铁素体”等关键字，查找相关文献，找到了介绍不锈钢焊缝裂纹产生原因的文献，没有查到TP347HFG不锈钢管+12Cr18Ni9不锈扁钢的焊缝裂纹返修实例，也没有查到应用于锅炉受热面的不锈钢管+不锈钢扁钢的焊缝裂纹返修实例。

一、不锈钢焊缝裂纹产生原因

从裂纹产生的原因及奥氏体不锈钢焊接特点分析，裂纹是在液态金属凝固时产生的结晶裂纹。主要原因是焊缝金属中铁素体含量低，焊缝熔敷金属中P、Si 含量高及不锈钢厚壁管焊接过程中拘束应力大等要素共同作用的结果。

1.焊缝熔敷金属中δ铁素体含量偏低

Z2CN1810（相当于304L）、Z2CN1812（相当于316L）两种材料焊缝组织均为双相组织，奥氏体基体上含有少量的δ铁素体，δ铁素体一般在5%~12%之间。这些少量的铁素体在不锈钢焊缝中发挥着及其重要的作用，一方面可以打乱单一奥氏体柱状晶的方向性，细化晶粒，从而避免贫铬层贯穿于晶界构成腐蚀介质的集中通道，防止晶间腐蚀和结晶裂纹的产生。另一方面焊缝中少量的δ铁素体可以破坏焊缝结晶时低熔共晶体液态薄膜的连续性，提高焊缝的抗结晶能力。

2.奥氏体不锈钢焊接应力大

奥氏体不锈钢导热系数小，线膨胀系数大，在焊接局部加热和冷却条件下，接头在冷却过程中形成非常大的拉应力，这一点在厚壁焊缝中尤为明显。单纯的铁素体含量低、杂质含量高并不能形成结晶裂纹，只有在较大的拉伸应力之下才能形成结晶裂纹，这也是结晶裂纹产生的必要条件。

——《奥氏体不锈钢管道焊缝裂纹产生原因分析》

铁素体对奥氏体不锈钢焊接的影响主要从以下两个方面考虑：焊缝热裂纹，焊缝的脆化。

奥氏体不锈钢焊接热裂纹主要是由于焊缝及熔合区的P、S夹杂及低熔点相的偏聚，碳化铬的大量析出造成的。同时奥氏体钢的导热系数小、线膨胀系数大，焊缝金属凝固过程中存在较大拉应力也是产生热裂纹的重要原因。

铁素体含碳量低，具有塑性、韧性好，但强度、硬度低的特点，因此对杂质元素，如P、S等溶解度较大，从而能够有效防止杂质元素的偏析。而对Nb、Si 等微量元素的溶解，能够减少低熔点相的形成，从而有效阻止热裂纹的产生，阻碍微小裂纹的延伸、扩展。

奥氏体不锈钢中的铁素体在焊接过程中，具有减少焊缝熔敷金属产生热裂纹倾向的作用，由此可见铁素体的存在能够在一定程度上改进焊接性，并保证了焊接结构的使用安全性。

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当奥氏体不锈钢中含有一定量的铁素体时，呈现出小坑状均匀分布在奥氏体晶粒之间，破坏奥氏体相柱状晶的单一方向性生长，不致形成连续贫铬区，减少了碳化物沉淀的可能性，从而提高不锈钢焊缝抗晶间腐蚀的能力[6]。目前已有研究证明TP309L和TP347系含少量铁素体的奥氏体不锈钢焊材，具有降低裂纹敏感性，提高晶间腐蚀的能力。

——《铁素体对奥氏体不锈钢性能的影响》

2006年，国内某公司的一个加氢裂化装置氢气加热炉炉管的焊接工程概况如下：

(1)钢管使用条件：操作压力约20.0 MPa，操作温度约500℃，介质为氢气和硫化氢。

(2)钢管材料为ASTM TP347H，进口。

(3)钢管规格为219*18.26mm。焊口数量约为480个。

(4)工程附加要求：焊缝金属铁素体含量要求为4％--8％；焊后进行稳定化热处理。

(5)无损检验要求：100％RT检查，中间焊道和盖面焊进行100％PT检查。

焊接前，按相关标准进行了焊接工艺评定。焊接工艺参数见表1。母材和焊材的化学成分见表2。

焊接工艺评定结果合格。焊缝金属铁素体含量为5．2％--6％。

在初期的焊接过程中，前10道焊口的铁素体含量偏低，实测的焊缝金属铁素体含量为1．5％～3％，有3道焊口P11检测有裂纹显示，一道焊口RT检测

有裂纹显示。业主、设计院、供货商、焊接施工单位的工程师会诊结论认为：焊缝金属的铁素体含量偏低，并导致焊接热裂纹的出现。由于当时时值夏天，环境温度高达35℃，故最后大家一致认为采取局部促冷措施，提高焊缝金属的铁素体含量。

