孫明輝，馬青軍，黃耀波，孫徠博，肖祥勇，武鵬博，馮家瑋

1.福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 福建福州 350008

2.天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 天津 300192

3.哈爾濱焊接研究院有限公司 黑龍江哈爾濱 150028

4.福建青拓特鋼技術(shù)研究院有限公司 福建寧德 355006

1 序言

中國(guó)鎳礦資源總體呈現(xiàn)分布高度集中、以硫化物型為主且伴生礦種多、難于開(kāi)采的特點(diǎn)，一直制約著相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，如電鍍行業(yè)自1956年以來(lái)，國(guó)內(nèi)不少公司堅(jiān)持代鎳鍍層的研究和生產(chǎn)實(shí)踐，先后采用了銅錫合金、鋅銅合金、鋅銅鎳合金等許多鍍種，為代鎳和節(jié)鎳做出了很多貢獻(xiàn)[1]。近年來(lái)，中國(guó)鎳礦產(chǎn)量與社會(huì)發(fā)展高需求不匹配，國(guó)內(nèi)鎳礦自給率不足，每年需要從國(guó)外進(jìn)口大量鎳礦石，原料對(duì)外依存度常年超過(guò)80%，長(zhǎng)期處于供不應(yīng)求的現(xiàn)狀[2]。而鎳的消耗主要集中在不銹鋼產(chǎn)業(yè)，尤其是以S30408為代表的奧氏體不銹鋼更是消耗大量的鎳。奧氏體不銹鋼具有良好的耐蝕性和綜合力學(xué)性能，其室溫及低溫韌度、塑性及焊接性?xún)?yōu)于鐵素體不銹鋼，在氧化性、中性及弱氧化性介質(zhì)中具有優(yōu)良的耐蝕性[3]。有研究指出，近年來(lái)約90%的不銹鋼消費(fèi)增量由中國(guó)提供，持續(xù)增長(zhǎng)的鎳消耗也使得鎳產(chǎn)品的價(jià)格居高不下。

隨著鎳產(chǎn)業(yè)裝備工藝技術(shù)不斷的突破，以及新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，全球鎳產(chǎn)業(yè)格局已經(jīng)發(fā)生重大變化，2022年3月的倫鎳期貨價(jià)格史無(wú)前例地兩天暴漲248%，給包括中國(guó)在內(nèi)的實(shí)體經(jīng)濟(jì)造成了嚴(yán)重傷害[4]。鎳金屬屬于國(guó)家戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備資源，此次鎳期貨事件再次讓公眾的焦點(diǎn)回歸到鎳安全上。如何采用價(jià)格更低、儲(chǔ)量更大的元素替代鎳元素在奧氏體不銹鋼中的應(yīng)用是一直以來(lái)的研究熱點(diǎn)。不銹鋼、耐熱鋼等是工業(yè)中常用的鋼鐵材料，而其中均含有大量的戰(zhàn)略元素鎳，因此研制無(wú)鎳和少鎳的耐熱鋼和不銹鋼，具有重大的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)意義[5]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要圍繞用氮和錳元素來(lái)降低甚至取代昂貴的鎳元素等課題開(kāi)展了廣泛研究，在低鎳和無(wú)鎳奧氏體不銹鋼發(fā)展過(guò)程中曾出現(xiàn)3種類(lèi)型不銹鋼：僅以錳全部取代鎳的Cr-Mn不銹鋼；在18-8Cr-Ni鋼基礎(chǔ)上以錳或錳、氮元素來(lái)部分代鎳的低鎳Cr-Mn-Ni-N不銹鋼；以錳和氮取代全部鎳的 Cr-Mn-N不銹鋼[6]。

