【设备制造】不锈钢焊后热处理问题讨论

不锈钢进行焊后热处理的目的：一是析出稳定元素钛和铌（Ti, Nb）的碳化物，以减少Cr碳化物的析出。防止晶间腐蚀；二是消除焊接残余应力，防止连多硫酸应力腐蚀。那什么样的不锈钢焊接接头需要焊后热处理？

1.几个基本概念

不锈钢的敏化温度：一般温度在420~850℃范围内停留时间过长，奥氏体不锈钢由于碳化铬的析出而造成晶间贫铬，增加材料的晶间腐蚀倾向，这个温度范围为敏化区间。

连多硫酸应力腐蚀：在处理含硫化物原料时，钢材表面形成硫化铁，这层硫化铁在停工期间与水和空气中的氧发生化学反应生成连多硫酸，通常在装置开车、停车或者有空气和湿度存在的条件下运行发生，而敏化的不锈钢对连多硫酸应力腐蚀更敏感。

固溶化热处理：指将奥氏体不锈钢加热到1100℃左右，使碳化物相全部或基本溶解，碳固溶于奥氏体中，然后快速冷却至室温，使碳达到过饱和状态。

稳定化热处理：一般是在固溶热处理后进行，常用语含稳定化元素Ti, Nb的18-8不锈钢。固溶热处理后，将钢加热到850~880℃保温后空冷，此时Cr的碳化物完全溶解，稳定化元素的碳化物不完全溶解，且在冷却过程中充分析出，使碳不可能再形成铬的碳化物，因而有效地消除了晶间腐蚀。

2.不锈钢需要热处理吗？

对于奥氏体不锈钢焊后热处理看法存在一些争议，ASME标准已经删除了强制性要求。国内有些标准中规定“焊接接头的焊后热处理应按设计文件规定执行”，也没有强制性要求。不含稳定化元素不锈钢一般不进行焊后处理，如果焊接接头耐蚀性不够，可采用材质升级。

对于含稳定化元素的不锈钢，是否进行固溶与稳定化处理需要考虑以下因素：

a) 当设备、管道、结构采用热加工成型时（例如板材热卷成型），破坏了材料原供货状态时，则需要重新进行固溶热处理以恢复材料的力学性能；

b) 对于介质存在连多硫酸应力腐蚀倾向时，需要对焊接接头进行焊后热处理，消除焊接残余应力；

c) 当焊材含有稳定化元素Ti, Nb时，为了使Cr的碳化物完全溶解，有效地消除晶间腐蚀，则需要对焊接接头进行稳定化热处理；

d) 考虑现场的操作条件，是否有必要进行焊后热处理，因为不锈钢焊后热处理也会带来相关的问题。

3.不锈钢热处理存在的问题

a) 由于现场条件的限制，加热温度高，不锈钢传热慢，操作难度较大，很容易出现受热不均匀而产生较大的热应力；局部热处理后快冷过程也会形成新的应力；

b) 在进行热处理时，焊缝中的δ铁素体会转变成σ相，这是一种脆性相，会降低焊缝处的塑性和韧性，严重时会产生裂纹；

c) 局部热处理时， 均温区外直到保温区的温度从热处理温度降到室温，必然有部分母材的温度在敏化温度区， 长时间加热会发生敏化。

d) 稳定化热处理引起的塑性和高温蠕变强度的降低也值得注意。

4.不锈钢热处理需要注意的问题

a) 焊缝表面清理：防止碳污染，以免热处理高温时增碳; 防止硫污染( 肥皂水中含硫) ，高温时会发生硫腐蚀; 防止 Cu，Zn 污染，高温时会形成Cu 晶间裂纹、Zn 晶间裂纹；

b) 热处理前，应检测焊缝的 δ 铁素体含量，铁素体数应小于8FN；

c) 奥氏体不锈钢在低温时导热率较低， 高温时导热率较高，因此要使被加热工件均匀受热，低温时加热速度不宜过快；

d) 稳定化热处理保持温度，应该在 Cr23C6溶解温度之上、TiC，NbC的析出温度之间；

e) 稳定化热处理时间不能超过 4 h，尽可能地减少形成 σ 脆性相的数量；

f) 稳定化处理的加热速度、加热宽度、保温宽度按照相应标准要求；

g) 含 Nb奥氏体不锈钢有再热裂纹倾向，因此稳定化热处理易产生再热裂纹，热处理后应进行表面渗透检测。

5.焊缝处铁素体含量对焊缝的影响

a) 全奥氏体焊接焊缝易产生凝固裂纹，铁素体可减少凝固裂纹的倾向，是不锈钢焊接防止凝固裂纹的最主要手段；

b) 铁素体可以提高奥氏体不锈钢的抗拉强度；

c) 高的铁素体含量可以有效减小应力腐蚀倾向；

d) 铁素体会降低持久蠕变强度；

e) 铁素体在中温条件（500~800℃）会形成σ脆性相。

6.总结

由于不锈钢的焊后热处理存在很多问题，标准里面并没有给出强制性要求，如现场操作困难不易达到所期望的效果，焊缝会形成σ 脆性相，加热区域部分母材暴露在敏化温度，有再热裂纹倾向等，是否需要进行热处理需要充分论证；当决定不锈钢需要进行焊后热处理时，从热处理准备到热处理工艺选择，应根据相关标准及设计要求严格执行。