雙相不銹鋼管具有良好的焊接性,選用合適的焊接材料不會發(fā)生焊接熱裂紋和冷裂紋;焊接接頭力學(xué)性能令人滿意;除了焊接接頭具有良好的耐應(yīng)力腐蝕能力外,其耐點腐蝕性能和耐縫隙腐蝕能力也均優(yōu)于奧氏體型不銹鋼焊接接頭,抗晶間腐蝕能力與奧氏體型不銹鋼管相當(dāng)而稍有遜色。雙相不銹鋼在焊接熱循環(huán)的作用下,焊接熱影響區(qū)多次受熱,使之成為單一鐵素體組織,且晶粒粗大,直接影響焊接接頭的力學(xué)性能和耐腐蝕性能,對此,應(yīng)從焊接工藝方面探討采取改善措施。


一、焊縫的成分和組織


   奧氏體與鐵素體的相比例是決定雙相不銹鋼管性能的至關(guān)重要的因素。為了得到相組成比例較為理想的焊縫金屬,通常采取增加焊縫金屬中奧氏體化合金元素的辦法。例如以氮對焊縫金屬合金化,或?qū)㈡嚨馁|(zhì)量分數(shù)提高到10%左右。這樣就可能獲得奧氏體體積分數(shù)不少于30%~40%的焊縫金屬。


   除了通過合金化達到一定相比例之外,還要考慮焊縫組織的晶粒大小和兩相的分布情況。盡可能通過焊接工藝(例如小的熱輸入)來獲取比較細小的一次結(jié)晶組織,細小均勻的兩相混合組織,有利于提高焊縫的力學(xué)性能和抗腐蝕性能。焊縫金屬受到隨后焊道的熱影響,其中的二次轉(zhuǎn)變奧氏體含量有所上升。因此,有時可以利用“退火”來改善焊縫性能,例如在薄板焊縫的背面加“退火”來改善正面焊縫的性能。然后把“退火”焊縫打磨掉,但由于此做法費工費時,只有在特殊情況下才被采用。



二、焊接熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變和各區(qū)段金屬的性能變化


 1. 最高溫度低于1000℃的區(qū)段


   由于雙相不銹鋼通常以1000℃左右回火、淬火或者以850℃左右終軋狀態(tài)供貨,故在經(jīng)過通常的焊接熱循環(huán)條件下,不會發(fā)生顯著的組織變化。如果不是超低碳的鋼種,在此溫度下受熱,可能會有碳化物Cr23C6析出于晶界上,特別是奧氏體、鐵素體相界上。形成該碳化物的碳主要來自于奧氏體,而鉻則主要由鐵素體提供。這是雙相鋼的成分和晶體結(jié)構(gòu)特點所決定的。若為超低碳鋼種,則一般不會析出碳化物。一般不會由于析出Cr23C6而導(dǎo)致晶間腐蝕。雙相不銹鋼在此溫度范圍亦可能生成。相和出現(xiàn)475℃脆性??傮w來講焊接熱影響區(qū),在1000℃以下區(qū)段通常沒有明顯的性能變化,不會成為焊接性考慮的問題。


 2. 最高溫度在1350℃以上至固相線溫度區(qū)段


   此時雙相不銹鋼的平衡組織差不多全是鐵素體。然而由于焊接加熱的快速性和短暫性,鐵素體+奧氏體轉(zhuǎn)變成鐵素體的相變并不能完成。實際金屬組織中尚存有相當(dāng)數(shù)量的奧氏體,金屬就開始了降溫。待降溫到某平衡溫度以下,金屬組織又會發(fā)生逆轉(zhuǎn)變,即鐵素體轉(zhuǎn)為二次奧氏體。同樣由于熱循環(huán)的短暫性,再加之此時溫度已降得較低,該逆轉(zhuǎn)變二次奧氏體的數(shù)量也不會很多,因此該區(qū)中的鐵素體份額占得較多而奧氏體份額較少。而且,此時的兩相組織狀態(tài)已大大不同于原先的排列:原先軋制狀態(tài)下成條帶狀的同奧氏體混存的鐵素體,向等軸狀結(jié)晶發(fā)展、長大;而原來呈條帶狀的奧氏體趨于消失,冷卻過程中從鐵素體中轉(zhuǎn)變出來的二次奧氏體則呈雜亂的竹葉狀在鐵素體晶間和晶內(nèi)先后出現(xiàn)。所以說,這個區(qū)段的組織劣化不僅表現(xiàn)為相比例失調(diào),一旦形成了粗大的等軸晶,就很難通過熱處理或其他措施予以恢復(fù)。


   同其他材料的焊接熱影響區(qū)組織劣化相似,劣化的程度與焊接熱規(guī)范密切相關(guān)。熱輸人量愈高,高溫停留時間愈長,鐵素體晶粒愈粗,原有奧氏體殘留量愈少,二次轉(zhuǎn)變的奧氏體愈粗大,愈呈集團性分布。由于粗大的鐵素體晶粒本身,可以提供應(yīng)力腐蝕裂紋較長的連續(xù)擴展單元,而且裂紋穿越晶界時,即使有少許的晶界奧氏體,其阻滯作用的效果也不佳。已有失效分析案例說明,甚至可能出現(xiàn)晶界上完全沒有奧氏體的情況,此時應(yīng)力腐蝕裂紋在鋼材中的擴展性質(zhì)同單向鐵素體型不銹鋼一樣,沿著粗大的鐵素體晶界迅速伸展,完全失去了雙相不銹鋼的優(yōu)越性。因此,采用低的焊接熱輸入應(yīng)當(dāng)是焊接雙相不銹鋼的重要原則之一。


   顯然,熱循環(huán)峰值溫度最高的熔合線附近,是組織劣化最嚴(yán)重,也是性能劣化最嚴(yán)重的地區(qū)。隨著劣化區(qū)寬度的擴大,焊接接頭的性能也隨之下降,所以盡量減少劣化區(qū)段寬度是提高焊接接頭性能的關(guān)鍵。






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