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雙相不銹鋼焊管的焊接特點

文章出處:網責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2017-06-23 15:39:00 字體大小:【

  雙相不銹鋼所焊接的雙相鋼不銹鋼焊管具有良好的焊接性能,與鐵素體不銹鋼及奧氏體不銹鋼相比,它既不像鐵素體不銹鋼的焊接熱影響區cv548,由于晶粒嚴重粗化而使塑韌性大幅降低,也不像奧氏體不銹鋼那樣,對焊接熱裂紋比較敏感。


  雙相不銹鋼所焊接的雙相鋼不銹鋼焊管由于其特殊的優點,廣泛應用于石油化工設備、海水與廢水處理設備、輸油輸氣管線、造紙機械等工業領域,近些年來也被研究用于橋梁承重結構領域,具有很好的發展前景。

  雙相不銹鋼經常會出現的焊接性能問題。而焊接標準雙相鋼并不是一個問題,而且不論采用何種工藝,都有適合這些應用的焊材。從金相的角度來看,焊接2101(1.4162)根本就沒有問題,實際上它甚至要比標準級的雙相鋼更加容易焊接,因為這種材料事實上可以采用乙炔焊工藝來進行焊接,而對于標準雙相鋼材料而言,始終必須避免使用這種工藝。焊接2101所面臨的實際問題是熔池的粘度不同,因此可濕性差了一點。這迫使操作人員在焊接的過程中更加多地使用電弧焊,而這正是問題的所在。盡管可以通過選擇超合金化焊材加以彌補,但是我們經常希望選擇匹配的焊材。

 
 
 

雙相不銹鋼所焊接的雙相鋼不銹鋼焊管其焊接特點如下:

  雙相不銹鋼所焊接的雙相鋼不銹鋼焊管在正常固溶處理(1020℃~1100℃加熱并水冷)后,鋼中含有大約50%~60%奧氏體和50%~40%鐵素體組織。隨著加熱溫度的提高,兩相比例變化并不明顯。

  雙相不銹鋼所焊接的雙相鋼不銹鋼焊管具有良好的低溫沖擊韌性,如20mm厚的板材橫向試樣在-80℃時沖擊吸收功可達100J以上。在大多數介質中其耐均勻腐蝕性能和耐點腐蝕性能均較好,但要注意,該類鋼在低于950℃熱處理時,由于σ相的析出,其耐應力腐蝕性能將顯著變壞。由于該鋼Cr當量與Ni當量比值適當,在高溫加熱后仍保留有較大量的一次奧氏體組織,又可使二次奧氏體在冷卻過程中生成,結果鋼中奧氏體相總量不低于30%~40%因而使鋼具有良好的耐晶間腐蝕性能。

  另外,如前所述,在焊接這種鋼時裂紋傾向很低,不須預熱和焊后熱處理。由于母材中含有較高的N,焊接近縫區不會形成單相鐵素體區,奧氏體含量一般不低于30%。適用的焊接方法有鎢極氬弧焊和焊條電弧焊等,一般為了防止近縫區晶粒粗化,施焊時,應盡量使用低的線能量焊接。

影響雙相不銹鋼所焊接的雙相鋼不銹鋼焊管焊接質量的因素主要體現在以下幾方面:

含N量影響

  Gómez de Salazar JM等人研究了保護氣體中 N2的不同含量對雙相不銹鋼所焊接的雙相鋼不銹鋼焊管性能的影響。結果表明,隨著混合氣體中 N2分壓 PN2的增加,焊縫中氮的質量分數ω(N)開始迅速增加,然后變化很小,焊縫中的鐵素體相含量φ(α)隨ω(N)增加呈線性下降,但φ(α)對抗拉強度和伸長率的影響與ω(N)的影響剛好相反。同樣的鐵素體相含量φ(α),母材的抗拉強度和伸長率均高于焊縫。這是由于顯微組織的不同所造成的。雙相不銹鋼所焊接的雙相鋼不銹鋼焊管焊縫金屬中含 N 量提高后可以改善接頭的沖擊韌性,這是由于增加了焊縫金屬中的γ相含量,以及減少了Cr2N 的析出。

