第二章(雙相不銹鋼的焊接).ppt

第二章雙相不銹鋼的焊接 材料科學(xué)與工程學(xué)院朱平 30年代 法國最先研制出雙相不銹鋼 呈鐵素體和奧氏體雙相組織狀態(tài) 具有獨(dú)特的耐腐蝕性和較好的力學(xué)性能 但雙相不銹鋼的相組成比例難以控制及焊接困難 工業(yè)應(yīng)用受到限制 40年代 美國開發(fā)出第一代雙相不銹鋼 329鋼 耐腐蝕性能好 但含碳量較高 0 1 含鉬和鉻都較高 焊接性不好 50年代 蘇聯(lián)開發(fā)含穩(wěn)定元素鈦的雙相不銹鋼 德 法 英 日等國也相繼開發(fā)出雙相不銹鋼 60年代 瑞典開發(fā)出最具代表性的第一代雙相不銹鋼 超低碳 0 03 雙相不銹鋼 3RE60鋼 使焊接接頭塑性 韌性和耐腐蝕性顯著改善 2 1雙相不銹鋼的發(fā)展概況 70年代 開發(fā)出第二代雙相不銹鋼 即在超低碳的基礎(chǔ)上含氮雙相不銹鋼 并含有鉬 銅 硅等耐蝕性元素 包括18Cr型 22Cr型及25Cr型 如瑞典開發(fā)的SAF2205等 80年代 研發(fā)的超級雙相不銹鋼 SuperDSS 為第三代雙相不銹鋼 含碳量低 c0 01 0 02 高鉬 Mo4 高氮 N0 3 鋼中鐵素體含量40 45 耐點(diǎn)蝕系數(shù)大于40 成功解決了Cr Ni奧氏不銹鋼容易出現(xiàn)的孔蝕 應(yīng)力腐蝕 腐蝕疲勞等問題 雙相不銹鋼的發(fā)展歷程可概括為 產(chǎn)量低 增速快 2002年全球雙相不銹鋼年產(chǎn)量約占不銹鋼總產(chǎn)量的1 但到了2009年這一比例上升到了15 這種高增長的原因在于 一是質(zhì)量具備可靠性 二是成本具備經(jīng)濟(jì)性 目前雙相不銹鋼被廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備制造和工程項(xiàng)目建設(shè) 如 煉油行業(yè)中的催化裂化裝置 加氫處理裝置 油氣輸送管線 化工行業(yè)中的氯乙烯生產(chǎn)裝置 運(yùn)輸行業(yè)中的海上化學(xué)品船 造紙行業(yè)中的漂白設(shè)備 建筑行業(yè)中的結(jié)構(gòu)件 核電行業(yè)等 雙相不銹鋼的主要應(yīng)用領(lǐng)域 1 中性氯化物環(huán)境雙相不銹鋼在中性氯化物環(huán)境中應(yīng)用廣泛 在加工制造過程中 通常使用少量的含有氯離子的溶液作為冷卻水 從而導(dǎo)致普通的奧氏體不銹鋼 例如AISI304 316 有產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的傾向 而雙相不銹鋼可以很好的解決這一問題 尤其適用于由孔蝕引起的應(yīng)力腐蝕開裂的環(huán)境 衡量耐腐蝕性的好壞通常用孔蝕當(dāng)量指數(shù)PRE Cr 3 3Mo 16N 表示 其中雙相不銹鋼P(yáng)RE值大于24 而奧氏體PRE小于20 2 石油和天然氣工業(yè)20世紀(jì)80年代以來 雙相不銹鋼在酸性氣和油的生產(chǎn)中用量逐漸增多 主要用作生產(chǎn)管襯里 熱交換器以及岸上和近海的管道系統(tǒng)等 尤其在石油和天然氣的生產(chǎn)中 雙相不銹鋼多數(shù)面臨的主要是酸性環(huán)境 即含有大量Cl CO2和一些H2S的環(huán)境 在含Cl 的濕CO惡性環(huán)境中 雙相不銹鋼是一種理想材料的首選 可耐高流速的磨損腐蝕 比加緩蝕劑的碳素鋼及不銹鋼更能抵抗高流速的磨損腐蝕 并用于井上管道系統(tǒng) 可以減少大量的材料重量 3 海水環(huán)境海水是自然環(huán)境中腐蝕性最強(qiáng)的一種介質(zhì) 