其中以AISI200系不銹鋼為代表的低鎳Cr-Mn-Ni-N奧氏體不銹鋼中有著比AISI300 系Cr-Ni不銹鋼更高的強(qiáng)度和韌度，較好的成形性、焊接性，而且成本低廉，應(yīng)用前景十分廣闊。Cr-Mn-N無(wú)鎳奧氏體不銹鋼具有優(yōu)異的綜合性能和使用安全性，但高氮無(wú)鎳Cr-Mn-N奧氏體不銹鋼含有過(guò)飽和的氮，會(huì)導(dǎo)致加工硬化特性，使其生產(chǎn)和成形加工具有一定的困難，因此高氮無(wú)鎳Cr-Mn-N奧氏體不銹鋼的廣泛應(yīng)用還需要一定的時(shí)間和技術(shù)積累。而就生物醫(yī)用領(lǐng)域而言，目前醫(yī)用無(wú)鎳Cr-Mn-N奧氏體不銹鋼仍處于試驗(yàn)研究狀態(tài)，距離大規(guī)模臨床應(yīng)用階段尚有時(shí)日[7]。因此，本文主要就Cr-Mn-Ni-N型低鎳含氮奧氏體不銹鋼及其焊接工藝的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

2 Cr-Mn-Ni-N型奧氏體不銹鋼的研究現(xiàn)狀

錳是穩(wěn)定奧氏體元素，其穩(wěn)定奧氏體的作用約為鎳的1/2。錳的主要作用不在于形成奧氏體，而在于降低鋼的臨界淬火速度，在冷卻時(shí)增加奧氏體的穩(wěn)定性，抑制奧氏體的分解，使高溫下形成的奧氏體能夠在常溫下保持。錳在提高鋼的耐蝕性方面的作用不大，鋼中的錳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）從0～10.4%變化也不會(huì)明顯改變鋼在空氣與酸中的耐蝕性[8]。氮是強(qiáng)烈的奧氏體形成元素和固溶強(qiáng)化元素，氮元素的獲取又是極為容易的，因此成為取代鎳元素的最佳選擇。然而當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)在大規(guī)模量產(chǎn)的情況下，氮元素的加入量較為有限，目前量產(chǎn)情況下氮元素的加入量一般約為2000ppm（1ppm＝1×10－6），如青山實(shí)業(yè)生產(chǎn)的08Cr19MnNi3Cu2N（QN1803）不銹鋼。

由于以錳、氮等元素代鎳的低鎳奧氏體不銹鋼表現(xiàn)出良好的耐蝕性及優(yōu)異的力學(xué)性能，所以引起了許多國(guó)家的重視。如納入美國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)的AISI201、AISI202，納入JIS 標(biāo)準(zhǔn)的SUS201、SUS202。為解決汽車(chē)、火車(chē)、地鐵車(chē)廂構(gòu)件的鋼材晶間應(yīng)力腐蝕問(wèn)題，美國(guó)又對(duì)201不銹鋼進(jìn)行了改進(jìn)，研制出了201L、201LN不銹鋼。后來(lái)陸續(xù)發(fā)展了S21400、S24000、S28200、S21900、S20910 及YUS120等高強(qiáng)度耐蝕不銹鋼。S21400 和 S21900不銹鋼應(yīng)用于航空、低溫系統(tǒng)及無(wú)磁部件制造。S21900、S20910不銹鋼具有優(yōu)于316不銹鋼的耐蝕性，用于泵、閥、緊固件、海洋用材、熱交換器及彈簧的生產(chǎn)，逐漸形成了與 AISI300（ Cr-Ni 系）并列的 AISI200系列奧氏體不銹鋼[9]。