熱輸入影響

  與焊縫區不同,焊接時熱影響區的ω(N)是不會發生變化的,它就是母材的ω(N),所以此時影響組織和性能的主要因素是焊接時的熱輸入。根據文獻 ,焊接時應選擇合適的線能量。焊接時如果熱輸入太大,焊縫熱影響區范圍增大,金相組織也趨于晶粒粗大、紊亂,造成脆化,主要表現為焊接接頭的塑性指標下降。如焊接熱輸入太小,造成淬硬組織并易產生裂紋,對HAZ的沖擊韌性同樣不利。此外,凡影響冷卻速度的因素都會影響到 HAZ 的沖擊韌性,如板厚、接頭形式等。

  σ相脆化 國外文獻介紹了再熱引起的雙相不銹鋼所焊接的雙相鋼不銹鋼焊管及其焊縫金屬的σ相脆化問題。母材和焊縫金屬的再熱過程中,先由α相形成細小的二次奧氏體γ*,然后析出σ相。結果表明,脆性開裂都發生于σ相以及基體與σ相的界面處,對母材斷口觀察表明,在σ相周圍區域內都為韌窩,由于α相區寬,大量生成的σ相才會使韌性降低,然而在焊縫中α相區是細小的,斷口仍表現為脆性斷裂,只要少量的σ相生成就足以引起焊縫金屬韌性的降低,因此,焊縫金屬中的σ相脆化傾向比母材要大得多。

氫致裂紋

  雙相不銹鋼所焊接的雙相鋼不銹鋼焊管焊接接頭的氫脆通常發生于α相,且氫脆的敏感性隨焊接時峰值溫度的升高而增加。其微觀組織的變化為:峰值溫度增加,γ相含量減少,α相含量增加,同時由α相邊界和內部析出的Cr2N 量增加,故極易發生氫脆。

應力腐蝕開裂

  母材和焊縫金屬中的裂紋都起始于α/γ界面的α相一側,并在α相內擴展。奧氏體(γ)由于其固有的低氫脆敏感性,因此,可起到阻擋裂紋擴展的作用。由于DSS 中含有一定量的奧氏體,所以其應力腐蝕開裂傾向性較小。

點蝕問題

  耐點蝕是雙相不銹鋼所焊接的雙相鋼不銹鋼焊管的一個重要特性,與其化學成分和微觀組織有著密切關系。點蝕一般產生于α/γ界面,因此被認為是產生于γ相和α相之間的γ*相。這意味著γ*相中的含Cr量低于γ相。γ*相與γ相的成分不同,是由于γ* 相中 的Cr 和Mo含量低于初始γ相中的Cr、Mo含量。進一步研究表明,含N量較低的鋼,其點蝕電位對冷卻速度較為敏感。因此,在焊接含 N 量較低的雙相不銹鋼所焊接的雙相鋼不銹鋼焊管時,對冷卻速度的控制要求更加嚴格。在雙相不銹鋼所焊接的雙相鋼不銹鋼焊管焊接過程中,合理控制焊接線能量是獲得高質量雙相不銹鋼所焊接的雙相鋼不銹鋼焊管接頭的關鍵。線能量過小,焊縫金屬及熱影響區的冷卻速度過快,奧氏體來不及析出,從而使組織中的鐵素體相含量增多;如線能量過大,盡管組織中能形成足量的奧氏體,但也會引起熱影響區內的鐵素體晶粒長大以及σ相等有害相的析出。一般情況下,焊條電弧焊(Shieded Metal Arc Welding,SMAW)、鎢極氬弧焊(Gas Tungsten Arc Welding,GTAW)、藥芯焊絲電弧焊(Flux-Cored WireArc Welding,FCAW)和等離子弧焊(Plasma Arc Welding,PAW)等焊接方法均可用于雙相不銹鋼所焊接的雙相鋼不銹鋼焊管的焊接,且在焊前一般不需要采取預熱措施,焊后也不需進行熱處理。





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