尤其在金屬表面粘附著微生物薄膜時將產(chǎn)生腐蝕電位增加 同時也增加了孔蝕和縫隙腐蝕的傾向 就熱海水而言 目前大多使用超級雙相不銹鋼 例如 用SAF2507超級雙相不銹鋼制造的海水交換器 使用3年未發(fā)現(xiàn)腐蝕 而鈦管由于不耐F 腐蝕 只能用3個月 4 紙漿和造紙工業(yè)雙相不銹鋼在紙漿和造紙工業(yè)中的發(fā)展應(yīng)用中已經(jīng)有40多年的歷史了 3RE60雙向不銹鋼最早就是在這一領(lǐng)域起步應(yīng)用的 除3RE60鋼外 其它雙相不銹鋼如UR45N SAF2205 UR47N 00Cr25Ni6 5Mo3N UR52N 00Cr25Ni6 5Mo3 5CuN 等都應(yīng)用在各工業(yè)領(lǐng)域 由于雙相不銹鋼具有優(yōu)秀的力學(xué)性能 以及耐磨損腐蝕 耐應(yīng)力腐蝕以及耐疲勞腐蝕性能好等特長 所以在制造紙漿和工業(yè)用的造紙木屑預(yù)蒸器 造紙壓力滾筒 連續(xù)式和間歇式紙漿蒸煮器和回收設(shè)備中都取得了良好的應(yīng)用效果 5 化肥工業(yè)尿素工業(yè)也是最早使用雙相不銹鋼的部門之一 其裝置中含氯離子水的熱交換設(shè)備使用得較多 例如尿素裝置中CO2壓縮機(jī)三段冷卻器原先使用304L奧氏體不銹鋼管束 l個月后即因應(yīng)力腐蝕破裂而導(dǎo)致泄漏 而雙相不銹鋼可用5年以上 隨后一 二段冷卻器也都換用了18 5Mo或SAF2205雙相不銹鋼 由于雙相不銹鋼在尿素介質(zhì)中有良好的抗腐蝕疲勞性能 很適合用于制造尿素生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備 甲按泵泵體 國產(chǎn)的00Cr25Ni6Mo2N雙向不銹鋼能夠通過Huey法的晶間腐蝕傾向的檢驗(yàn) 已用于洞庭氮肥廠 五柱塞式 黑龍江化肥廠等大型化肥廠 國內(nèi)中一些小化肥廠的甲按泵泵體基本上采用18 5Mo鋼制造 也有數(shù)十家采用的是高鉻含鉛雙相不銹鋼 此外這種鋼的泵閥鍛件通過了日本JISG0573 G0591硝酸法和硫酸法的檢驗(yàn) 批量出口日本 價(jià)格要比日本當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的優(yōu)惠 此外 采用國產(chǎn)0Cr25Ni6Mo3CuN時效強(qiáng)化雙相不銹鋼 利用其優(yōu)異的耐磨損腐蝕性能 用于加工多種規(guī)格的尿素裝置主工藝管路高壓截止閥的內(nèi)件等 能起到不錯的效果 6 運(yùn)輸業(yè)最近幾年海上化學(xué)品運(yùn)輸船行業(yè)是國外最大的雙相不銹鋼用戶 消費(fèi)量約占熱軋板的50 化學(xué)品船裝載的液體貨物多種多樣 包括化學(xué)和石化產(chǎn)品 要求船艙材料既能耐腐蝕 又有較高的強(qiáng)度和優(yōu)良的塑性 目前 SAF2205雙相不銹鋼已取代316L和317L等奧氏體不銹鋼 成為海上化學(xué)品船的首選材料 我國在這方面起步較晚 中國長江航運(yùn)集團(tuán)青山船廠采用歐洲建造標(biāo)準(zhǔn) 使用進(jìn)口的SAF2205鋼板 自行制造成功第一艘18500t化學(xué)品船 鋼板消耗量大約1200t 已出口比利時 實(shí)現(xiàn)了我國用雙相不銹鋼建造化學(xué)品船零的突破 該廠已形成規(guī)模生產(chǎn)能力 2 2 1主要成分 Cr Ni Mo N 其中 Cr Mo 鐵素體形成元素Ni N 奧氏體形成元素N 主要固溶強(qiáng)化元素Cr Mo N 提高耐氯化物點(diǎn)蝕性能耐點(diǎn)蝕當(dāng)量 