由于美標(biāo)200系不銹鋼存在成分設(shè)計(jì)缺陷，在節(jié)約鎳資源的同時(shí)降低了鉻含量，市場(chǎng)流通的節(jié)鎳奧氏體不銹鋼的鉻含量均低于18%，使其耐蝕性大幅下降[10]，同時(shí)美標(biāo)200系不銹鋼的冷加工硬化指數(shù)高，制品易發(fā)生應(yīng)力開(kāi)裂，尤其是用于裝飾材料時(shí)普通消費(fèi)者很難判斷出材料的優(yōu)劣。因此，我國(guó)一些科研院所一直在研究更優(yōu)的低鎳奧氏體不銹鋼，如中科院金屬研究所、北京鋼鐵研究總院、上海鋼鐵研究所及太原鋼鐵公司等。1975年，我國(guó)將1Cr17Mn6Ni5N（201鋼）和1Cr18Mn8Ni5N（202鋼）納入國(guó)標(biāo) ，但隨著市場(chǎng)需求的變化以及本著追求利益最大化的目的，市場(chǎng)上逐漸出現(xiàn)了各類(lèi)鎳含量比201鋼、202鋼更低甚至無(wú)鎳的非標(biāo)不銹鋼。這些不銹鋼沒(méi)有得到傳統(tǒng)不銹鋼行業(yè)的正式承認(rèn)，同時(shí)因?yàn)槿鄙贅?biāo)準(zhǔn)的約束長(zhǎng)期游離于國(guó)標(biāo)體系之外，進(jìn)而導(dǎo)致了市場(chǎng)上的節(jié)鎳不銹鋼質(zhì)量良莠不齊。因此既能比傳統(tǒng)低鎳不銹鋼更節(jié)鎳、成本更低，同時(shí)其耐蝕性、強(qiáng)度和成形加工性能不低于06Cr19Ni10（S30408）的新型材料仍不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。

蔣一等[11]通過(guò)Thermo-Calc熱力學(xué)相圖計(jì)算軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和合金配比優(yōu)化，設(shè)計(jì)了新型節(jié)鎳含氮奧氏體不銹鋼08Cr19Mn6Ni3Cu2N（QN1803）。成分特點(diǎn)為：高鉻 （wCr＞18%）、節(jié)鎳（wNi＜3.5%）、高銅（wCu＞1.5%）、含氮（wN＞0.2%）。通過(guò)OM、SEM和電化學(xué)工作站等方法研究了其組織及性能，認(rèn)為QN1803含有2000×10-6以上的氮元素，其屈服強(qiáng)度可達(dá)400MPa以上，是S30408鋼的1.3倍以上；但氮原子降低了QN1803 鋼的低溫韌度，使其在－60℃以下的沖擊吸收能量顯著低于S30408鋼，同時(shí)對(duì)兩種材料的深沖制品在0.16%HCl+6%FeCl3溶液浸泡24h試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)QN1803性能優(yōu)于S30408，腐蝕形貌如圖1所示。

圖1 深沖制品腐蝕形貌

同時(shí)蔣一等[12]借助Thermo-Calc熱力學(xué)相圖計(jì)算軟件，再次設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了12Cr17Mn7Ni2Cu2N（QN1701）不銹鋼，以代替019Cr21CuTi（443）超純鐵素體不銹鋼。通過(guò)OM、SEM和電化學(xué)工作站等方法研究了其組織及性能，發(fā)現(xiàn)QN1701不銹鋼的屈服強(qiáng)度提高至400MPa以上，達(dá)到443不銹鋼的1.32倍。QN1701不銹鋼的點(diǎn)蝕電位及點(diǎn)蝕速率均低于443不銹鋼。在電梯用研磨拉絲表面狀態(tài)下，QN1701不銹鋼在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%NaCl中性鹽霧和干濕循環(huán)鹽霧等加速腐蝕試驗(yàn)中的耐蝕性均優(yōu)于443不銹鋼，腐蝕形貌如圖2所示。

徐書(shū)峰等[13]也對(duì)一種適當(dāng)?shù)靥砑恿算~的節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼CIMCN4的開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)進(jìn)行研究，以

a）QN1701不銹鋼 b）443不銹鋼代替S30408不銹鋼用于集裝箱內(nèi)板領(lǐng)域。認(rèn)為合理控制鎳當(dāng)量和鉻當(dāng)量以減少高溫δ鐵素體組織出現(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱連軋生產(chǎn)，同時(shí)還要考慮冷卷后的加工出現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多次設(shè)計(jì)研發(fā)最終確定了CIMCN4不銹鋼的化學(xué)成分，見(jiàn)表1。

