Зона термического влияния аустенитных нержавеющих сталей

Природа зоны термического влияния аустенитных нержавеющих сталей зависит от химического состава и микроструктуры основного металла. В ЗТВ аустенитных сталей могут происходить следующие четыре металлургические реакции.

Рост зерна

Большинство нержавеющих сталей сваривают в отожженном (по отношению к твердому раствору) или горячекатаном состоянии, поэтому рост зерна обычно ограничен, за исключением случаев сварки с высоким тепловложением. Обычно некоторое огрубление зерна может наблюдаться, но оно не существенно. В основном металле, упрочненном холодной обработкой, рекристаллизация и рост зерна могут привести к разупрочнению ЗТВ. В этом случае ЗТВ четко видна и размер зерна в ней существенно больше, чем в основном металле.

Образование феррита

Как показано на рис. 6.2 и 6.6, стали, расположенные правее диапазона полностью аустенитной кристаллизации, образуют феррит при нагреве чуть ниже температуры солидуса. Чем выше у стали значение Crэк/Niэк, тем более вероятно образование феррита. Если феррит образуется, то он обычно расположен по границам зерен, как показано на рис. 6.17. Образование феррита по границам зерен в ЗТВ будет ограничивать рост зерна и минимизировать склонность к образованию горячих трещин в ЗТВ. Феррит образуется в небольших количествах, так как ферритно-аустенитное превращение не ярко выражено, а термический цикл сварки в ЗТВ обычно жесткий. Также возможно, что часть феррита, образующегося в условиях выдержки при повышенных температурах, при охлаждении вновь превращается в аустенит.

Дисперсионные выделения

В связи с тем, что металл ЗТВ нагревается до температур, приближающихся к температуре солидуса, большинство дисперсионных выделений, присутствующих в основном металле, могут раствориться. Это может привести к пересыщению аустенитной матрицы при охлаждении, в результате чего образуются различные выделения. Наиболее вероятные выделения, образующиеся в металле ЗТВ аустенитных нержавеющих сталей, — карбиды и нитриды. Они обычно образуются вдоль границ зерен или по границам феррит—аустенит (если феррит присутствует). Если обратиться к расчетным фазовым диаграммам, то можно определить температурный диапазон стабильности карбидов M23C6 и нитридов Cr2N. Хотя это не выявляется металлографически, похоже, что эти выделения присутствуют в металле ЗТВ большинства аустенитных сталей. Их размеры, распределение и морфология зависят от химического состава сталей и характера термического цикла в ЗТВ. Интенсивное выпадение карбидов, обогащенных хромом, может привести к снижению коррозионной стойкости.

Ликвация по границам зерен

Локальное расплавление по границам аустенитных зерен также возможно. Это является результатом сегрегации примесей, которая понижает температуру плавления металла границ зерен. Стали, содержащие титан и ниобий, образующие богатые этими элементами карбиды типа MG, могут быть подвержены структурной ликвации — явлению, приводящему к образованию ликвационных трещин в ЗТВ. Аналогично проявляется и сегрегация примесей, в частности серы и фосфора.