PREN Cr 3 3 Mo 16 N 正常含Mo雙相不銹鋼 PREN 30 36超級雙相不銹鋼 PREN 40 2 2雙相不銹鋼的成分 組織和性能 根據(jù)成分和PREN值分類 低合金型 23 Cr無Mo雙相不銹鋼 Cr 23 Ni 4 N 0 1 0 2 PREN 24 25 中合金型 22 Cr標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼 Cr 22 Ni 5 5 5 Mo 3 N 0 14 0 17 PREN 30 36 高合金型 25 Cr 0 2 5 Cu雙相不銹鋼 Cr 25 27 Ni 4 7 Mo 1 5 3 3 N 0 15 0 25 PREN 32 40 25 Cr超級雙相不銹鋼 Cr 25 26 Ni 6 7 Mo 3 5 4 N 0 25 0 28 PREN 40 不銹鋼的PREN值的比較 2 2 2組織 相 鐵素體 相 奧氏體 雙相組織 其中 相與 相的體積分?jǐn)?shù)之比 約各占50 其中 鐵素體 提供高的屈服強(qiáng)度 耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能 奧氏體 提供好的韌性和耐全腐蝕性能 相含量過高 引起脆化 相含量過高 降低耐應(yīng)力腐蝕性能 2 2 3性能1 具有良好的耐氯化物應(yīng)力腐蝕的能力 2 具有良好的抗點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能 優(yōu)于奧氏體不銹鋼 3 有良好的耐腐蝕疲勞和耐磨損腐蝕性能 4 綜合力學(xué)性能好 有較高的強(qiáng)度 包括疲勞強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度是普通Cr Ni奧氏體不銹鋼的2倍 5 焊接性好 熱裂傾向小 一般不需要焊前預(yù)熱和焊后熱處理 可與18 8型奧氏體不銹鋼及碳鋼進(jìn)行異種鋼焊接 6 低鉻 Cr18 的雙相不銹鋼熱加工溫度范圍比18 8型奧氏體不銹鋼寬 抗力小 高鉻 Cr25 的雙相不銹鋼熱加工比18 8型奧氏體不銹鋼困難 7 雙相不銹鋼比18 8型奧氏體不銹鋼加工硬化效應(yīng)大 8 與奧氏體不銹鋼相比 雙相不銹鋼的熱導(dǎo)率大 線脹系數(shù)小 9 仍有高鉻鐵素體不銹鋼的各種脆化傾向 不宜在高于300 C的溫度下使用 若含鉻量較低 脆性相析出危害性較小 奧氏體 鐵素體雙相不銹鋼的性能主要受鐵素體和奧氏體比例的影響 奧氏體和鐵素體各占50 時 具有良好的耐腐蝕性和焊接性 在平衡狀態(tài)下 兩相的比例主要由鋼中的合金元素 即鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量來決定 Creq Cr Mo 1 5 SiNieq Ni 30 C N 0 5 Mn 2 3 1焊縫凝固與奧氏體形成母材組織 50 V 相 50 V 相 其中 相呈長條狀分布在 相基體中 焊縫組織 焊接熔化后形成鑄態(tài)組織 2 3雙相不銹鋼的焊接冶金 Fe Cr Ni偽二元相圖 液態(tài)下凝固 L 冷卻到1300 在固態(tài)下 在 晶粒邊界形核和生長 冷卻到室溫 其中 相的形態(tài)和數(shù)量 化學(xué)成分 冷卻速度基于TTT圖 冷卻速度增加 相含量減少 在焊縫快速冷卻條件下形成的 相 一般呈魏氏組織形態(tài) 合金元素的作用 合金元素直接影響焊縫金屬的組成 Creq越大 Nieq越小 焊縫中奧氏體含量越少 合金元素在鐵素體和奧氏體所占的比例也不一樣 焊接參數(shù)的作用 由于焊接參數(shù)影響到冷卻速度 即影響到合金元素的擴(kuò)散 所以 