如何控制超低碳奥氏体不锈钢中的碳含量

在焊接用超低碳奥氏体不锈钢中，有氮存在的情况下，可以认为碳是完全有害的杂质元素。这是因为碳降低耐蚀性、引起焊缝脆化、增大焊缝热裂纹敏感性等。因此，尽量降低奥氏体不锈钢中的含碳量，对提高焊缝的冶金质量具有重要意义。这点也是冶炼焊接用奥氏体不锈钢的首要任务。

1.碳在超低碳奥氏体不锈钢中的存在形式

通常将含C≤0.030%～0.020%（质量分数）的奥氏体不锈钢称为超低碳奥氏体不锈钢。这个含碳量并不表示碳对钢的有害影响完全消除。因为该含碳量远高于室温下碳在奥氏体不锈钢中的溶解度0.006%。

图5-9示出碳在奥氏体不锈钢中的溶解度曲线。从图中可以看出：即使在含碳量极低的情况下，如果热处理不当，同样可以产生碳化物而对钢的性能造成影响。

含碳量（质量分数）为0.030%的奥氏体不锈钢，在加热和冷却过程中，钢中碳的存在形式将发生如下变化：高温时碳全溶入奥氏体中；随着温度的降低，碳的溶解度下降，当温度低于850℃时，多余的碳从奥氏体内析出，并同钢中铬结合形成碳化铬Cr₂₃C₆沿晶界分布；温度下降到室温时，碳在钢中的溶解度约为0.006%。

图5-9 碳在奥氏体不锈钢中的溶解度

高温快速冷却时（固溶处理或焊后冷却），碳以过饱和状态溶解于奥氏体内，不会有碳化物析出。将固溶处理或焊后的超低碳奥氏体不锈钢加热到450～850℃，并进行较长时间的保温之后，多余的碳同样会从奥氏体中析出，并形成碳化铬沿晶界分布，对钢或焊缝的性能造成危害。(www.xing528.com)

总之，超低碳奥氏体不锈钢，当焊后自然冷却或经固溶处理之后，碳完全固溶于奥氏体中，对各项性能不产生有害影响。当焊后进行去应力退火或缓慢冷却时，碳会以碳化物Cr₂₃C₆的形式沿晶界析出，给钢的性能带来危害。

2.焊接用奥氏体不锈钢含碳量的控制水平

作为焊接用超低碳奥氏体不锈钢，标准规定含碳量为不大于0.030%（质量分数，下同），但是在实际生产中，钢中含碳量控制在0.020%～0.015%水平。

手工电弧焊、埋弧焊和堆焊等，都是焊剂和熔剂参与下的焊接方法。在焊接高温作用下，熔剂中的碳酸盐组分会分解产生CO₂、CO、H₂等气体。其中CO与H₂会发生如下反应：

反应产生的C会被焊缝金属吸收而产生增碳现象。因此，凡有焊剂和熔剂参与的焊接方法的焊缝金属，均有增碳的可能；而无熔剂参与的惰性气体保护焊，如TIG焊和MIG焊，均无增碳现象。

通常超低碳奥氏体不锈钢焊条、焊带，在焊后焊缝金属最高增碳量小于0.005%（质量分数，下同）。作为焊接用钢含碳量，应低于母材含碳量；超低碳奥氏体不锈钢母材含碳量控制在0.020%～0.025%；作为焊材含碳量应控制在0.015%～0.020%水平；特殊焊材含碳量要求控制在0.010%水平。