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淺析雙相不銹鋼加工方法和成分特點(diǎn)

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材料特性
成分特點(diǎn)
第二代雙相不銹鋼一般稱為標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼,成分特點(diǎn)是超低碳、含氮,其典型成分為22%Cr+5%Ni+0.17%N。與第一代雙相不銹鋼相比,2205 進(jìn)一步提高氮含量,增強(qiáng)在氯離子濃度較高的酸性介質(zhì)中的耐應(yīng)力腐蝕和抗點(diǎn)蝕性能。氮是強(qiáng)烈的奧氏體形成元素,加入到雙相不銹鋼中,既提高鋼的強(qiáng)度且不顯著損傷鋼的塑韌性,又能抑制碳化物析出和延緩σ相形成。
焊接性
2205雙相不銹鋼具有良好的焊接性,焊接冷裂紋和熱裂紋的敏感性都較小。wxafd002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(shí),焊接接頭具有良好的綜合性能。
熱裂紋
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(méi)有急劇長(zhǎng)大的危險(xiǎn)。
熱影響區(qū)脆化
雙相不銹鋼焊接的主要問(wèn)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。
鐵素體475℃脆化
2205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。
組織特點(diǎn)
雙相不銹鋼在室溫下固溶體中奧氏體和鐵素體約各占半數(shù)(雙相不銹鋼2205鐵素體含量應(yīng)為30%～55%,典型值是45%左右),兼有兩相組織特征,它保留了鐵素體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)大、線膨脹系數(shù)小、耐點(diǎn)蝕、縫隙及氯化物應(yīng)力腐蝕的特點(diǎn);又具有奧氏體不銹鋼韌性好、脆性轉(zhuǎn)變溫度較低、抗晶間腐蝕、力學(xué)性能和焊接性能好的優(yōu)點(diǎn)。
性能特點(diǎn)
在性能上的突出表現(xiàn)是屈服強(qiáng)度高和耐應(yīng)力腐蝕。
雙相不銹鋼比奧氏體不銹鋼的屈服強(qiáng)度高近1倍,同樣的壓力等級(jí)條件下,可以節(jié)約材料。比奧氏體不銹鋼的線性熱膨脹系數(shù)低,與低碳鋼接近。使得雙相不銹鋼與碳鋼的連接較為合適,這有很大的工程意義。鍛壓及冷沖成型性不如奧氏體不銹鋼。
焊接冶金
2205雙相不銹鋼焊接過(guò)程中,在熱循環(huán)的作用下,焊縫金屬和熱影響區(qū)的組織發(fā)生著一系列的變化。在高溫下,所有的雙相不銹鋼的金相組織全部由鐵素體組成,奧氏體是在冷卻過(guò)程中析出的。奧氏體析出的多少受諸多因素的影響。
相比例要求
雙相不銹鋼焊接接頭的力學(xué)性能和耐蝕性能取決于焊接接頭能否保持適當(dāng)?shù)南啾壤?因此,焊接是圍繞如何保證其雙相組織進(jìn)行的。當(dāng)鐵素體和奧氏體量各接近 50%時(shí),性能較好,接近母材的性能。改變這個(gè)比例關(guān)系,將使雙相不銹鋼焊接接頭的耐蝕性能和力學(xué)性能(尤其是韌性)下降。雙相不銹鋼2205鐵素體含量的最佳值是45%。過(guò)低的鐵素體含量(<25%)將導(dǎo)致強(qiáng)度和抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂能力下降;過(guò)高的鐵素體含量(>75%)也會(huì)有損于耐蝕性和降低沖擊韌性。
焊接接頭中鐵素體和奧氏體的平衡關(guān)系既受到鋼中合金元素含量的影響,又受到填充金屬、焊接熱循環(huán)、保護(hù)氣體的影響。
合金元素的影響根據(jù)研究和大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),母材中含氮是非常重要的。氮在保證焊縫金屬和焊后熱影響區(qū)內(nèi)形成足夠量的奧氏體方面具有重要作用。
氮和鎳一樣是形成奧氏體和擴(kuò)大奧氏體元素,但是,氮的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鎳。在高溫下,氮穩(wěn)定奧氏體的能力也比鎳大,可防止焊后出現(xiàn)單相鐵素體,并能阻止有害金屬相的析出。由于焊接熱循環(huán)的作用,自熔焊或填充金屬成分與母材相同時(shí),焊縫金屬的鐵素體量急劇增加,甚至出現(xiàn)純鐵素體組織。為了抑制焊縫中鐵素體的過(guò)量增加,采用奧氏體占優(yōu)勢(shì)的焊縫金屬是雙相不銹鋼的焊接趨勢(shì)。
一般采取在焊接材料中提高鎳或是加氮這兩條途徑。通常鎳的含量比母材高出2%～4%,例如,2205填充金屬的鎳含量就高達(dá)8%～10%。用含氮的填充材料比只提高鎳的填充材料效果更好,兩種元素都可以增加奧氏體相的比例并使其穩(wěn)定,但加氮不僅能延緩金屬間相的析出,而且還可提高焊縫金屬的強(qiáng)度和耐蝕性能。目前,填充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?/p>
工藝參數(shù)的影響焊接工藝參數(shù)即焊接線能量對(duì)雙相組織的平衡也起著關(guān)鍵的作用。由于雙相不銹鋼在高溫下是100%的鐵素體,若線能量過(guò)小,熱影響區(qū)冷卻速度快,奧氏體來(lái)不及析出,過(guò)量的鐵素體就會(huì)在室溫下過(guò)冷保持下來(lái)。若線能量過(guò)大,冷卻速度太慢,盡管可以獲得足量的奧氏體,但也會(huì)引起熱影響區(qū)的鐵素體晶粒長(zhǎng)大以及σ相等有害金屬相的析出,造成接頭脆化。為了避免上述情況的發(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。1.保護(hù)氣體的影響鎢極氬弧焊時(shí),可在氬氣中加入2%氮?dú)?防止焊縫表面因擴(kuò)散而損失氮,有助于鐵素體與奧氏體的平衡。 4　焊接工藝焊接工藝通常應(yīng)規(guī)定出焊接線能量范圍和最高的層間溫度。Avesta公司建議線能量為110～215kJ/mm,層間溫度控制在150℃以下。鑒于此,焊接工藝評(píng)定采用的焊接工藝參數(shù)。對(duì)接坡口加工形式及焊接層次第1層是鎢極氬弧焊,2～4層是焊條電弧焊。 5　性能評(píng)定　焊接工藝評(píng)定按JB4708—2000進(jìn)行焊接工藝評(píng)定,平均抗拉強(qiáng)度高達(dá)782MPa,塑性斷裂在熱影響區(qū);4支側(cè)彎試樣無(wú)裂紋出現(xiàn)。相比例評(píng)定金相法觀察到的組織形貌是白色奧氏體基體上分布有淺灰色。
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