表1 CIMCN4與304不銹鋼化學(xué)成分對(duì)比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

通過(guò)氮的增加使退火后的抗拉強(qiáng)度大于304不銹鋼，銅的添加使得冷加工性能可以與304不銹鋼相似，詳見(jiàn)表2。為了保障產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，其熱處理工藝、熱線(xiàn)酸洗工藝和冷線(xiàn)酸洗工藝都需要嚴(yán)格控制才能保障CIMCN4不銹鋼的質(zhì)量穩(wěn)定。

表2 CIMCN4與304不銹鋼室溫下力學(xué)性能

3 Cr-Mn-Ni-N型奧氏體不銹鋼的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著不銹鋼冶金技術(shù)的進(jìn)步，1Cr17Mn6Ni5N和1Cr18Mn8Ni5N也變更為12Cr17Mn6Ni5N（S35350）和12Cr18Mn8Ni5N（S35450），在國(guó)標(biāo)中也新增了一種新型Cr-Mn-Ni-N型奧氏體不銹鋼10Cr17Mn9Ni4N（S35950），這3種材料因耐腐蝕等性能不如S30408，價(jià)格又比新研發(fā)的各類(lèi)非標(biāo)節(jié)鎳不銹鋼略貴，因此應(yīng)用場(chǎng)景在不斷減少。但非標(biāo)節(jié)鎳不銹鋼的應(yīng)用存在管理混亂的情況，甚至有不法分子將未經(jīng)驗(yàn)證的材料應(yīng)用于餐具、水箱、衛(wèi)浴等產(chǎn)品，由于其耐蝕性、屈服強(qiáng)度及重金屬析出等指標(biāo)都可能存在問(wèn)題，因此存在極大的安全隱患。

由于QN1803、QN1701、CIMCN4等各類(lèi)新型節(jié)鎳奧氏體不銹鋼各方面的性能還未得到足夠的驗(yàn)證，因此其應(yīng)用領(lǐng)域受到很大限制。在土木工程領(lǐng)域，林鑫[14]通過(guò)QN1803、2205雙相不銹鋼及再生骨料混凝土等材料性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)兩種材料存在各向異性，表現(xiàn)為沿鋼材軋制方向強(qiáng)度略低于垂直鋼材軋制方向（約5%），QN1803不銹鋼經(jīng)冷彎加工后可提高9.6%的名義屈服強(qiáng)度且其延性?xún)?yōu)于2205不銹鋼；吳余曄[15]通過(guò)不同約束水平對(duì)QN1803不銹鋼管混凝土軸壓短柱力學(xué)性能影響規(guī)律的研究，認(rèn)為與普通鋼管混凝土試件相比，QN1803不銹鋼試件的承載力、延性均得到了提高。

鄭椿等[16]對(duì)QN1803和304不銹鋼進(jìn)行了不同形變量的拉伸試驗(yàn)，通過(guò)EBSD、XRD和TEM分析其形變組織和強(qiáng)韌化機(jī)制，發(fā)現(xiàn)當(dāng)拉伸變量逐步增加時(shí)，兩種材料的形變馬氏體均優(yōu)先在晶界處形核并逐漸增多，晶粒形態(tài)逐漸由等軸狀向長(zhǎng)纖維狀變化并逐漸嚴(yán)重位錯(cuò)塞積直至斷裂；同時(shí)采用電化學(xué)工作站、酸性介質(zhì)腐蝕試驗(yàn)和OM、SEM分析了不同拉伸形變下的耐蝕性和腐蝕機(jī)理，最終認(rèn)為QN1803不銹鋼相比304不銹鋼具有較高的屈服強(qiáng)度和略低的伸長(zhǎng)率，但304不銹鋼的形變馬氏體較多且QN1803不銹鋼含有較高的銅，其耐硫酸腐蝕能力明顯優(yōu)于304不銹鋼，如圖3所示。

