奧氏體不銹鋼是在線亞洲日產一區二區:不銹鋼中最重要的鋼種。由于其在高溫、極低溫度（-196℃)下均具有優良的塑韌性和冷熱加工性能和耐腐蝕性能，因此大量用于石油、化工、宇航及核工程等重要焊接結構。在線亞洲日產一區二區:奧氏體不銹鋼管焊接中的主(zhu)要問題(ti)是焊接接頭熱裂紋(wen)和耐蝕性。
奧氏體不銹(xiu)鋼管焊接(jie)接(jie)頭的熱(re)裂(lie)紋中最常見(jian)的是(shi)結晶(jing)（凝固）裂(lie)紋、熱(re)影響區（液化(hua)）裂(lie)紋和高溫低(di)塑性裂(lie)紋。
1. 焊縫凝固裂(lie)紋(wen)
在奧氏體不銹鋼管焊接接頭中常常發現的凝固裂紋有焊縫縱向、橫向及火口裂紋（圖2-1)。這種裂紋是焊縫凝固過程在結晶后期產生的，所以稱凝固裂紋。凝固裂紋首先與奧氏體不銹鋼導熱系數小、線膨脹系數大有關，它使焊縫在結晶過程產生較大的收縮變形和拉伸應力，這是產生凝固裂紋的必要條件。結晶裂紋的另一個主要原因是某些容易形成低熔點共晶的元素例如S、P、B、Si、Nb等，在奧氏體基體中的溶解度很低，容易在粗大的方向性很強的柱狀晶、樹枝狀晶體之間偏析和形成低熔點共晶液態薄膜。當在結晶后期，基體已經結晶之后，低熔點共晶仍然以液態形式存在，受收縮拉應力的作用，發生沿晶的開裂。圖2-2是00Cr25Ni20Nb奧氏體焊縫的結晶裂紋及其斷口上柱狀晶的形貌。
采用國際焊接學會（IIW)推薦的可調拘束裂紋試驗機對常用的奧氏體不銹鋼的熱裂紋敏感性進行了試驗，測出表示凝固裂紋敏感程度的BTR(脆性溫度區間）和Emin(臨界最小應變）。BTR越大Emin越小，表明凝固裂紋越敏感，表2-1中以304不銹鋼(gang)、321不銹鋼、347不(bu)銹(xiu)鋼、316不銹(xiu)鋼、310S不銹鋼(gang)為序，凝固裂紋敏感性加強。說明不同成分的奧氏體不銹鋼，凝固裂紋的敏感性也是不同的。表中 304不銹鋼、321不銹鋼、347不銹鋼的敏感性相當且最小，310S不銹鋼最強，316不銹鋼居中。
由上述(shu)凝(ning)固裂紋(wen)產生的(de)原(yuan)因可知防止凝(ning)固裂紋(wen)的(de)措施之一，即是要(yao)盡(jin)可能地減少母(mu)材、焊材中(zhong)有(you)害元(yuan)素的(de)含(han)量。
奧氏體鋼焊縫中存在少量δ鐵素體（4%以上），對防止凝固裂紋有顯著的效果，表2-1中304不銹鋼、321不銹鋼、347不銹鋼的焊縫凝固裂紋敏感性較小，其主要原因就是即使是本身自熔焊縫中，焊后也會存在少量的δ鐵素體的緣故。所以奧氏體不銹鋼管的配套焊接材料常常在制造時即已考慮合金元素的含量匹配，使焊縫中形成符合要求的少量鐵素體。鐵素體的有利作用是對硫、磷、硅、鈮等元素溶解度較大，能防止這些元素的偏析和形成低熔點共晶。焊縫中的鐵素體數量是有控制的，過多的鐵素體相使焊縫塑韌性降低。而且假如在焊后又經受熱處理時，可能發生δ→σ+γ'的轉變引起焊縫脆化，所以通常18-8、18-12-2等鋼的相應焊材鐵素體的含量控制在4%~12%之間。
另一方面(mian)在(zai)某些腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)環境，即使輕微(wei)的(de)鐵素(su)體(ti)也可(ke)能引起嚴重(zhong)的(de)問(wen)題，例(li)如(ru)在(zai)尿素(su)、醋酸等介質中(zhong)，焊(han)(han)(han)縫中(zhong)的(de)鐵素(su)體(ti)會(hui)發生(sheng)選擇性(xing)(xing)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。純奧氏體(ti)的(de)焊(han)(han)(han)縫金(jin)屬(shu)，通過加入Mn、Mo、W、V、Ti可(ke)以改善其凝固(gu)裂(lie)紋(wen)敏(min)感性(xing)(xing)，如(ru)尿素(su)級不(bu)銹鋼的(de)焊(han)(han)(han)材(cai)00Cr25Ni22Mn4Mo2N、00Cr18Ni15Mn5Mo2N 鋼和(he)耐硫酸、磷(lin)酸，有(you)機(ji)酸抗孔(kong)蝕(shi)(shi)、應力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)用(yong)的(de)00Cr20Ni24Mo5Cu等焊(han)(han)(han)縫金(jin)屬(shu)雖然并不(bu)含(han)有(you)鐵素(su)體(ti)相，但因Mn、Mo含(han)量較(jiao)高，仍具(ju)有(you)良好的(de)抗熱(re)裂(lie)性(xing)(xing)能，焊(han)(han)(han)接(jie)時不(bu)會(hui)產(chan)生(sheng)凝固(gu)裂(lie)紋(wen)。Mn在(zai)焊(han)(han)(han)縫金(jin)屬(shu)中(zhong)可(ke)與S結(jie)(jie)合(he)生(sheng)成(cheng)高熔(rong)點(dian)的(de)MnS從而防止S的(de)偏(pian)析(xi)和(he)產(chan)生(sheng)低熔(rong)點(dian)共晶，而Mo、W可(ke)提(ti)高熔(rong)池的(de)結(jie)(jie)晶溫(wen)度(du)，縮(suo)小結(jie)(jie)晶溫(wen)度(du)范圍，V、Ti可(ke)以縮(suo)小脆性(xing)(xing)溫(wen)度(du)區間BTR(表(biao)2-1)。因此均對防止凝固(gu)裂(lie)紋(wen)起良好作用(yong)。
2. 熱(re)影響(xiang)區(qu)（液化）裂紋
奧氏體不銹鋼管焊接熱影響區常常可見到緊鄰熔合線處的熱裂紋。這種裂紋與焊縫凝固裂紋(wen)(wen)形成的(de)(de)(de)(de)原因相同，是由于母材(cai)(cai)中奧(ao)氏體(ti)(ti)晶界殘存著比(bi)基體(ti)(ti)熔(rong)點(dian)低(di)的(de)(de)(de)(de)低(di)熔(rong)點(dian)共晶薄(bo)膜(mo)，在焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)電弧加熱(re)(re)中發生(sheng)(sheng)熔(rong)化(hua)，并在隨(sui)后冷卻中受收縮(suo)拉應(ying)(ying)力(li)的(de)(de)(de)(de)作用而發生(sheng)(sheng)開裂。圖(tu)2-3是含(han)硼304鋼(gang)熱(re)(re)影(ying)響區(qu)的(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)化(hua)裂紋(wen)(wen)。