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影响双相不锈钢焊接质量的因素
2016-03-24

影响双相不锈钢焊接质量的因素

影响双相不锈钢焊接质量的因素主要体现在以下几方面:

N量影响

Gómez de Salazar JM等人研究了保护气体中 N2的不同含量对双相不锈钢性能的影响。结果表明,随着混合气体中 N2分压 PN2的增加,焊缝中氮的质量分数ω(N)开始迅速增加,然后变化很小,焊缝中的铁素体相含量φ(α)随ω(N)增加呈线性下降,但φ(α)对抗拉强度和伸长率的影响与ω(N)的影响刚好相反。同样的铁素体相含量φ(α),母材的抗拉强度和伸长率均高于焊缝。这是由于显微组织的不同所造成的。双相不锈钢焊缝金属中含 N 量提高后可以改善接头的冲击韧性,这是由于增加了焊缝金属中的γ相含量,以及减少了Cr2N 的析出。

热输入影响

与焊缝区不同,焊接时热影响区的ω(N)是不会发生变化的,它就是母材的ω(N),所以此时影响组织和性能的主要因素是焊接时的热输入。根据文献 ,焊接时应选择合适的线能量。焊接时如果热输入太大,焊缝热影响区范围增大,金相组织也趋于晶粒粗大、紊乱,造成脆化,主要表现为焊接接头的塑性指标下降。如焊接热输入太小,造成淬硬组织并易产生裂纹,对HAZ的冲击韧性同样不利。此外,凡影响冷却速度的因素都会影响到 HAZ 的冲击韧性,如板厚、接头形式等。

σ相脆化

国外文献介绍了再热引起的双相不锈钢及其焊缝金属的σ相脆化问题。母材和焊缝金属的再热过程中,先由α相形成细小的二次奥氏体γ*,然后析出σ相。结果表明,脆性开裂都发生于σ相以及基体与σ相的界面处,对母材断口观察表明,在σ相周围区域内都为韧窝,由于α相区宽,大量生成的σ相才会使韧性降低,然而在焊缝中α相区是细小的,断口仍表现为脆性断裂,只要少量的σ相生成就足以引起焊缝金属韧性的降低,因此,焊缝金属中的σ相脆化倾向比母材要大得多。

氢致裂纹

双相不锈钢焊接接头的氢脆通常发生于α相,且氢脆的敏感性随焊接时峰值温度的升高而增加。其微观组织的变化为:峰值温度增加,γ相含量减少,α相含量增加,同时由α相边界和内部析出的Cr2N 量增加,故极易发生氢脆。

应力腐蚀开裂

母材和焊缝金属中的裂纹都起始于α/γ界面的α相一侧,并在α相内扩展。奥氏体(γ)由于其固有的低氢脆敏感性,因此,可起到阻挡裂纹扩展的作用。由于DSS 中含有一定量的奥氏体,所以其应力腐蚀开裂倾向性较小。

点蚀问题

耐点蚀是双相不锈钢的一个重要特性,与其化学成分和微观组织有着密切关系。点蚀一般产生于α/γ界面,因此被认为是产生于γ相和α相之间的γ*相。这意味着γ*相中的含Cr量低于γ相。γ*相与γ相的成分不同,是由于γ* 相中 Cr Mo含量低于初始γ相中的CrMo含量。进一步研究表明,含N量较低的钢,其点蚀电位对冷却速度较为敏感。因此,在焊接含 N 量较低的双相不锈钢时,对冷却速度的控制要求更加严格。在双相不锈钢焊接过程中,合理控制焊接线能量是获得高质量双相不锈钢接头的关键。线能量过小,焊缝金属及热影响区的冷却速度过快,奥氏体来不及析出,从而使组织中的铁素体相含量增多;如线能量过大,尽管组织中能形成足量的奥氏体,但也会引起热影响区内的铁素体晶粒长大以及σ相等有害相的析出。一般情况下,焊条电弧焊(Shieded Metal Arc WeldingSMAW)、钨极氩弧焊(Gas Tungsten Arc WeldingGTAW)、药芯焊丝电弧焊(Flux-Cored WireArc WeldingFCAW)和等离子弧焊(Plasma Arc WeldingPAW)等焊接方法均可用于双相不锈钢的焊接,且在焊前一般不需要采取预热措施,焊后也不需进行热处理。

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