圖3 QN1803和304不銹鋼不同拉伸形變量下的硫酸腐蝕速率

而文獻(xiàn)[12]的研究認(rèn)為，新型含氮節(jié)鎳奧氏體不銹鋼12Cr17Mn7Ni2Cu2N（QN1701）相比超純鐵素體不銹鋼019Cr21CuTi（443），其奧氏體穩(wěn)定性不足，導(dǎo)致冷加工變形時(shí)會(huì)誘導(dǎo)產(chǎn)生過(guò)多的形變馬氏體，但其脹形性能、強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和折彎時(shí)產(chǎn)生橘皮現(xiàn)象等方面高于443不銹鋼。另外，通過(guò)點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)和鹽霧腐蝕試驗(yàn)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在研磨拉絲狀態(tài)下QN1701不銹鋼具有更低的點(diǎn)蝕速率、更好的耐鹽霧腐蝕性，但在干濕循環(huán)鹽霧加速腐蝕試驗(yàn)時(shí)的性能低于443不銹鋼，主要是由于研磨拉絲使得443不銹鋼的析出相暴露于表面或者被拖曳后留下的微坑降低了耐蝕性。認(rèn)為QN1701具有更高的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率以及在電梯常用研磨拉絲表面狀態(tài)下耐蝕性更優(yōu)等特點(diǎn)，為電梯輕量化設(shè)計(jì)和長(zhǎng)使用壽命提供了有效的解決方案，QN1701和304不銹鋼的點(diǎn)蝕速率如圖4所示。

圖4 QN1701和304不銹鋼的點(diǎn)蝕速率

4 Cr-Mn-Ni-N型奧氏體不銹鋼的焊接加工工藝研究

雖然對(duì)Cr-Mn-Ni-N型低鎳含氮奧氏體不銹鋼的研究和應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但制約其應(yīng)用的因素除了各項(xiàng)理化性能外，能否采用現(xiàn)有或者開(kāi)發(fā)出配套的焊接工藝及焊接材料來(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的焊接加工并保證焊后的焊接接頭性能也是重中之重。取代鎳元素的錳、氮及微量的銅元素在焊接時(shí)都可能成為影響焊接加工的因素，因此Cr-Mn-Ni-N型低鎳含氮奧氏體不銹鋼焊接加工難度、與現(xiàn)有焊接材料的匹配度、焊后強(qiáng)度及耐蝕性的變化以及能否在設(shè)計(jì)環(huán)境下長(zhǎng)期服役都需要進(jìn)行大量的研究和論證。

何艷兵等[17]利用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡等方法研究了2101節(jié)鎳型雙相不銹鋼在不同激光焊熱輸入下的顯微組織和力學(xué)性能、耐蝕性。結(jié)果表明，2101雙相不銹鋼激光焊焊縫由奧氏體和鐵素體組成，其中奧氏體形貌和數(shù)量分布與熱輸入密切相關(guān)。接頭熱影響區(qū)的奧氏體形貌以塊狀、條帶狀混合組織為主。隨著熱輸入量的增加，焊縫內(nèi)的鐵素體組織逐漸減少，奧氏體組織逐步增加且分布越加密集（見(jiàn)圖5）。接頭的耐蝕性隨熱輸入的增大而逐漸降低。研究發(fā)現(xiàn)，熱輸入為 50～70J/mm時(shí)，焊縫強(qiáng)度可達(dá)到 800MPa 以上，斷口內(nèi)分布著尺寸均勻的韌窩，具有良好的強(qiáng)度、硬度、塑性和耐蝕性匹配。

