不锈钢焊接工艺性及焊接工艺研究

不锈钢焊接工艺性及焊接工艺研究内容摘要：

就是其双相组织。 除此之外 , 还常伴有其他相组织的产生 , 这些次生相也或多或少的影响钢材的性能。 对双相钢来说 ,特殊的合金元素 组成是保证构成双相及各相比例的基础 , 通过主要元素的含量 , 可以预测金相组 的相比例。 目前 , 国际上使用较多的是美国焊接研究会 WRC提出的 WRC一 92 组织图 见图 31 部分奥氏体钢及双相不锈钢的成分及 PREN PREN 值 表 3 3 部分奥氏体钢及双相不锈钢的成分及 PREN 值 化学成分 (质量分数 ) %) 组织 钢种 C 308L 奥氏体 316L 2205 双相不锈 255 钢 2507 25 7 4 42 25 6 3 38 18 22 12 5 2 3 ? 25 34 Cr 20 Ni 10 Mo ? N ? 20 PREN A 一奥氏体。 AF 一奥氏体一铁素体。 FA 一铁素体一奥氏体。 F一铁素体。 Creq Cr%+Mo%+ Nb% NieqNi%+35 C%+20 N%+ Cu% 从图31 可看出 , 铬、铂、妮是主要的铁素体相形成元素 , 而镍、碳、氮、铜 是主要的奥氏体相形成元素。 改变这些元素的含量 , 即可改变固溶组织中的相比例。 除了不同元素的组成及比例影响相比例外 ,热处理也将在一定程度上影响相 的比例。 双相钢在高温下 1300℃以上 , 呈现单一的高 温铁素体组织 , 即δ相。 但冷却过程中粗大的δ相阿会转变成常温铁素体相α相和奥氏体相γ相。 由 于α相与γ相的生成条件、速度不同 , 因而不同的冷却起点温度及冷却方式速度 会使α相与γ相有不同的最终比例 , 而且其组织特征也不同。 其实 , 热处理对相比例的影响是有限的 , 但对二次相对钢材性能的影响比较大的生成才是至关重 要的。 常用的双相钢常会在冷却过程中出现二次相。 主要的二次相有二次奥氏体、 碳化物、 δ 相 、χ相、 R 相等。 1 二次奥氏体γ 2。 双相钢冷却时会在铁素体相中析出γ 2。 γ 2 相具有一定 的奥氏体相特征 ,会促进σ相的生产。 2 碳化物 M 23 C 6 的存在不利于钢材的耐蚀性。 快速冷却可避免 M 23 C 6 的生成。 3 δ 相硬而脆 , 可显著降低钢材的塑性和韧性。 δ 相富含铬 , 使其周围因铬 δ 相是一种危害最大的二次相。 以急冷方式快速通过该 而耐腐蚀性降低。 鉴于此 , 温度区间 , 可有效避免 δ 相的产生。 4 χ相、 R 相、都是在一定的温度区间 550℃ 750℃ 析出的金属间相 , 富 铬和钼 , 硬而脆 , 易降低钢材的耐腐蚀性。 但与 δ 相相比 , 析出的量较少 , 因此其 危害低于 δ 相。 3 . 耐腐蚀性能 开发双相钢就是解决奥氏体不锈钢腐蚀开裂性能的问题 , 并同时获得高强度。 1 均匀腐蚀。 一般来讲 , 双相组织并不利于钢材耐电化学腐蚀 , 因为可能出 现电偶腐蚀。 在某些强氧化性酸和强还原性酸中 , 其耐腐蚀性有时不如奥氏体 , 但有时比奥氏体还好。 在有机酸中 , 它和奥氏体不锈钢一样都具有良好的耐腐蚀 性。 在碱液中 , 其耐腐蚀性相对较差些。 孔蚀是一种局部腐蚀 , 也是不锈钢最有害的腐蚀型式之 一 , 它往往成为 应力腐蚀开裂和疲劳腐蚀开裂的根源。 目前比较流行的是通过孔蚀指数 PREN 来 评价钢材的耐孔蚀性能。 即将耐孔蚀的几个主要元素折合成铬含量的当量 , 通过 铬含量的当量 PREN 来判断钢材的耐孔蚀性能 :PRENCr%+%+16xN%因此 , 对于钢材的抗孔蚀性能 , 除了考虑其值外 , 还要在生产过程中力求避免相的生成 , 减少金属夹杂物。 3 晶间腐蚀。 双相钢几乎不发生晶间腐蚀敏化 , 即使是在焊后空冷条件下。 4 应力腐蚀。 双相组织的存在 , 使得双相钢抗应力腐蚀开裂的性能要优于奥 氏体不锈钢及铁素 体钢。 总的说来 , 双相钢的抗均匀腐蚀性能、抗孔蚀性能、抗缝隙腐蚀性能与奥氏 体不锈钢相比并没有优越太多 , 但其抗晶间腐蚀性能、抗应力腐蚀性能则明显优 于奥氏体不锈钢。 3 . 力学性能 强度。 在双相钢中 , 由于铁素体相约占二分之一 , 故其强度明显高于奥氏 体不锈钢。 双相钢的强度比奥氏体不锈钢高约三分之一。 2 塑性和韧性。 