您所在的位置:首页 > 不锈钢知识 > 不锈钢管件 > 正文

双相不锈钢管件焊缝金属的组织转变及其影响因素

作者:admin 来源: 日期:2018-7-6 15:28:52 人气:2

双相不锈钢管件焊缝金属为铸态组织,属于铁素体凝固模式,一次凝固相为单相铁素体。高温下铁素体相的高扩散速率得以使合金元素快速均匀化,容易消除凝固偏析,即使少量的镍、钼元素显微偏析对于奥氏体相的形成也无较大影响。焊缝金属从熔点冷却至室温时,和焊接HAZ的高温区转变一样,部分铁素体会转变成奥氏体,两相的平衡数量和α/γ比值的大小无论对焊缝的抗裂纹能力,或是对焊缝的力学性能和耐腐蚀性能都有重要影响。

焊缝金属冷却时,在6001000℃温度范围,有时也还会有σ相等金属间相,二次奥氏体(γ2)的析出,这与填充金属的成分、焊接参数线能量等有关。

影响焊缝金属组织转变的因素主要有三种:

(1) 合金元素的作用及其在两相中的分配

有文献表明B值越大,奥氏体数量越少,这同前述焊接HAZ的结果是一致的。线能量也能影响两相中合金元素含量的分配。在低线能量时,含氮焊缝铬、镍和钼元素在两相中的分配差别不大,只是氮更富集在奥氏体内;高线能量时则不然,铬、镍和钼等元素有足够的时间进行扩散,两相中的合金元素量有着明显的差异。这意味着随线能量的不同,铁素体和奥氏体相的成分和耐腐蚀性也相对变化。

(2) 焊接参数的影响

焊接线能量也是一个影响因素,它不仅能影响焊缝两相中合金元素的分配,还能影响焊缝金属的两相比例。

焊接采用高线能量时,尽管会使凝固组织的铁素体晶粒易长大,但是在此情况下的冷却速度较低却会促使较多的奥氏体转变,可以得到足够数量的奥氏体。相反,采用低线能量的焊接,即高的冷却速度相对的奥氏体数量也少。这种奥氏体相的转变,属于扩散控制的转变过程,焊接时很难达到相的平衡状态,从而还会发生其他相的析出反应。

(3) 析出相的影响

双相不锈钢管件焊接时,有可能发生三种类型的析出,有时会降低钢的耐腐蚀性和韧性。这些析出物是:铬的氮化物(Cr2NCrN);二次奥氏体(γ2);金属间相(σ相等)。

关于氮化物的析出,当焊缝金属铁素体数量过多或为纯铁素体组织时,很容易有氮化物的析出,这是由于在高温时,氮在铁素体中的溶解度增加,快速冷却时溶解度又下降的缘故;尤其在靠近焊缝表面的部位,由于氮的损失,使铁素体数量增加,氮化物更容易析出,这对焊缝金属的耐腐蚀性有直接的影响。焊缝金属若是健全的两相组织,氮化物的析出量则很少。因此为了增加焊缝金属的奥氏体数量在填充金属中提高镍、氮元素量是有效的[33];另一方面也应避免采用过低的线能量进行厚壁件的焊接,以防止纯铁素体晶粒的生成而引起氮化物的析出。

关于二次奥氏体的析出,在含氮量高的超级不锈钢(N0.3%)多层焊接时会出现。由于后续焊道采用高的线能量时,部分铁素体会转变成细小分散的二次奥氏体(γ2),这种γ2也和氮化物一样会降低焊缝的耐腐蚀性,尤其以表面影响更大。为抑制γ2的析出,一是通过增加填充金属的奥氏体量来控制焊缝金属的铁素体量,二是需注意线能量的控制,避免根部焊道采用低线能量,尤其是当第二道线能量较高时更是如此,其目的是在第一焊道后即得到最大的奥氏体转变和相对平衡的元素分配,这样在后续焊道再加热时,能够有最少的Cr2N和γ2析出,因此,对多层焊接时,开始23道焊道参数的选择也很重要。

关于σ相的析出,一般说焊接时采用较高的线能量和较低的冷却速度有利于奥氏体的转变,减少焊缝金属的铁素体量,但是线能量过高和冷却速度过慢又会带来金属间相的析出问题,一般焊缝金属不常发现有σ相析出,但在焊接材料或线能量选用不合适时,也有可能出现σ相。

综上所述,双相不锈钢管件生产厂家为了获得最佳的性能结果,一般必须采用足够高的线能量以保证在焊缝HTHAZ奥氏体的再形成,通常焊缝金属的奥氏体量控制在60%70%范围,但是也不希望过高的线能量,最高层间温度控制在150℃。