在多(duo)層（多(duo)道）焊(han)(han)(han)(han)縫中也會遇到液(ye)(ye)化(hua)裂紋(wen)(wen)，這種情(qing)況往(wang)往(wang)是先焊(han)(han)(han)(han)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)道中鐵素(su)(su)體(ti)(ti)含(han)量(liang)(liang)少(shao)(shao)或(huo)無(wu)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)而存在低(di)熔(rong)點(dian)共晶薄(bo)膜(mo)，在隨(sui)后的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)道的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)影(ying)響下發生(sheng)(sheng)開裂。同樣(yang)防止熱(re)(re)影(ying)響區(qu)液(ye)(ye)化(hua)裂紋(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)主要對策是盡可能減少(shao)(shao)可生(sheng)(sheng)成低(di)熔(rong)點(dian)共晶的(de)(de)(de)(de)有(you)害(hai)元(yuan)素(su)(su)和(he)偏析程度。因此在選用鋼(gang)材(cai)(cai)和(he)焊(han)(han)(han)(han)材(cai)(cai)時，特(te)別要注意(yi)有(you)害(hai)元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)含(han)，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時應(ying)(ying)采(cai)用小(xiao)的(de)(de)(de)(de)線能量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)工藝和(he)規范，防止熱(re)(re)影(ying)響區(qu)過熱(re)(re)，以及注意(yi)接(jie)(jie)(jie)頭設計和(he)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)程序，盡可能減少(shao)(shao)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)殘余應(ying)(ying)力(li)。
3. 高溫低(di)塑性(xing)裂(lie)紋
這(zhe)種(zhong)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)多數發生(sheng)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)單相(xiang)奧氏體(ti)(ti)鋼及合金的(de)(de)(de)(de)熱(re)影響區或多層焊(han)縫中(zhong)(zhong)先一層（道）焊(han)縫上，其(qi)產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)范圍相(xiang)當于(yu)再結晶溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)，因此高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)低(di)塑(su)性(xing)(xing)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)比液化裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)更低(di)的(de)(de)(de)(de)熱(re)影響區。對于(yu)奧氏體(ti)(ti)鋼，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)低(di)于(yu)固相(xiang)線溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)以下的(de)(de)(de)(de)加(jia)熱(re)過(guo)(guo)程和冷(leng)卻(que)過(guo)(guo)程，其(qi)塑(su)性(xing)(xing)變(bian)化是不同的(de)(de)(de)(de)（見圖2-4).在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)加(jia)熱(re)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)，起(qi)初(chu)隨溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)升高(gao)(gao)，塑(su)性(xing)(xing)（ψ值）略有(you)增(zeng)加(jia)，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)達到(dao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)t3時(shi)塑(su)性(xing)(xing)開始降(jiang)低(di)。到(dao)達tnp時(shi)降(jiang)至(zhi)(zhi)零(ling)。在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)冷(leng)卻(que)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)，塑(su)性(xing)(xing)開始恢復，當溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)降(jiang)至(zhi)(zhi)t3時(shi)已接近原來(lai)加(jia)熱(re)時(shi)的(de)(de)(de)(de)水平。但(dan)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)t2~t1溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)范圍出現塑(su)性(xing)(xing)降(jiang)低(di)。