在双相钢中 , 由于奥氏体相约占二分之一 , 故其塑性和韧性 优于铁素体不锈钢。 另外由于奥氏体相的存在 , 使得容易产生 脆性化合物的碳、 氮等在铁素体相中溶解度降低 , 从而降低了脆性相的发生。 同时 , 因两相同时存 在 ,可阻止或缓解高温下晶粒的长大 , 也可阻止或缓解裂纹的扩展 , 从而提高了钢材的塑性和韧性。 但与奥氏体不锈钢相比 , 由于铁素体相的存在 , 使得其塑性和韧性相对较低 , 尤其是铁素体相中易产生 δ 相、χ相、 R 相、∏相等脆性相 , 如果处理不当 , 会严 重影响钢材的塑性和韧性。 3 . 加工性能 工程上应用较多的加工方法有冶炼、铸造、热变形加工、冷变形加工、机加 工、热处理、焊接等。 冶炼。 双相钢的冶炼比奥氏体或铁素体钢的难度大 , 控制要求高。 目前 , 双相钢最低要求应采用或进行精炼的。 2 铸造。 基于与冶炼同样的道理 , 铸造难度也大于一般奥氏体和铁素体钢材 , 而且难度比冶炼更大。 除此之外 , 由于两相组织的原因 , 在浇铸时还要采取有效 的措施 , 以避免比奥氏体钢更容易出现的铸造裂纹两相凝固差别的原因、气孔加 氮的原因等问题。 3 热变形加工。 双相钢具有的两相组织使其热变形加工的难度要远大于奥氏 体不锈钢。 冷变形加工。 双相钢的冷变形加工的难度要远大于奥氏体不锈钢。 4 机加工。 就常用的工程材料而言 , 都不存在较大的加工难度 , 双相钢也不 例外。 热处理。 热处理对双相钢性能还有一些特殊影响。 ①不同的热处理参数 , 可得到不同的相比例 , 直接影响钢材性能②通过热处理 , 可以改变加工过程中的元 素分配比例 , 改善甚至消除加工过程中次生相带来的不利影响 , 从而影响到钢材 的最终机械性能和耐腐蚀性能等③热处理过程也会使钢材产生新的次生相 , 也会导致元素在各相中的重新分配。 因此 , 不恰当的热处理会使钢材的性能恶化 最早限制双相钢应用的主要原因就是焊接问题 , 而工程上又往往不可避免焊接 过程。 双相钢焊接的难点就在于其焊接接头是否仍能获得与母材相同或相近的两相 组织 , 这也是保证焊接接头是否具有与母材同样性能包括力学性能和耐腐蚀性 能等的关键所在。 这里所说的焊接接头包括焊缝熔合区、高温热影响区HTHAZ 和低温热影响区 LTHAZ。 1 焊缝熔合区。 该区域的两相组织相对容易控制 即通过选择合适的焊接材料 就能做到 2 高温热影响区。 它是指具有约 1250℃熔点这一温度特征的区域。 这一区域 很窄 , 却是其相组织最难控制的一个区域。 因为母材的成分不能因其而有过多的 奥氏体形成元素 , 而该区域的温度特征又使其高温铁素体在冷却过程中部分得不 到向奥氏体转化。 应采用较大的焊接线量 ,使焊缝冷却速度降低 , 使高温铁素体有 一定的时间向奥氏体转化 , 从而使相组织均衡。 3 低温热影响区。 由于该区域的温度较低 ,不足以引起基本相的变化 , 但可能 会发生二次相的产生。 因此 , 采用合适的焊接线量并控制层间温度是防止低温热 影响区性能变坏的主要手段。 值得一提的是 , 双相钢一般不进行焊后热处理 双相不锈钢的焊接性兼有奥氏体钢和铁素体钢各自的优点 ,并减少了其各自的不 足之处。 1 热裂纹的敏感性比奥氏体钢小得多。 2 冷裂纹的敏感性比一般低合金高强钢也小得多。 3 双相不锈钢焊接时主要问题不在焊缝 ,而在热影响区 ,因为在焊接热循环 作用下 ,热影响区处于快冷非平衡态 , 冷却后总是保留更多的铁素体 ,从而增大 了腐蚀倾向和氢致裂纹 (脆化 )的敏感性。 双相不锈钢焊接接头有析出 %相脆化的可能 , δ 相是 Cr和 Fe的金属间化合 物 ,它的形成温度范围 6001000C,不同钢种形成 δ 相的温度不同 , 如 00Cr18Ni5Mo3Si2 钢在 800900C,而双相不锈钢 00Cr25Ni7Mo3CuN的在 800900C, 8500C 时最敏感。 形成 % δ 相需经一定的时间 ,一般 12 min 萌生 12 min δ 相增多并 长大 ,因此 ,焊接时应采用小热输入 ,快速冷却 ,消应力处理时应采用较低的温 度 ,如 550600C 为宜。 5 双相不锈钢含有 50%的铁素体 , 同样也存在 475 C 脆性 ,但不如铁素体不锈 钢那样敏感 ,双相钢中的铁素体在 300525 C 之间长期保温会析出高铬α 相 ,而在。