也影響到合金元素在兩相中的分配 焊接線能量越大 冷卻速度越慢 由于擴(kuò)散比較充分 鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變進(jìn)行的就比較充分 奧氏體含量增加 合金元素在兩相中的含量差別也會拉大 析出相的問題 析出相會影響到焊縫金屬中的力學(xué)性能及耐腐蝕性 A 當(dāng)焊縫成分與母材相同時 降低焊縫的冷卻速度 冷卻速度過快時 焊縫中 相含量不足 而 相含量可超過80 導(dǎo)致焊縫韌性下降 氫脆敏感性增加 B 當(dāng)焊縫的冷卻速度難以降低時 提高焊縫中Ni Mn N等奧氏體形成元素含量 其中N的作用最為顯著 通過焊縫過合金化 促使 相增加 使焊縫獲得與母材同樣的組織 N對 轉(zhuǎn)變的作用 由TTT圖 例如 焊縫和母材為獲得60 40 的雙相組織 要求焊縫0 219 N 而母材只需0 141 N 注 焊縫中 相體積分?jǐn)?shù)一般推薦為22 70 為獲得足夠的耐腐蝕性并避免氫致裂紋 相最大含量應(yīng)限制在60 焊縫室溫組織預(yù)測 Schaeffler圖 鐵素體含量的精度 4 DeLong圖 鐵素體含量的精度 2 WRC1992組織圖 美國焊接研究委員會推薦 Creq Cr Mo 1 5 Si 0 5 Nb Nieq Ni 30 C 30 N 0 5 Mn 舍夫勒組織圖 Creq Cr Mo 1 5 Si 0 5 Nb Nieq Ni 30 C 30 N 0 5 Mn 德龍圖 2 3 2熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變早期雙相不銹鋼 焊后HAZ中 相含量過高 甚至接近單相 組織 5 導(dǎo)致脆化和耐腐蝕性下降 現(xiàn)代雙相不銹鋼 通過提高N含量和控制Cr Ni當(dāng)量 使鋼中 接近于1 保證焊后HAZ不會出現(xiàn)單相 組織 B Creq Nieq 11 59當(dāng)B 7時 焊接熱影響區(qū)過熱區(qū)的組織為比較理想的奧氏體 鐵素體的雙相組織 但是 單道焊時 B 7 奧氏體只是在部分鐵素體的晶界析出 晶內(nèi)析出大量的氮化物 影響鋼的塑 韌性及耐腐蝕性 當(dāng)B 4時 才能保證單道焊時焊接熱影響區(qū)過熱區(qū)的組織為比較理想的奧氏體 鐵素體雙相組織 但多層焊時 B 7仍然有效 存在的重要問題 如何控制焊接熱影響區(qū)的組織 問題一 HAZ中 相析出過多問題 近縫HAZ加熱至接近熔化溫度 處于 單相組織狀態(tài) 隨后冷卻速度較快 轉(zhuǎn)變來不及進(jìn)行 在HAZ中保有較多 相 影響因素 1 鋼中N含量2 冷卻速度 熱輸入量 板厚 含N量較高的鋼材 HAZ中 相含量受冷速影響較小 含N量較低的鋼材 HAZ中 相含量受冷速影響較大 例如 700 下冷速為70 s時 含N量0 130 的鋼 HAZ中 含量達(dá)85 含N量0 396 的鋼 HAZ中 含量僅43 仍能保持滿意的力學(xué)性能和耐腐蝕性能 為85 為43 不同N含量雙相不銹鋼的HAZ組織 結(jié)論 含N量較高的雙相不銹鋼采用低熱輸入的焊接工藝 不會對HAZ組織產(chǎn)生不良影響 且無需進(jìn)行焊后固溶退火處理 問題二 HAZ中Cr2N析出問題冷速較快時 在HAZ中 相含量增加的同時 也增加了由 相中析出的Cr2N 焊接冷速提高 隨著 相增加 Cr2N也增加 對韌性和耐蝕性不利 t12 8表示由1200 冷卻至800 所需要的時間 t12 8越小 冷卻速度越快 熱影響區(qū)中的 相越多 同時析出的Cr2N的量也越多 這顯然對韌性和耐蝕性不利 近縫區(qū)以內(nèi)的HAZ 組織變化嚴(yán)重 近縫區(qū)以外的HAZ 