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                        天津雙相不銹鋼廠家銷售處
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                      雙相不銹鋼的焊接工藝和加工技術】
                      雙擊自動滾屏 發布者:http://www.xoallp.cn 發布時間:2015-11-7 閱讀:2350次 【字體:

                      焊接特性
                      雙相不銹鋼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,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。
                      節約型雙相鋼"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。
                      在2101中,也存在低溫熱影響區和高溫熱影響區中的顯微結構之間的熱影響區相互作用,比2304、2205或2507更加有利。在以2101進行試驗時,也已經發現由于鎳含量較低,因此產生了含有較多氮與錳的不同類型的"回火色",而這影響了腐蝕性能。在電弧和熔池中發生的這一成分損失是由于氮與錳的蒸發與熔敷,這對于雙相鋼等級的材料來說是一個新問題,因此在這次講課中將作了較多描述。

                      焊接特點

                      雙相不銹鋼其焊接特點如下:[1] 
                      雙相不銹鋼在正常固溶處理(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。

                      影響因素

                      影響雙相不銹鋼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時,對冷卻速度的控制要求更加嚴格。在雙相不銹鋼焊接過程中,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。

                      工藝提升

                      1 合金元素和冷卻速度
                      實驗和理論計算表明:臨界區加熱后獲得雙相組織所需的臨界冷卻速率與鋼中錳含量具有一定關系。其根鋼中存在的合金元素,就可估算獲得雙相組織所需要的臨界冷卻速率,為熱處理雙相鋼生產時,選擇適當的冷卻方法提供依據。
                      當鋼的化學成分一定時,應在保證獲得雙相組織的前提下,盡可能采用較低的冷卻速度,使鐵素體中的碳有充分的時間擴散到奧氏體中,從而降低雙相鋼的屈服強度,提高雙相鋼的延性。如果鋼中合金元素含量較4,臨界冷卻速度過高,冷卻后鐵素體中含有較高的固溶碳,不利于獲得優良性能的雙相鋼,這時應改變鋼的化學成分,增加鋼中的合金元素含量,從而降低臨界冷卻速度,或者在雙相鋼的生產工藝中,加入補充回火工序,降低鐵素體中的固溶碳,改善雙相鋼的性能。如果鋼中含有強的碳化物形成元素,當估算臨界冷卻速率時,應考慮到這些元素對臨界區加熱時所形的奧氏體淬透性和有利影響,V和Ti的碳化物粒子可以通過相界面的釘扎作用提高奧氏體的淬透性,降低臨界冷卻速度.[2] 
                      2.兩階段冷卻工藝
                      當鋼中合金元素含量較低時,冷卻速度較慢會得到鐵素體加珠光體組織;冷卻速度較快時,則鐵素體中保留固溶碳較高,不利于降低屈服強度和提高延性。采用兩階段冷卻可以改善雙相鋼的性能,即從臨界區加熱溫度緩冷到某一溫度,然后快冷。緩冷可以使鐵素體中的碳向未轉變的奧氏體富聚。而快冷則可以避免未轉變的奧氏體等溫分解,保證獲得所需的雙相組織和性能。例如0.08%C-1.4%Mn鋼,從800℃;加熱到水冷的力學性能為:σ0.2=365PMa,σb=700MPa,σ0.2/σb=0.52,eu=18%,et=21%。如采用兩階段冷卻工藝,即在800℃;加熱后,空冷到600℃;,然后水冷,其性能為:σ0.2=280MPa,σb=600MPa,σ0.2/σb=0.47,eu=21%,et=29%。兩階段冷卻使雙相鋼的屈服強度降低,延性提高。
                      3.雙相鋼板熱軋后盤卷溫度的影響
                      對于一個給定成分的鋼,臨界區加熱時奧氏體的淬透性可以通過鋼板熱軋后高溫卷來修正。高溫盤卷可使碳、錳等合金元素在第二組(珠光體或貝氏體)中明顯富集。有利提高隨后臨界區處理時雙相鋼的綜合性能。以0.049%C-1.99%Mn-0.028%Al-0.0019%N鋼的試驗結果為例,采用兩種工藝過程:一種為普通扎制工藝,終軋溫度900℃;→油冷到600℃;盤卷→吹風冷到室溫→冷軋70%→連續退火。兩種盤卷工藝的碳和錳分布的分析結果可見高溫盤卷可使碳和錳在第二相中明顯富集,而普通的軋制工藝錳基本無富集趨勢。www.xoallp.cn
                      用高溫盤卷以修正合金含量較低的鋼在隨后臨界區處理時的淬透性,并降低熱處理雙相鋼的屈服強度,提高其延性的技術,已在有關工廠用于熱處理雙相鋼的生產,所得到的熱處理雙相鋼板綜合性能良好,板材各部位的性能均勻,縱向、橫向性能一致。例如對0.09%C-0.44Si-1.54%Mn-0.023%Al鋼。