圖5 2101不銹鋼在不同熱輸入時(shí)焊接接頭相分布

孫陽(yáng)庭等[18]借助一系列電化學(xué)測(cè)試方法和分析表征技術(shù)，系統(tǒng)研究了激光焊處理對(duì)高錳高氮奧氏體不銹鋼 QN1803 抗點(diǎn)蝕和晶間腐蝕性能的影響，并與典型的304不銹鋼進(jìn)行對(duì)比。研究發(fā)現(xiàn)，QN1803和304不銹鋼的熔合區(qū)均有δ鐵素體相殘余，認(rèn)為是較高含量的錳元素阻滯了兩相轉(zhuǎn)變，過(guò)飽和的氮在焊接過(guò)程中導(dǎo)致了氮損失；發(fā)現(xiàn)QN1803不銹鋼的焊接件在浸泡試驗(yàn)中晶間腐蝕速率高于304焊接件，認(rèn)為其析出相析出的溫度范圍比304寬，在焊接過(guò)程中有更多的析出相生成；發(fā)現(xiàn)焊接接頭整體的耐點(diǎn)蝕性能與原材料相比會(huì)有所下降，但QN1803不銹鋼焊接接頭整體耐點(diǎn)蝕性能仍?xún)?yōu)于304焊接接頭，認(rèn)為是 QN1803不銹鋼中初始氮含量較高。

馮家瑋等[19]以低鎳含氮奧氏體不銹鋼QN1803為研究對(duì)象，采用脈沖TIG焊，借助SEM、OM、HV等測(cè)試手段研究焊接熱輸入對(duì)焊接接頭的微觀(guān)組織、力學(xué)性能、腐蝕性能的影響。結(jié)果表明，QN1803不銹鋼室溫組織由鐵素體和奧氏體組成，隨著熱輸入的增加，焊縫點(diǎn)蝕電位下降，晶間腐蝕速率上升，表明焊接接頭耐蝕性隨著熱輸入的增加而下降，且焊后殘余應(yīng)力峰值隨焊接熱輸入增加呈上升趨勢(shì)，如圖6所示。QN1803不銹鋼脈沖TIG焊工藝建議采用嚴(yán)格控制焊接熱輸入，以保證其焊接接頭具有理想的顯微組織及良好的力學(xué)性能與耐蝕性。

圖6 不同熱輸入下殘余應(yīng)力峰值變化趨勢(shì)

孫明輝等[20]對(duì)低鎳含氮奧氏體不銹鋼QN1803薄板進(jìn)行了TIG自熔焊及ER308L、ER307Si的TIG填絲焊，研究3種不同情況下填充金屬對(duì)焊接接頭組織和性能的影響，認(rèn)為3種填充金屬均適用于低鎳高氮奧氏體不銹鋼08Cr19MnNi3Cu2N薄板的TIG焊。同時(shí)認(rèn)為，在含高氮低鎳奧氏體不銹鋼焊接過(guò)程中，鋼中固溶氮容易逸出，在焊接接頭中容易產(chǎn)生氮元素?fù)p失、氣孔、焊縫區(qū)熱裂紋及熱影響區(qū)氮化物析出等問(wèn)題，降低低鎳高氮不銹鋼焊接接頭性能，因此應(yīng)對(duì)焊接熱輸入進(jìn)行嚴(yán)格控制。林曉輝等[21]后續(xù)又通過(guò)不同熱輸入對(duì)QN1803不銹鋼MAG焊接接頭組織性能的影響進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，隨著焊接熱輸入的增加，加劇了焊接電弧對(duì)熔池的攪拌作用，促進(jìn)了氣孔的逸出；隨著焊接熱輸入的增加，加劇氮化物的析出，從而降低了焊接接頭的沖擊吸收能量，同時(shí)也降低了基體中固溶氮含量，使奧氏體的穩(wěn)定性變差；隨著焊接熱輸入的增加，焊縫組織中的奧氏體含量逐漸增加，焊縫區(qū)的硬度也隨之降低