同樣存在組織變化 但沒有近縫區(qū)嚴(yán)重 一般規(guī)律為 隨著峰值溫度的提高 相增加 而 相減少 相晶粒尺寸增大 在 相晶界和晶內(nèi)析出的Cr2N總量增加 此外 由于鋼中Cr Mo含量高 故在800 高溫附近停留時間較長時 會析出一些硬脆的金屬間化合物 如 相 FenCrm HV800 1000 在正常焊接條件下一般不會析出 但在制定焊接工藝時應(yīng)注意避免HAZ在高溫停留時間過長 導(dǎo)致 相脆化和失去耐腐蝕性能 雙相不銹鋼焊接性兼有奧氏體鋼和鐵素體鋼各自的優(yōu)點(diǎn) 并減少了其各自的不足 焊接冷裂紋和熱裂紋的敏感性都較小 具有良好的焊接性 通常焊前不預(yù)熱 焊后不熱處理 由于有較高的氮含量 熱影響區(qū)的單相鐵素體化傾向較小 當(dāng)焊接材料選擇合理 焊接線能量控制適當(dāng)時 焊接接頭具有良好的綜合性能 熱裂紋雙相不銹鋼熱裂紋的敏感性比奧氏體不銹鋼小得多 這是由于含鎳量不高 易形成低熔點(diǎn)共晶的雜質(zhì)極少 不易產(chǎn)生低熔點(diǎn)液膜 另外 晶粒在高溫下沒有急劇長大的危險(xiǎn) 冷裂紋的敏感性也比一般低合金高強(qiáng)鋼小得多 熱影響區(qū)脆化雙相不銹鋼焊接的主要問題不在焊縫 而在熱影響區(qū) 因?yàn)樵诤附訜嵫h(huán)作用下 熱影響區(qū)處于快冷非平衡態(tài) 冷卻后總是保留更多的鐵素體 從而增大了腐蝕傾向和氫致裂紋 脆化 的敏感性 2 4雙相不銹鋼的焊接性 相析出雙相不銹鋼焊接接頭有析出 相脆化的可能 相是鉻和鐵的金屬間化合物 它的形成溫度范圍600 1000 不同鋼種形成 相的溫度不同 如00Cr18Ni5Mo3Si2鋼在800 900 而雙相不銹鋼00Cr25Ni7Mo3CuN在750 900 形成 850 最敏感 形成 相需經(jīng)一定的時間 一般1 2min萌生 3 5min 相增多并長大 因此 焊接時應(yīng)采用小熱量輸入 快速冷卻 消除應(yīng)力處理時 采用較低的溫度 如550 600 為宜 這樣可以防止 相的產(chǎn)生 雙相不銹鋼固溶處理及 相和475 脆性的溫度范圍 鐵素體475 脆化雙相不銹鋼含有50 左右的鐵素體 同樣也存在475 脆性 但不如鐵素體不銹鋼那樣敏感 雙相不銹鋼中的鐵素體在300 525 長期保溫會析出高鉻 相 在475 最敏感 使雙相鋼脆化 由于 相析出時間較長 故對一般焊接影響不大 但應(yīng)限制雙相不銹鋼的工作溫度不高于250 焊接工藝焊接工藝參數(shù)對雙相組織的平衡起著關(guān)鍵的作用 由于雙相不銹鋼在高溫下是100 的鐵素體組織 若線能量過小 熱影響區(qū)冷卻速度快 奧氏體來不及析出 過量的鐵素體就會在室溫下過冷保持下來 若線能量過大 冷卻速度太慢 盡管可以獲得足量的奧氏體 但也會引起熱影響區(qū)鐵素體晶粒長大以及 相等有害金屬相的析出 造成接頭脆化 為避免上述情況的發(fā)生 最佳的措施是控制焊接線能量和層間溫度 并使用填充金屬 焊接材料雙相不銹鋼焊接材料在近年來才得到快速發(fā)展 美國于1992年和1993年首次在焊接材料標(biāo)準(zhǔn)中列入雙相不銹鋼焊條和焊絲 而且均僅有2個型號 AWSA5 4 1992和AWSA5 9 1993中的E2209 XX E2553 XX 焊條 和ER2209 ER2553 焊絲 目前在國內(nèi)的焊接標(biāo)準(zhǔn)中尚未列入雙相不銹鋼焊條和焊絲 國內(nèi)有些廠商生產(chǎn)的焊接材料 以焊條為主 大都參考國外的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 具體到焊接材料的開發(fā)研制 