比較了304/304L和316/316L奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能，通過氬弧焊、藥芯氣保焊和埋弧焊三種焊接工藝測(cè)量了焊接材料、焊接參數(shù)和焊接參數(shù)。變量進(jìn)行了比較。電弧焊的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。
304L 和316L 低碳奧氏體不銹鋼具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它們可以在低至-196C 的溫度下使用。特別是近年來，全球?qū)σ夯烊粴猓↙NG）的需求不斷增加，LNG設(shè)施的建設(shè)需求逐漸增加，304L和316L奧氏體不銹鋼的使用越來越普遍。
1 化學(xué)成分和力學(xué)性能比較
304 和304L 與316 和316L 之間的主要區(qū)別在于碳含量。含碳量越高表示耐高溫和抗氧化性能越好，含碳量越低表示抗晶間腐蝕性能越好。 316和304的主要區(qū)別是增加了Ni的含量并添加了Mo，具有很好的抗氯化物侵蝕的能力，所以更多地用于海洋環(huán)境。本文所用基材均為ASTM A358 304/304L，本應(yīng)采用316/316L進(jìn)行的試驗(yàn)，也用304/304L基材代替316/316L，實(shí)際成分見下圖表格1。其他力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表2（E批次試驗(yàn)未使用，本項(xiàng)目316/316L鋼作對(duì)比）。
2 焊接工藝評(píng)定
以304/304L和316/316L奧氏體不銹鋼為例，根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)，綜合考察選擇了GTAW、GTAW+FCAW、GTAW+SAW三種工藝。
2.1 家居設(shè)計(jì)
壁厚小于22mm的基板采用常規(guī)單V型槽(a)，壁厚大于22mm的基板采用復(fù)合槽(b)參照ASMEB31.3-2008設(shè)計(jì)。圖1。
2.2 焊接材料
項(xiàng)目選擇了三種工藝，所用的焊接材料為GTS-308L、GFS-308L和GWS-308L/GXS-300，對(duì)于316/316L不銹鋼壁厚，選擇了兩種工藝：GTAW和GTAW+FCAW。已經(jīng)使用的焊材為TGS-316L和GFS-316L。如表3所示，化學(xué)成分與相應(yīng)鋼相似，Cr、Ni含量略高于母材，316/316L焊材Mo含量達(dá)到2.18%。
2.3 焊接參數(shù)
不銹鋼的焊接不應(yīng)使用大量的熱輸入，因此應(yīng)選擇小電流和快速焊接。實(shí)際試驗(yàn)中的焊接參數(shù)等工藝細(xì)節(jié)見表4。
除以下參數(shù)外，焊接前應(yīng)清潔坡口，避免油脂污染，防止焊接時(shí)產(chǎn)生氣孔和滲碳。在焊接過程中，只有不銹鋼絲刷才能清潔坡口和焊縫表面。每次試驗(yàn)的預(yù)熱溫度應(yīng)為10或更高，層間溫度應(yīng)為175或更低。焊槍保護(hù)氣和后保護(hù)氣均為99.99%純Ar。氣流量是15-25L/s。氬弧工藝常用的焊絲直徑為2.0和2.4mm，因此參數(shù)通常較小，電流集中在80-140A之間，而分子氧和埋弧的工藝參數(shù)相對(duì)依次增加。在純氬弧焊工藝的情況下，最高的熱量輸入發(fā)生在底環(huán)時(shí)，因?yàn)楹附娱_始時(shí)焊接速度往往較慢，以保證后蓋的質(zhì)量。
3 焊接性能比較
經(jīng)無損檢測(cè)、結(jié)構(gòu)分析和力學(xué)性能檢測(cè)，上述檢測(cè)均順利通過焊接工藝評(píng)定，力學(xué)性能等檢測(cè)結(jié)果良好。
3.1 組織結(jié)構(gòu)分析
奧氏體不銹鋼一般都含有一定量的鐵素體，鐵素體的含碳量極低，因此具有良好的塑性和韌性，其在S、P、Si、Nb等元素中的高溶解度使得防止這些元素成為可能。能夠。低熔點(diǎn)共晶的偏析和形成防止了凝固裂紋（熱裂紋）的發(fā)生，而鐵素體對(duì)提高焊縫抗晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕的能力有顯著的作用。
