焊接是不銹鋼水管中必不可少的一道工序,而不銹鋼水管焊接的主要問(wèn)題之一是熱裂紋,為了減小熱裂紋傾向,焊縫的顯微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般含有少量鐵素體,鐵素體含量的控制主要通過(guò)合金成分來(lái)實(shí)現(xiàn)。奧氏體不銹鋼焊縫中含有3%以上的鐵素體,可以有效避免凝固裂紋的產(chǎn)生,但過(guò)多的鐵素體會(huì)對(duì)使用性能產(chǎn)生不利影響。接下來(lái),細(xì)看不銹鋼水管焊縫中的鐵素體會(huì)帶來(lái)什么影響?
一、鐵素體對(duì)不銹鋼管腐蝕性能的影響
焊縫金屬的敏化傾向低于母材的敏化傾向,焊縫中有鐵素體,其Cr含量高于奧氏體,并且Cr在鐵素體中的擴(kuò)散速度遠(yuǎn)快于奧氏體,而M23C6碳化物傾向于在坑坑洼洼的鐵素體-奧氏體界面處析出,而不是在相對(duì)平直的奧氏體-奧氏體界面處析出,鉻在鐵素體中的快速擴(kuò)散可以克服晶界鉻缺乏的問(wèn)題。這些因素極大地限制了含有鐵素體的奧氏體不銹鋼焊縫的敏化,以防止不銹鋼水管晶間腐蝕。
含有少量鐵素體的奧氏體不銹鋼焊縫金屬在大多數(shù)腐蝕環(huán)境中的耐蝕性和不含鐵素體,相對(duì)應(yīng)于母材。但有機(jī)酸中的,這些介質(zhì)會(huì)選擇性地腐蝕鐵素體。當(dāng)焊縫金屬中的鐵素體數(shù)量大于5FN時(shí),腐蝕將沿著鐵素體網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行,導(dǎo)致焊縫嚴(yán)重?fù)p壞。
二、在高溫下使用的不銹鋼
奧氏體不銹鋼焊縫金屬中形成的鐵素體起第二相強(qiáng)化作用。與母材和熱影響區(qū)相比,屈服強(qiáng)度明顯提高,而延展性相當(dāng)。增加焊縫金屬中的鐵素體含量可顯著提高室溫強(qiáng)度,但使高溫強(qiáng)度的漲幅較小。鐵素體是不銹鋼水管在高溫環(huán)境中的有害相。
(1)鐵素體的蠕變破損
焊縫金屬中的連續(xù)鐵素體網(wǎng)絡(luò)(FN=10),由于裂紋早于鐵素體-奧氏體界面開(kāi)始,這促進(jìn)了快速蠕變破損,這時(shí)鐵素體含量應(yīng)低于5FN,以防止形成連續(xù)鐵素體網(wǎng)絡(luò)
(2)鐵素體475℃脆化
Cr含量為15%~70%的Fe-Cr合金,在加熱到425℃~550℃時(shí)會(huì)產(chǎn)生富Cr鐵素體和富鐵鐵素體嚴(yán)重脆化。奧氏體不銹鋼焊縫金屬的鐵素體相,實(shí)質(zhì)是鐵素體(Cr20~30%,Ni4%~5%)嵌入奧氏體基體中。因此,如果在425℃~550℃的溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間(約5000h)停留,鐵素體相將發(fā)生脆化,硬度增加,塑性和韌性損壞。在550℃以上短時(shí)間加熱可以消除這種脆化現(xiàn)象,但長(zhǎng)時(shí)間加熱會(huì)導(dǎo)致σ相脆化。
三、低溫性能
在低溫下,奧氏體不銹鋼表現(xiàn)出良好的強(qiáng)度,延性和韌度;而鐵素體則會(huì)發(fā)生脆性轉(zhuǎn)變。因此,使用在低溫下的不銹鋼水管,其焊縫中的鐵素體含量要求更低。
奧氏體不銹鋼焊縫中的少量鐵素體會(huì)降低低溫韌性,當(dāng)焊縫中的鐵素體含量達(dá)到FN=10時(shí),低溫韌性將降低50%。
不銹鋼水管的低溫韌性不僅與鐵素體含量有關(guān),還與焊縫的清潔度有關(guān)。試驗(yàn)得出,堿性低氫焊條熔敷金屬的氧含量低于鈦鈣焊條,焊縫韌性也較好;惰性氣體保護(hù)焊熔敷金屬的含氧量低于熔渣保護(hù)焊,焊縫韌性也較好;超低碳焊接材料的熔敷金屬具有較少的晶間析出和較好的焊接韌性。
根據(jù)工藝評(píng)定試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,A132、A102、A137、A107等普通奧氏體不銹鋼焊條在-100℃下的沖擊功一般在30J左右,但當(dāng)溫度繼續(xù)下降到-196℃時(shí),沖擊功變化不大,這主要是因?yàn)殍F素體在-100℃以上發(fā)生了脆性轉(zhuǎn)變。而鐵素體在-100℃以下仍為脆性相,奧氏體仍不發(fā)生脆性轉(zhuǎn)變,所以沖擊能變化不大。(奧氏體不銹鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度曲線)。
以上內(nèi)容就是不銹鋼水管焊縫中的鐵素體會(huì)有什么影響。從上面的內(nèi)容我們得知,焊后需要進(jìn)行熱處理或在高溫服役時(shí),焊縫金屬鐵素體數(shù),在焊后熱處理前測(cè)量不能超過(guò)10FN。當(dāng)不銹鋼水管用于低于-100℃的低溫環(huán)境時(shí),按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行焊縫低溫沖擊試驗(yàn);用于低于-196℃的低溫環(huán)境時(shí),焊縫鐵素體含量低于5FN。當(dāng) 不銹鋼水管用于無(wú)磁或特殊腐蝕環(huán)境時(shí),則需要按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行控制。