采用能形成較多 相的焊接材料 可以抑制焊縫中鐵素體相的過量增加 因而一般采用鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比母材高2 4 的焊接材料 但應(yīng)注意 鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不宜過高 因?yàn)檫@樣有可能使單一的鐵素體凝固模式轉(zhuǎn)變?yōu)殡p相凝固時發(fā)生元素偏析 還會存在由于母材稀釋得少 鐵素體含量過低 使鉻 鉬相對集中 促使金屬間相析出的可能性 氮元素在通過維持必要的相平衡來提高焊接接頭的耐蝕性方面的能力 是其他合金元素?zé)o法替代的 焊接材料一般都是在提高鎳的基礎(chǔ)上 再加入與母材含量相當(dāng)?shù)牡?只要加入0 1 以上的氮就會改善焊接接頭的力學(xué)性能 除了在焊接材料中加入氮以外 還可以從焊接工藝上控制相平衡 如在保護(hù)氣體中加氮 如TIG焊 MIG焊 以氮元素對焊縫金屬合金化 或?qū)⑵涑煞种墟嚨馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)提高10 左右 可獲得奧氏體體積分?jǐn)?shù)不少于60 70 的焊縫金屬組織 雙相不銹鋼及異種金屬焊接材料 2 4 1含N量對焊縫組織與性能的影響 含N量對焊縫組織的影響Ar N2混合氣體保護(hù)TIG焊 混合氣體中N2的分壓PN2增加 焊縫N含量開始時迅速增加 然后變化很小 焊縫中 相隨含N量的增加呈線性下降 含N量對焊縫強(qiáng)度和塑性的影響純Ar氣體保護(hù)TIG焊時 焊縫含N量最低 0 122 N 其抗拉強(qiáng)度 伸長率明顯低于母材 0 1414 N 焊縫含N量增加 則焊縫抗拉強(qiáng)度 延伸率逐漸增大 當(dāng)含N量約0 4 時 焊縫抗拉強(qiáng)度和延伸率接近于母材 原因 含N量增加 焊縫中 相減少 而 相增加 焊縫中 相增加 其抗拉強(qiáng)度 延伸率則逐漸減小 當(dāng) 相達(dá)60 時 焊縫的抗拉強(qiáng)度和延伸率均低于母材 原因 顯微組織不同母材 細(xì)小的軋制組織 焊縫 粗大的鑄態(tài)組織 母材焊縫鐵素體含量相同的母材和焊縫組織 拉伸斷口母材 韌窩斷裂焊縫 0 136 N 準(zhǔn) 解理斷裂0 219 N 準(zhǔn)解理斷裂0 395 N 韌窩斷裂 含N量對焊縫沖擊韌性的影響焊縫含N量增加 則焊縫在室溫和高溫下的沖擊功增大 但都低于母材 焊縫金屬的脆性轉(zhuǎn)變溫度都高于母材金屬 原因 焊縫韌度主要受 相和CrN2的影響 焊縫含N量增加 相增加 CrN2析出減少 使沖擊韌性提高 而焊縫中 相晶粒粗大 故韌性始終低于母材 思考題 從斷裂機(jī)制上解釋焊縫中的 相和CrN2析出相的含量是決定焊縫沖擊韌性的主要因素 解理面小且較平坦 解理平面有延性斷裂區(qū) 該區(qū)對應(yīng) 相板條 相板條阻止解理裂紋擴(kuò)展 2 4 2焊接熱輸入對熱影響區(qū)沖擊韌度的影響與焊縫不同 熱影響區(qū)含N量不變 主要受熱輸入影響 熱輸入太低 相含量增加 Cr2N析出增多 導(dǎo)致沖擊韌度下降 熱輸入太高 晶粒嚴(yán)重粗大 也使沖擊韌度下降 如 2205雙相不銹鋼 Cr22 Ni5 5 Mo3 N0 15 焊條 Cr22 Ni9 5 Mo3 N0 13 熱輸入 0 4kJ mm 0 8kJ mm 1 1kJ mm 1 6kJ mm 沖擊功 41 2J 48J 49J 35 3J除焊接熱輸入外 板厚 層間溫度等影響冷速的因素 都會影響HAZ韌性 如 瑞典SAF2507超級雙相不銹鋼 焊條選擇BOEHLERFOXCN25 