綜合匯總測(cè)試的FN結(jié)果如表5所示。從表中可以看出，總鐵素體含量約為5.7，滿足項(xiàng)目3-8的要求。由于測(cè)試所用基材為ASTM A358 304/304L，可見316L系列焊材的包覆金屬鐵素體含量略低于308L系列焊材。從焊接工藝來看，鐵素體含量與焊接工藝沒有直接關(guān)系。
3.2 力學(xué)性能比較
不銹鋼的彈性功比較小，沖擊性能主要花在塑性變形和裂紋擴(kuò)展和斷裂上。因此，單純用沖擊功作為衡量沖擊韌性的指標(biāo)是不合適的。
目前LNG項(xiàng)目一般采用ASME B31.3標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，奧氏體不銹鋼在-196的沖擊橫向膨脹值大于0.38mm，部分不需要ASME規(guī)范的項(xiàng)目也采用。這項(xiàng)規(guī)定。但是ASME標(biāo)準(zhǔn)并沒有明確要求沖擊能，當(dāng)然還有很多歐洲LNG項(xiàng)目對(duì)沖擊能有具體要求。例如，TV 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和施工項(xiàng)目往往要求沖擊能量大于32 J。
焊縫細(xì)節(jié)對(duì)相應(yīng)焊縫金屬的韌性有不同程度的影響，316/316L不銹鋼焊接試驗(yàn)中-196的沖擊功和橫向膨脹值見圖2(a) .從圖中可以看出，沖擊能值越大，橫向膨脹值也越大，兩者之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。值得一提的是，316/316L（實(shí)際上是304/304L）鋼和316系列焊絲在相同測(cè)試中的沖擊功存在顯著差異。試驗(yàn)1的橫向膨脹值為0.87-1.43，試驗(yàn)3為1.07-1.1 .56，但試驗(yàn)3的沖擊功為138-159J時(shí)，試驗(yàn)1低至23-39J。對(duì)于每個(gè)測(cè)試集，采樣點(diǎn)1、2 和3 分別代表三個(gè)位置：焊接金屬、熔線和熔線+2。如圖2所示，可以看出焊縫金屬的沖擊功和橫向膨脹值最低，越靠近母材沖擊功和橫向膨脹值越高。實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)3使用同一批母材，但分別采用純氬弧和氬弧+藥芯氣體保護(hù)焊工藝，求出氬弧焊的沖擊功和橫向膨脹值。遠(yuǎn)高于藥芯氣保焊。
對(duì)于304/304L不銹鋼，本文選取試驗(yàn)5、7、8作為分析標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)表6，試驗(yàn)5、7、8采用氬弧、氬弧+藥芯氣保焊。和氬弧焊+埋弧焊工藝，分別。三個(gè)沖擊值和橫向膨脹值如圖2(b)所示，可以看出圖中三個(gè)過程的沖擊能量依次遞減，橫向膨脹值的變化趨勢(shì)大致如下。沖擊能量不是線性的，而是.
從整體來看，304/304L的橫向膨脹和沖擊值高于316/316L，除試驗(yàn)1外，氬弧工藝的沖擊和橫向膨脹值最高，其次是浸沒電弧工藝，而雙氧工藝的性能最差。測(cè)試1是氬弧工藝，根據(jù)上面的分析，沖擊值應(yīng)該比較高，但實(shí)際情況正好相反。由于實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)4使用的是同一批基材，圖3比較了兩者的效果和橫向膨脹。對(duì)比顯示，兩者的沖擊和橫向膨脹值較低，但304/304L的測(cè)試值略高，證實(shí)304/304L也具有較高的橫向膨脹和沖擊值。比316/316L；同時(shí)，必須證明沖擊能量大，橫向膨脹值不一定高。數(shù)值偏低的原因在于基材，從表4可以看出，該批號(hào)基材的沖擊功僅為30J。
4。結(jié)論
304/304L和316/316L都是奧氏體不銹鋼，但有一些區(qū)別。 1）316和304的主要區(qū)別是Ni元素含量增加，Mo添加2-3%，316/316L不銹鋼具有更高的耐腐蝕性。 2）316/316L的包層金屬的鐵素體含量比304/304L低，鐵素體含量與焊接工藝沒有直接關(guān)系。 3）304/304L的橫向膨脹值高于316/316L，橫向膨脹值與沖擊功有一定的吻合，但沖擊功值的增加并不表示橫向膨脹。價(jià)值也應(yīng)該增加。