超级双相不锈钢

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SAF2507超级双相不锈钢焊接接头的冲击韧性分析

来源:至德钢业 日期:2021-01-19 01:08:36 人气:422

  浙江至德钢业有限公司参照GB/T2650-2008标准对公司生产的SAF2507超级双相不锈钢焊接接头进行冲击试验,本文开V型缺口槽,由于LBW和LMHW焊接接头热影响区窄,精准开槽有难度,所以本文开槽缺口位于焊缝中心。为了避免试验偶然性带来的误差,每种焊接接头重复试验三次,取平均值。冲击试验结果如表所示。由试验结果可知,SAF2507超级双相不锈钢母材的平均冲击韧性可达到1038.75kJ/cm 2,经过焊接之后,不论何种焊接方式,都不同程度的造成冲击韧性的下降。这是由于焊接过程种大量的热输会造成元素烧损,合金元素的含量略低于母材,导致整体焊缝冲击韧性的下降。从焊接方式来看,LBW焊接接头焊缝的冲击韧性最差,只有465.58kJ/cm2,不到母材的一半,LMHW焊接接头焊缝的冲击韧性为730.85kJ/cm2,GTAW焊接接头最高,达到848.27kJ/cm2。冲击韧性的大小取决于焊缝微观组织及微量元素的含量,一般来说,奥氏体组织的冲击韧性高于铁素体组织,在三种焊接接头及母材试样中,LBW焊接接头的铁素体含量最高,奥氏体含量最低,而焊缝整体微量元素含量的差别与其他三种焊接接头区别不大,所以它的焊缝冲击韧性最低。对于GTAW焊接接头,较慢的焊接速度导致其有更多的时间使得铁素体向奥氏体组织转变,铁素体与奥氏体的两相比最接近1:1,奥氏体的含量高于其他两种焊接接头,所以它的冲击韧性最高。对于LMHW焊接接头,它与LBW焊接接头不同的是在激光自熔焊接的同时增加了MIG焊,使得焊缝的上半部分受到激光和电弧的共同作用,但是下半部分焊缝与LBW焊接接头是相似的。从焊缝冲击韧性来看,LMHW接头焊缝的冲击韧性要远高于LBW接头焊缝,说明LMHW接头上半部分焊缝对提高焊缝冲击韧性起到了至关重要的作用,Er2594焊丝的加入,一方面提高了接头焊缝合金元素的含量,尤其是镍元素的增加,促进奥氏体的形成,提高了焊缝奥氏体的含量,改善了焊缝冲击性能。另一方面,填丝的加入,电弧带来了额外的热输入,改变了焊缝的宏观形貌,深宽比变小,熔池变大,中心焊缝的冷却速度降低,更多的铁素体组织转变成奥氏体组织,进一步提高焊缝韧性,因此LMHW焊接确实能够改善LBW焊接的一些不足。


  经过固溶处理之后,SAF2507超级双相不锈钢母材的冲击韧性与为固溶处理之前相当,没有太大变化,因为在固溶处理前后,母材组织的双相比均接近1:1,并没有更多奥氏体组织析出,因此冲击韧性没有太大变化。对LBW焊接接头,固溶处理之后冲击韧性达到了807.81kJ/cm2,增加了接近340kJ/cm2,这得益于经过固溶处理之后,焊缝组织等到了大大的改善,奥氏体的含量从30.7%增加到48.7%,并且没有其他有害相的析出,奥氏体组织含量的增加引起焊缝冲击韧性的增加,所以,LBW焊接接头经过1050℃固溶处理1小时可以大幅提高焊接接头的冲击韧性。对于GTAW焊接接头,接头焊缝的冲击韧性只有54.20kJ/cm2,经过固溶处理后,焊接接头由韧性断裂变为脆性断裂,根据金相组织图片可知,在1050℃固溶处理的条件下,GTAW焊接接头焊缝区域出现了大量的σ相,σ相是硬而脆的相,他的出现会危害焊缝的整体塑韧性,极大的降低冲击韧性,大量出现时,会使焊缝由韧性断裂转变为脆性断裂。对于LMHW焊接接头,固溶处理之后略微提高了焊缝的冲击韧性,但冲击韧性要低于LBW焊接接头。前一章节已经提到,SAF2507超级双相不锈钢经过1050℃固溶处理,有填丝的上半部分焊缝出现了众多σ相,σ相的出现降低焊缝的冲击韧性,但由于下半部分焊缝只受到纯激光的影响,没有出现σ相,一定程度上增加了焊缝的冲击韧性。对比LBW和LMHW接头焊缝,未固溶处理前,LMHW上半部分焊缝是增加冲击韧性的主要部分,使得冲击韧性高于LBW焊接接头,经过1050℃固溶处理后,依旧是上半部分焊缝使得冲击韧性低于LBW焊接接头。尽管如此,固溶处理仍然是改善焊接接头组织和性能不均匀的重要方法,若将固溶处理温度稍微提高到1080℃,σ相完全消除,LMHW和GTAW焊接接头的冲击韧性将会大幅提高。


   SAF2507超级双相不锈钢母材及焊接接头的冲击断口微观图片如图所示,固溶之前,三种焊接接头的冲击断口主要由韧窝组成,断口有很深的沟壑,呈现撕裂状,表征出断裂方式是韧性断裂。固溶处理之后,LBW接头冲击断口也是都由韧窝组成,说明LBW接头仍然具有较好的冲击韧性。LMHW焊接接头的微观断口中,韧窝与解理面同时出现,由于上半部分焊缝σ相的析出,使LMHW接头的断裂方式发生了改变,有韧性断裂转变为混合型的断裂方式。GTAW接头的冲击微观断口出现大量的解理面、解理台阶和撕裂棱,这些是解理断裂的特征,说明GTAW接头由于σ相的析出,断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂,在微观断口上,出现了大量的白色物质,EDS扫描结果显示,该物质的Cr含量达到36.3%,远高于母材,复合σ相的元素特征,说明σ相对焊接接头冲击韧性有致命的危害性。


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