此時(shi)如(ru)果(guo)存在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)(de)收縮應(ying)變(bian)，就會(hui)(hui)引(yin)起(qi)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)。表2-1中(zhong)(zhong)DTR是用可調(diao)拘(ju)束裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)試驗(yan)測出的(de)(de)(de)(de)奧氏體(ti)(ti)不銹鋼產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)低(di)塑(su)性(xing)(xing)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)。從(cong)表2-1的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)低(di)塑(su)性(xing)(xing)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)開始和終了溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)及其(qi)范圍可知，310、316鋼分(fen)別(bie)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)1200~840℃和1180~1050℃產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)低(di)塑(su)性(xing)(xing)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)，其(qi)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)范圍相(xiang)應(ying)為(wei)350℃和130℃.而(er)347、321、304三種(zhong)鋼，既(ji)未發現裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)也沒有(you)測出產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)DTR溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)，表明(ming)穩定型奧氏體(ti)(ti)鋼具有(you)較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)低(di)塑(su)性(xing)(xing)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)傾(qing)向。而(er)亞穩奧氏體(ti)(ti)鋼的(de)(de)(de)(de)敏感性(xing)(xing)較(jiao)小(xiao)，一般焊(han)接過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)不會(hui)(hui)產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)這(zhe)種(zhong)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)。
奧氏體鋼(gang)及合金(jin)冷卻(que)過程(cheng)中(zhong)出現塑(su)性(xing)降低和(he)產生高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)低塑(su)性(xing)裂紋(wen)(wen)的(de)(de)機制(zhi)相當(dang)復雜，簡(jian)單(dan)說與熱影響區(qu)在(zai)(zai)“再(zai)結(jie)晶溫(wen)(wen)(wen)度(du)”二(er)次(ci)(ci)晶界(jie)的(de)(de)形成有(you)(you)(you)關。二(er)次(ci)(ci)晶界(jie)又與金(jin)屬在(zai)(zai)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)下(xia)點陣缺陷（空(kong)位、位錯(cuo)）的(de)(de)運動和(he)晶界(jie)遷移等擴(kuo)散行為(wei)有(you)(you)(you)關。因(yin)此凡是能提高(gao)(gao)“再(zai)結(jie)晶溫(wen)(wen)(wen)度(du)”和(he)增(zeng)(zeng)加(jia)擴(kuo)散激活(huo)能的(de)(de)因(yin)素都可(ke)以(yi)阻礙(ai)二(er)次(ci)(ci)晶界(jie)的(de)(de)形成，從(cong)而降低高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)低塑(su)性(xing)裂紋(wen)(wen)的(de)(de)敏感性(xing)。焊縫中(zhong)的(de)(de)鐵(tie)素體可(ke)以(yi)有(you)(you)(you)效阻止(zhi)(zhi)位錯(cuo)運動，使多層焊縫防止(zhi)(zhi)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)低塑(su)性(xing)裂紋(wen)(wen)。合金(jin)元素Mo、W、Ta、Ti等可(ke)有(you)(you)(you)效地增(zeng)(zeng)加(jia)多邊(bian)化激活(huo)能，提高(gao)(gao)再(zai)結(jie)晶溫(wen)(wen)(wen)度(du)，在(zai)(zai)鋼(gang)和(he)焊縫中(zhong)添(tian)加(jia)這些元素，都有(you)(you)(you)利于防止(zhi)(zhi)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)低塑(su)性(xing)裂紋(wen)(wen)。
奧氏體不銹鋼管的裂紋問題，曾經是這類鋼最擔心的問題。因此也就成為奧氏體鋼管工藝焊接性的指標。事實上，早期不銹鋼管中，熱裂紋是經常出現的，相當多的焊接結構存在隱患，是“帶病”工作。隨著對奧氏體鋼管焊接裂紋的成因、不銹鋼管及焊接材料中元素對裂紋的影響、焊縫中鐵素體作用的研究以及新型焊接工藝的開發等，現在奧氏體不銹鋼管的熱裂紋，在實際焊接產品上已經很少發現，顯著改進了焊接性，提高了焊接結構的安全程度，可以說奧氏體不銹鋼管熱裂紋已經有辦法避免和清除。