                      限制要求

                      1.需要對相比例進行控制,最合適的比例是鐵素體相和奧氏體相約各占一半,其中某一相的數量最多不能超過65%,這樣才能保證有最佳的綜合性能。如果兩相比例失調,例如鐵素體相數量過多,很容易在焊接HAZ形成單相鐵素體,在某些介質中對應力腐蝕破裂敏感。
                      2.需要掌握雙相不銹鋼的組織轉變規律,熟悉每一個鋼種的TTT和CCT轉變曲線,這是正確指導制定雙相不銹鋼熱處理,熱成型等工藝的關鍵,雙相不銹鋼脆性相的析出要比奧氏體不銹鋼敏感的多。
                      3.雙相不銹鋼的連續使用溫度范圍為-50~250℃,下限取決于鋼的脆性轉變溫度,上限受到475℃脆性的限制,上限溫度不能超過300℃。
                      4.雙相不銹鋼固溶處理后需要快冷,緩慢冷卻會引起脆性相的析出,從而導致鋼的韌性,特別是耐局部腐蝕性能的下降。
                      5.高鉻鉬雙相不銹鋼的熱加工與熱成型的下限溫度不能低于950℃,超級雙相不銹鋼不能低于980℃低鉻鉬雙相不銹鋼不能低于900℃,避免因脆性相的析出在加工過程造成表面裂紋
                      6.不能使用奧氏體不銹鋼常用的650-800℃的消除應力處理,一般采用固溶退火處理。對于在低合金鋼的表面堆焊雙相不銹鋼后,需要進行600-650℃整體消應處理時,必須考慮到因脆性相的析出所帶來的韌性和耐腐蝕性,尤其是耐局部腐蝕性能的下降問題,盡可能縮短在這一溫度范圍內的加熱時間。低合金鋼和雙相不銹鋼復合板的熱處理問題也要同此考慮。
                      7.需要熟悉了解雙相不銹鋼的焊接規律,不能全部套用奧氏體不銹鋼的焊接,雙相不銹鋼的設備能否安全使用與正確掌握鋼的焊接工藝有很大關系,一些設備的失效往往與焊接有關。關鍵在于線能量和層間溫度的控制,正確選擇焊接材料也很重要。焊接接頭(焊縫金屬和焊接HAZ)的兩相比例,尤其是焊接HAZ維持必要的奧氏體數量,這對保證焊接接頭具有與母材同等的性能很重要。
                      8.在不同的腐蝕環境中選用雙相不銹鋼時,要注意鋼的耐腐蝕性總是相對的,盡管雙相不銹鋼有較好的耐局部腐蝕性能,就某一個雙相不銹鋼而言,他也是有一個適用的介質條件范圍,包括溫度、壓力、介質濃度、pH值等,需要慎重加以選擇。從文獻和手冊中獲取的數據很多是實驗室的腐蝕試驗結果,往往與工程的實際條件有差距,因此在選材時需要注意,必要時需要進行在實際介質中的腐蝕試驗或是現場條件下的掛片試驗,甚至模擬裝置的試驗。

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