9Cu AWSA5 4 06E2595 15 2 4 3雙相不銹鋼及其焊縫的 相脆化焊縫和母材再熱過程中 先由 相形成細(xì)小的 然后析出 相 相在焊縫中析出要比在母材中快的多 引起的韌性降低也比母材快的多 母材Cr25Ni5Mo2 焊條Cr25Ni9Mo3 DP3 Cr22Ni9Mo3 DP8 斷口分析表明 脆性開裂發(fā)生在 相及其與基體的界面上 母材斷口 在 相周圍的區(qū)域呈韌窩狀 由于 區(qū)較寬 只有析出大量的 相才使韌性降低 焊縫斷口 在焊縫中 區(qū)是細(xì)條的 斷口為帶有清晰撕裂嶺的脆性斷裂 只要少量的 相就足以引起焊縫韌性降低 因此 焊縫 相脆化傾向比母材大得多 引起脆化的再熱時間也比母材短得多 2 4 4焊接接頭的氫脆和氫致裂紋 熱影響區(qū)氫脆及氫致裂紋敏感性焊接HAZ峰值溫度升高 氫脆敏感性增加 原因 隨著峰值溫度升高 相減少 相增加 在 相邊界和內(nèi)部析出Cr2N增加 在Ar H2中進(jìn)行低熱輸入MIG焊含N量較高 0 4 的675鋼 即使低熱輸入也不會在HAZ產(chǎn)生冷裂紋 含N量較低 0 13 的UR45N鋼 HAZ中 相高達(dá)82 產(chǎn)生冷裂紋 通過調(diào)整熱輸入將HAZ中 相降到75 可避免冷裂 焊縫金屬氫脆及氫致裂紋敏感性焊縫不出現(xiàn)冷裂紋臨界擴(kuò)散氫質(zhì)量分?jǐn)?shù) 直Y形坡口裂紋試驗(yàn) 34 10 4 G Bop焊縫裂紋試驗(yàn) 25 10 4 一般地 焊縫中 相低于50 焊縫金屬對氫致裂紋不敏感 當(dāng) 相超過50 隨著 相的增加 氫致裂紋敏感性顯著增加 2 4 5焊接接頭的應(yīng)力腐蝕開裂氫脆型應(yīng)力腐蝕裂紋 HESCC 母材 BM 臨界應(yīng)力達(dá)到破壞應(yīng)力的90 HESCC敏感性低 焊縫 WM 臨界應(yīng)力達(dá)到破壞應(yīng)力的70 相當(dāng)于 0 2的95 而焊縫周圍的殘余應(yīng)力可以超過 0 2 因此HESCC敏感性提高 裂紋萌生于 界面的 相一側(cè) 并在 相中擴(kuò)展 相在母材中呈層狀分布 有效阻擋裂紋擴(kuò)展 而在焊縫中呈魏氏組織形態(tài) 對裂紋的阻擋作用受到抑制 熱影響區(qū) HAZ 敏化處理前 反映應(yīng)力腐蝕開裂 SCC 敏感性的斷裂應(yīng)變?nèi)Q于 相含量 敏化處理后 斷裂應(yīng)變與 相含量無關(guān) 斷口呈現(xiàn)與 相有關(guān)的二次裂紋 2 4 6焊接接頭的點(diǎn)蝕問題 成分對點(diǎn)蝕的影響Fe 60 時 雙相的點(diǎn)蝕電位處于純 相與純 相之間 Fe 60 時 雙相的點(diǎn)蝕電位與純 相和純 相基本相同 注 Fe增加時 對應(yīng)的Cr Ni相應(yīng)減少 組織對點(diǎn)蝕的影響隨著 相含量的增加 點(diǎn)蝕電位開始時增加較快 當(dāng) 相達(dá)到40 后則基本不變 注 Fe含量降低時 即合金含量提高時 點(diǎn)蝕電位降低 A 低鐵系列合金 Fe 50 B 高鐵系列合金 Fe 68 70 冷卻速度對點(diǎn)蝕的影響隨著含N量增加 點(diǎn)蝕電位提高 但與冷速有關(guān) N 0 13 時 冷速對SCE影響顯著 冷卻快 析出大量Cr2N SCE低 冷卻慢 基本沒有析出Cr2N SCE高 N 0 25 時 冷速快慢Cr2N基本沒有析出 故對SCE沒有影響 結(jié)論 含N量較低的雙相鋼 其點(diǎn)蝕電位 SCE 對冷卻速度很敏感 因此焊接含N量較低的雙相不銹鋼時 要嚴(yán)格控制冷卻速度 思考題 分析在不同的冷卻速度條件下 雙相不銹鋼的含N量對 相