双相不锈钢

您的当前位置:网站首页 > 双相不锈钢 > 经济型双相不锈钢S32003焊接热影响区组织与韧性

经济型双相不锈钢S32003焊接热影响区组织与韧性

来源:至德钢业 日期:2022-01-08 00:48:11 人气:35

采用热模拟试验机Gleeble-3800模拟了S32003双相不锈钢不同焊接线能量下的焊接热循环,研究了模拟焊接热影响区的组织与性能。结果表明:随着焊接线能量的增加,焊接热影响区的铁素体体积分数逐渐由88.7%减少到了58.7%,铁素体和奥氏体两相组织越来越粗大,焊接热影响区的冲击功先增大后减小;随着测试温度的降低,热影响区的冲击功逐渐降低,低温冲击韧性随着线能量增加下降得更为显著。

双相不锈钢由于具有铁素体和奥氏体两相结构,二者的相含量约各占50%,因此具有优良耐腐蚀性和较高的力学性能,近年来在石油化工和海洋工程等制造领域应用越来越广。S32003是近年发展起来的新型经济型双相不锈钢之一,其耐蚀性优于奥氏体不锈钢316L,可以替代316L用于石化、储罐和核电站海水系统等领域。在这些装备制造过程中,最广泛运用的加工手段即为焊接,焊接接头的薄弱环节常常是材料的焊接热影响区。近年来,围绕双相不锈钢的焊接特性、焊接方法和工艺等方面展开了大量研究,同时采用热模拟技术预测材料的性能和指导生产工艺日益成为了一种常规手段。国内对其焊接性能研究很少,本文通过采用不同线能量的焊接热模拟试验研究了新型的经济型双相不锈钢S32003焊接热影响区的显微组织和冲击韧性,为该材料的应用和推广提供指导。

1试验材料及方法

1.1试验材料

试验材料为工业生产的9 mm厚的固溶退火后的酸洗板,化学成分如表1所示。纵截面的显微组织由黑色的铁素体组织和白色的奥氏体组织组成,铁素体比例为51.5%,如图1所示。

1.2试验设备

Gleeble-3800热模拟试验机(美国DSI公司);Leica DM4000M光学显微镜(德国徕卡公司);ZeissEVO18型扫描电镜(德国蔡司公司);ZBC-450B型冲击试验机(深圳新三思材料检测有限公司)。

1.3试验方法

焊接热模拟试验在热模拟试验机上进行,焊接热循环的具体参数见表2,每种热循环工艺做16个试样,其中15个试样开槽后用来测试冲击功,1个试样用来观察显微组织。模拟试样尺寸为5 mm×10 mm×55 mm,模拟后热影响显示区域为2.53 mm,如图2所示,沿着模拟区域中心线开V型槽进行冲击试验,冲击试验在材料试验系统上按GB/T 2292007规范进行,试验数据电脑自动采集,试验温度为200、-20、-40、-60℃。S32003双相不锈钢母材及热模拟样品的金相组织侵蚀方法采用铁氰化钾碱性试液(20 g KOH15 g K 3 Fe(CN)6100 mL H 2 O)在温度6070℃下进行化学浸蚀,时间约为2 min。采用光学金相显微镜对组织进行观察,采用IA32金相软件对金相组织进行铁素体含量的测量,至少测量5个视场然后取平均值。使用扫描电镜观察冲击断口形貌。

2试验结果及讨论

3为不同焊接线能量下S32003模拟焊接热影响区的金相组织,线能量由1 kJ/cm增加到40 kJ/cm,铁素体体积分数由88.7%减少到了58.7%,奥氏体相先由较低线能量时的细针状向树枝状和不规则块状逐渐转变,然后变为粗大的羽毛状。当焊接线能量为40 kJ/cm时,铁素体和奥氏体两相组织明显长大。由图4[9]可以看出,母材组织加热到最高温度1 300℃时,原组织已经接近全部转化为铁素体组织,随着温度的降低由铁素体中逐渐析出奥氏体。由图5可知,采用1 kJ/cm5 kJ/cm的较低线能量时,每一温度下停留的时间较短,冷却速度较快,奥氏体相析出不充分,焊接热影响区的铁素体含量较高;随后随着线能量的增加,冷却速度减慢,奥氏体相析出时间延长,铁素体含量逐渐减少,奥氏体相逐渐增加,不同线能量下铁素体含量变化如图5所示。

不同测试温度下冲击功与线能量的关系如图6所示。线能量由1 kJ/cm增加到25 kJ/cm时,随着焊接线能量的增大,材料的模拟焊接热影响区冲击功逐渐变大;线能量进一步增大到40 kJ时,冲击功急剧下降,特别是低温冲击韧性变得更差。正常情况下,焊接热影响区的韧性主要有两个影响因素:两相组织的粗细和奥氏体相所占的比例,奥氏体相含量升高将有益于冲击韧性,组织粗大将恶化韧性。由图3可以发现,线能量由1 kJ/cm增加到25 kJ/cm时,组织逐渐变得粗大,但组织中的奥氏体相含量逐渐增加,这时奥氏体相在组织的比例对冲击韧性的贡献较大,模拟焊接热影响区冲击功逐渐变大,线能量为25 kJ/cm时,在-60℃的冲击功都达到了40 J;当线能量为40 kJ/cm时,粗大组织导致模拟焊接热影响区冲击功降低,特别是低温冲击韧性变得更差,-40℃时冲击功只有10 J

线能量为40 kJ/cm时,从-40℃到20℃模拟焊接热影响区冲击韧性的断口形貌如图7所示。从宏观形貌来看,20℃时断口以韧性区为主;0℃和-20℃时断口由韧性区和脆性区两个区域组成,脆性区的面积比例大于韧性区;随着测试温度的降低,脆性区面积逐渐增大,-40℃时断口呈现完全的脆性断裂。从微观形貌来看,20℃时断口上韧窝细小而且较均匀,呈网格状分布,为微孔聚集型的韧性断裂;0℃和-20℃时微观断口呈现韧窝和解理台阶混合型的断口特征,断裂形式为准解理断裂;-40℃时解理台阶是断口形貌的主要特征,为典型的脆性断裂,断裂形式为解理断裂。

3结论

1)随着焊接线能量的增大,铁素体含量逐渐降低,铁素体和奥氏体两相组织越来越粗大。

2)模拟焊接热影响区的冲击韧性随着焊接线能量的增大先增加后减小。

3)随着测试温度的降低,模拟焊接热影响区的冲击功有所降低;线能量采用25 kJ/cm时,冲击韧性在-60℃时仍然较好。

本文标签:双相不锈钢 

发表评论:

◎欢迎参与讨论,请在这里发表您的看法、交流您的观点。

北京 天津 河北 山西 内蒙 辽宁 吉林 黑龙江 上海 江苏 浙江 安徽 福建 江西 山东 河南 湖北 湖南 广东 广西 海南 重庆 四川 贵州 云南 西藏 陕西 甘肃 青海 宁夏 新疆 台湾 香港 澳门