方乃文等[22]分別采用2種混合比例的保護(hù)氣體對(duì)QN1803低鎳含氮奧氏體不銹鋼進(jìn)行了激光-MAG電弧復(fù)合焊。結(jié)果表明，氮?dú)獾募尤胧购附咏宇^平均顯微硬度有所下降；電弧收縮明顯，焊接飛濺增加且體積增大，電弧穩(wěn)定性變差；焊縫中奧氏體含量增加約20%，而鐵素體枝晶變細(xì)，二次枝晶臂變短。焊縫組織中未發(fā)現(xiàn)σ相及氮化物析出；從4個(gè)晶面觀(guān)察奧氏體晶粒尺寸也是隨氮?dú)獾募尤攵鴾p小，焊接接頭硬度及拉伸性能略微下降。

方乃文等[23]借助光學(xué)顯微鏡、力學(xué)性能測(cè)試及晶間腐蝕等分析方法，采用兩種焊接材料（ER308L和ER307Si）對(duì)低鎳含氮奧氏體不銹鋼QN1803的MAG焊接接頭組織和性能進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)和分析。結(jié)果表明，兩種焊絲獲得焊縫組織均為奧氏體+δ鐵素體，且?jiàn)W氏體含量均在 91% 以上；ER307Si焊絲的焊接接頭γ-固溶體含量較高，但是焊縫區(qū)域硬度略低；鎳元素含量的降低使得兩種接頭的抗點(diǎn)蝕能力下降，但抗晶間腐蝕性能表現(xiàn)優(yōu)異（見(jiàn)圖7）。

圖7 兩種焊接材料的晶間腐蝕后的彎曲試樣

杜榮臻等[24]以QN1803節(jié)鎳奧氏體不銹鋼板為研究對(duì)象，采用MAG和SAW兩種焊接方法，借助OM、XRD、HV等測(cè)試手段，研究了焊接接頭的微觀(guān)組織、顯微硬度、拉伸與沖擊性能，以及腐蝕性能晶粒度。結(jié)果表明，兩種焊接接頭的焊縫與母材結(jié)合良好，沒(méi)有明顯的熔合線(xiàn)，晶粒無(wú)明顯粗化，晶粒度均在7級(jí)以上；顯微硬度無(wú)顯著變化，熱影響區(qū)略高于焊縫和母材；拉伸性能和低溫沖擊性能較好，接頭的抗拉強(qiáng)度達(dá)母材強(qiáng)度的90%以上，－196℃沖擊吸收能量＞25J；焊縫和熱影響區(qū)組織均為奧氏體+δ鐵素體，鐵素體含量（體積分?jǐn)?shù)）10%左右，存在大量的γ-δ晶界，其抗點(diǎn)蝕能力較差（見(jiàn)圖8）。

圖8 兩種焊接方法的焊接接頭點(diǎn)蝕形貌

5 結(jié)束語(yǔ)

1）無(wú)論是出于鎳安全的角度節(jié)約重要戰(zhàn)略資源，還是滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)廉價(jià)不銹鋼的需求，低鎳含氮奧氏體不銹鋼的發(fā)展和應(yīng)用都是一個(gè)不可阻擋的趨勢(shì)，與其任由市場(chǎng)野蠻發(fā)展，不如加大研究力度和出臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)予以規(guī)范。

2）雖然多種類(lèi)型的低鎳或無(wú)鎳不銹鋼都在穩(wěn)步發(fā)展，但Cr-Mn-Ni-N型低鎳含氮奧氏體不銹鋼具有性?xún)r(jià)比高、可應(yīng)用領(lǐng)域廣、易大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)，使其大規(guī)模推廣應(yīng)用成為可能。

3）多項(xiàng)研究表明，Cr-Mn-Ni-N型低鎳含氮奧氏體不銹鋼在采取合適的焊接工藝時(shí)，可以獲得滿(mǎn)意的焊接接頭，且其在某些性能方面比傳統(tǒng)材料更具優(yōu)勢(shì)，但目前的研究和應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，針對(duì)其存在的問(wèn)題還需要進(jìn)行大量的研究與改進(jìn)。