奥氏体不锈钢焊缝金属的组织结构优化

奥氏体不锈钢焊缝金属组织结构如图5-7所示。按照奥氏体不锈钢焊后金属熔池的凝固模式来分类，焊缝金属的组织结构可分为图5-8所示的A、AF和FA三种。

图5-7 奥氏体不锈钢焊缝金属组织结构

图5-8 凝固模式与Fe-Cr-Ni相图的示意图

现将这三种凝固模式形成的焊缝金属组织结构特点分述如下：

1.A凝固模式形成全奥氏体组织

凝固时，最初析出相为奥氏体（γ），凝固结束时仍为奥氏体，直到室温还是奥氏体。因此，焊缝金属为全奥氏体。这种凝固模式发生在合金Fe-Cr-Ni相图左侧，高镍低铬含量的钢种，即Creq∶Nieq≤1.25的情况下（Creq、Nieq）参阅本章5.4.6节）。

全奥氏体焊缝金属的特点是热导率低，焊接时高温区热量集中、不易散开，熔池温度很高，导致奥氏体晶粒粗大，合金元素与杂质偏析严重。另外，奥氏体热膨胀系数大，会导致温差热应力大。因此，全奥氏体焊缝金属的热裂纹敏感性很强，极易产生热裂纹。(www.xing528.com)

2.AF凝固模式形成奥氏体与铁素体混合组织

凝固时，最初析出相为奥氏体，凝固期间发生共晶反应A→δ，凝固结束时产生δ铁素体。高温下铁素体存在于奥氏体的晶界处，直到室温得到两相混合组织。这种凝固模式发生在铬、镍含量居中的钢种，即Creq∶Nieq=1.25～1.48的情况。

奥氏体与铁素体混合组织焊缝金属的特点是晶粒比较细，均匀性较好。由于存在较多的铁素体，高温产生的热应力比全奥氏体小，焊后仍然会产生热裂纹。

3.FA凝固模式形成奥氏体为主，含有少量铁素体的组织

凝固时最初析出相为δ铁素体，凝固期间发生共晶反应δ→γ，大部δ铁素体在凝固结束时转变为奥氏体，到室温下形成奥氏体与少量铁素体的组织结构。这种凝固模式发生在高铬低镍含量的钢种中，即Creq∶Nieq=1.48～1.75的情况下。室温下δ铁素体的体积分数为5%～15%。

这种组织结构的焊缝金属的特点是：高温下由δ铁素体转变形成奥氏体，具有细小的、分布均匀的晶粒，少量δ铁素体均匀分布在奥氏体中。这种组织结构具有很强的抗热裂纹能力，焊后产生热裂纹的几率很小。

综上所述，超低碳奥氏体镍铬不锈钢焊缝的组织结构取决于钢的化学成分。焊缝金属的凝固模式对焊缝金属热裂纹的产生具有重要作用。合理控制焊缝金属的化学成分和杂质元素含量，是生产优质焊材的技术途径。