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除了元素的影响外，奥氏体不锈钢中的铁索体残余含量对焊接热裂纹的产生也有不可忽视的影响。就奥氏体不锈钢的结晶过程来说，它的相变过程顺序如下：液相(L)--高温铁素体相(δ)--奥氏体相(γ)。常温组织为奥氏体相加少量的因过冷而残余的铁素体相。少量的铁素体在焊缝金属中呈孤岛状，可妨碍奥氏体相的枝晶发展，并能溶解杂质以减少偏析，因此，铁素体的存在对抗热裂纹是有利的。试验证明，铁素体相为5％~20％时，热裂纹倾向最小。但铁素体的存在会增加奥氏体不锈钢的晶间腐蚀敏感性，而且铁素体在高温下长期停留时还会导致金属脆性相的生成。因此，工程上一般限制奥氏体不锈钢焊缝金属中的铁素体含量为4％~8％。

——《347H奥氏体不锈钢的焊接热裂纹和在热裂纹》

二、不锈钢焊缝返修案例

案例一：

国内某电站2#机组在建造过程中，部分奥氏体不锈钢后壁管焊缝在打磨抛光后首次进行40道焊口PT检验，发现其中有31道焊口焊缝表面存在微裂纹，裂纹最多的一道焊口存在5条裂纹。裂纹不仅存在于对接焊缝中，也存在于角焊缝中。裂纹非常细微，经多次对比试验确认，RT底片上显示不出裂纹。经打磨PT检验，发现有些裂纹已经贯通至管道氩弧焊打底层表面。

管道母材为Z2CN1810（相当于304L）、Z2CN1812（相当于316L），规格从Φ89*11mm至Φ235*30mm不等。焊条E316L-16，Φ3.2mm。

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对于支架角焊缝，用角向磨光机打磨掉熔敷金属，重新用合格的焊条焊接。该处理方案最终得到业主和监理公司的认可。采用返修处理方案虽然使工期延误

一个多月且返修成本较高，但对电站的质量并无太大影响。经返修的焊缝进行层间和最终100%PT检验、最终100%RT检验未发现有列万能产生，在主回路进行水压试验过程中也未发现有任何问题，返修效果良好。

5 结论

(1)不锈钢厚壁管焊缝产生结晶裂纹的主要原因是熔敷金属中铁素体含量偏低，熔敷金属中P、Si含量偏高等因素综合作用的结果

(2)对于奥氏体不锈钢，由于其焊接过程中易产生结晶裂纹，所以当奥氏体不锈钢焊缝中铁素体含量偏向下限值(5%左右)，w(P)超过0.03%时应引起足够重视。

(3)y射线检测有可能漏检奥氏体不锈钢厚壁管焊缝的结晶裂纹，当有怀疑时应采用其它检测手段进行复检。这方面有待进一步研究。

——《奥氏体不锈钢管道焊缝裂纹产生原因分析》

案例二：

丹麦电力联营所属的1座装机容量为250MW的火力发电厂，自1969年投入运行以来，对锅炉汽包内部一直进行定期检查。在投入运行1a后，曾发现过一些微小的裂纹。当时认为是在汽包的制造中产生的，并进行了打磨处理。在以后的各次停机检修过程中，又不断地检测到萌生出的裂纹，并按同样的方法进行打磨处理。1992年前检测到的最大缺陷深度为14mm。1992年，在对汽包进行内部检测时发现，所有的下降管和给水管管周围均环绕着大深度的裂纹。

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通过磁粉探伤发现，所有位于汽包内部的下降管管座焊缝和给水管管孔焊缝的焊趾处均环绕着一条或数条裂纹，裂纹的长度从30mm到环绕下降管、给水管一周不等。

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应用断裂力学的裂纹评估等方法，对丹麦一座电厂的带有大量裂纹的汽包进行了安全寿命评定，从而使其带裂纹运行了多年。

该汽包是由钢号为B.W.32F(DUCOL W30),厚度为114mm的钢板制成。该钢号