双相不锈钢

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如何焊接双相不锈钢材料

来源:至德钢业 日期:2020-08-27 13:24:58 人气:91

  在这些高合金双相不锈钢中,焊缝的多次加热循环会导致氮化铬、二次奥氏体和包括σ相在内的各种金属间化合物的析出。列出了基本金属和焊条的成分范围。请注意,除了按照惯例促使在焊后状态形成奥氏体,填充金属的镍含量高外,填充金属中还添加了少量铜和钨,为了使其与基本金属相匹配。许多填充金属制造厂家推荐填充金属/基本金属的组合材料。工艺评定测试用的板厚为9.5mm。接头坡口形式是单面V型坡口,坡口角度为60度,根部间隙为1.5mm,钝边为3mm。最初的工艺评定测试使用的是3.2mm的电焊条。在V型坡口中进行焊接十次后,对根部进行清根,使其露出完好的金属,然后再焊两个道次完成焊接。所有焊道的平均焊接热输入为0.7kJ/mm。在-40℃从焊缝金属和热影响区切取了小尺寸(8mm厚的)夏比V型缺口试样并进行了测试。冲击试验要求是27J,热影响区远远超过了该要求。但是在对焊缝金属进行初次实验和重复试验时,三个夏比V型缺口试样中的两个试样没有达到27J。


  为了找出焊缝金属冲击试验结果不高的原因,利用扫描电子显微镜检测了工艺评定测试用的焊缝试样。图中所示为试样中部厚度附近焊缝金属的显微组织。仅在铁素体内就有大量的有角析出物。但是没有准确确定到底是什么析出物。我们的结论是析出物是在对测试试样进行十二道次的焊接时反复重复加热产生的。因此,使用相同的接头设计和电焊条,又进行了一次新的工艺评定测试。在新的工艺测试中,为了使焊接热输入在1.2~1.3 kJ/mm之间,降低了焊接速度,焊接是通过在上部进行四个道次的焊接,在清根后进行一个道次的焊接完成的。在温度为-40℃时,大小相同的小尺寸夏比V型缺口冲击试样完全超过了27J的要求。显微组织内也没有各种析出物。


  双相不锈钢管道内的根部焊道有呈现出不当热输入特殊情况的可能。在培训碳钢管道的焊接人员时,要求他们在进行根部焊道的焊接时要采用相当快的速度进行焊接,通常,在向下立焊时,使用纤维素电焊条,然后,采用“热焊道”的高热输入,防止碳钢产生氢致裂纹。但是,在热输入较高的“热焊道”后,进行低热输入的根部焊道的焊接会使根部焊道过热,造成超级双相不锈钢的根部焊道内金属间化合物的析出。


 因为在使用过程中,根部焊道表面通常与腐蚀介质接触,这种情况非常危险。虽然金属间化合物有损于韧性,但是,埋在焊接接头内的金属间化合物远离暴露面,其危害程度要低于根部焊道内的金属间化合物,原因是埋在焊接接头内的金属间化合物一般不与腐蚀介质接触,而根部焊道内的金属间化合物与腐蚀介质接触。在焊接双相不锈钢,特别是超级双相不锈钢管道时的规范操作是根部焊道的热输入要大于最初的填充焊道。厚度为6mm左右的根部焊道使用效果相当好。不合理的焊后热处理如果焊接的铸件或焊接成型的封头需要进行焊后热处理,那么,使用常用的富镍填充金属,再加上采用满足基本金属规范但不合理的退火温度就会使双相不锈钢加工制造厂犯另外一个错误(对双相不锈钢来说,通常镍含量为9%,其他与填充金属相似,如表中所示的E2595-15填充金属)。一般的要求是在最低1040℃的温度进行退火,然后从退火温度进行水淬。由于人们不太了解在加热到退火温度的过程中,双相不锈钢中几乎总是形成σ相,而镍含量较高会使σ相的固溶相线温度增高。在这种情况下,富镍的焊缝金属就危险。宏盛特钢制做的图中所示为镍对25%Cr-3.5%Mo合金σ相固溶相线温度的影响。虽然绘制该图所用的合金不含诸如锰、硅和氮等合金元素,但是便于人们从本质上了解镍的影响。它清楚地表明,σ相固溶相线温度随镍含量的增加而增加。特别是它表明,含9%Ni的焊缝金属的σ相固溶相线温度会比含5%Ni的匹配基本金属的σ相固溶相线温度至少高50℃。


 从本质上来说,图也可适用于22%铬含量的合金,如利用富镍填充金属焊接的2205。焊缝金属含8.3%镍。由于担心在加热到退火温度过程中形成的σ相在退火温度溶解速度太慢,它在1040℃温度下退火96小时。从退火温度进行水淬后可清楚地看到有大量σ相存在。可得出这样的结论,在温度1040℃时,该成分内的σ相稳定。注意,由于退火时间长,与后面所示的相比,其显微组织要粗大得多。图所示为与合金255成分(5.8%镍)完全相匹配的焊缝金属。焊缝金属是水淬前在温度1040℃退火4个小时,它不含σ相,延展性相当好(在标距长度与直径比的拉伸试验中,伸长率为34%)。当将其他成分相似,但镍含量达9%的焊缝金属2205合金在温度1040℃进行退火并进行水淬火时,结果是在整个显微组织有大量的σ相呈现灰色,奥氏体呈现白色,铁素体呈现黑色。焊缝金属相当脆,伸长率仅为7%(与其相比,在焊后状态伸长率为26%)。值得注意的是,该9%镍焊缝金属的焊后铁素体含量为54%,但是,在温度1040℃进行退火后下降到28,说明由于该热处理,大约一半的原铁素体变成σ相。这实质上与图中所示的显微组织一致。相同的9%Ni焊缝金属,在温度1150℃退火,在炉内冷却到1040℃,并在1040℃保温30分钟,然后在σ相成核前进行水淬,测量得出45FN,具有35%的伸长率,在显微组织内没有σ相。“分级退火”允许氮的近平衡分配,这也是合金255供应商称基体金属有卓越的耐腐蚀性能的地方。从本文可清楚地看出,为了避免σ相带来的危害,富镍填充金属要求的退火温度比基体金属更高。  


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