雙相不銹鋼具有良好的焊接性,選用合適的焊接材料不會發(fā)生焊接熱裂紋和冷裂紋。焊接接頭力學(xué)性能也令人滿意,除了焊接接頭具有良好的耐應(yīng)力腐蝕能力外,其耐點蝕性能和耐縫隙腐蝕能力也均優(yōu)于奧氏體不銹鋼焊接接頭,抗晶間腐蝕能力比奧氏體不銹鋼稍有遜色。但是,焊接接頭近縫區(qū)受到焊接熱循環(huán)的影響,其過熱區(qū)段的鐵素體晶粒不可避免地會粗大,從而將降低該區(qū)段的耐蝕性。對此,應(yīng)從焊接工藝方面采取改善措施。
雙相不銹鋼優(yōu)良性能的本質(zhì)在于其化學(xué)成分和金相組織,其兩相的比例及分布狀態(tài)是決定其性能的最基本因素。
奧氏體型不銹鋼或鐵素體型不銹鋼經(jīng)受熱循環(huán)時,通常沒有激烈的組織變化,只是有可能析出少許的第二相,如碳化物、氮化物或σ相等,在某些非穩(wěn)定奧氏體鋼中有可能出現(xiàn)百分之幾的鐵素體相。奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼則不同,如圖4-6所示的相圖表明,在1000℃以下平衡相比例為50/50左右的雙相不銹鋼,隨著溫度的升高,奧氏體逐步減少而鐵素體則逐步增多,被加熱到1350℃以上至固相線溫度區(qū)間,其平衡組織的體積分數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)?00%的鐵素體。
1. 焊縫的成分和組織
從圖4-6中可知,由于金屬熔化后結(jié)晶所生成的金相組織通常是體積分數(shù)為100%的鐵素體,而且隨后的冷卻過程中,來不及發(fā)生奧氏體的析出。所以,即使是在大大降低焊縫的冷卻速度(暫不說這將對熱影響性能產(chǎn)生不利影響),奧氏體相的份額也不能增大多少,根本無法解決鐵素體占絕對優(yōu)勢的問題。這樣的焊縫金屬不僅耐蝕性低下,而且塑性也不良。這一現(xiàn)象在焊接其他牌號的雙相不銹鋼時,也會不同程度的出現(xiàn)。
總之,相比例是決定雙相不銹鋼性能的至關(guān)重要的因素。為了得到相組成比例較為理想的焊縫金屬,要采取以下措施:
①. 增加焊縫金屬中奧氏體化合金元素。例如,用氮對焊縫金屬合金化,或?qū)⑵涑煞种墟囐|(zhì)量分數(shù)提高到10%左右。這樣就可能獲得奧氏體體積分數(shù)不少于30%~40%的焊縫金屬。
②. 通過焊接工藝(例如小的熱輸入)來獲取比較細小的、比較均勻的兩相混合組織,有利于提高焊縫的多方面性能。
焊縫金屬受到隨后焊道的熱影響,其中的二次轉(zhuǎn)變奧氏體含量有所上升。因此,有時可以利用“退火”焊縫來改善焊縫性能,例如,在薄板焊縫的背面加“退火”焊縫來改善正面焊縫的性能。但焊后需要將“退火”焊縫打磨掉,這種辦法則由于費工時,只有在特殊情況下才被采用。
2. 精熱影唱想入米取的工藝措施
在焊接過程中,由于焊接加熱的快速性和短暫性,鐵素體+奧氏體轉(zhuǎn)變成鐵素體的相變并不能完成。在焊縫金屬組織中尚存有相當(dāng)數(shù)量的奧氏體,金屬就開始了降溫。待降溫到某平衡溫度以下,金屬組織又會發(fā)生逆轉(zhuǎn)變即鐵素體轉(zhuǎn)為二次奧氏體。同樣由于熱循環(huán)的短暫,再加之此時溫度已降得較低,該逆轉(zhuǎn)變?yōu)槎螉W氏體的數(shù)量也不會很多,因此該區(qū)中的鐵素體份額占得較大而奧氏體份額較少。而且,此時的兩相組織狀態(tài)已大大不同于原先的排列。原先軋制狀態(tài)下成條帶狀的同奧氏體混存的鐵素體,向等軸狀結(jié)晶發(fā)展、長大;而原來呈條帶狀的奧氏體走向消失,冷卻過程中從鐵素體中轉(zhuǎn)變出來的二次奧氏體則呈雜亂的竹葉狀在鐵素體晶間和晶內(nèi)先后出現(xiàn)。所以說在焊接熱影響區(qū)段的組織劣化不僅表現(xiàn)為相比例失調(diào),而且還失去了最有利于阻礙應(yīng)力腐蝕裂紋擴展的兩相分布狀況-兩相呈條帶疊置狀。應(yīng)當(dāng)注意,一旦形成了粗大的等軸晶,就很難通過熱處理或其他措施予以恢復(fù)。
為了使焊接接頭熱影響區(qū)各項性能指標(biāo)與其他部位相同,可采取下列措施:
a. 一定要用盡量小的熱輸大施焊。一旦由于過熱會導(dǎo)致形成大晶粒鐵素體,就很難保持或恢復(fù)雙相不銹鋼的優(yōu)良性能。
b. 為使焊接接頭的熱影響區(qū)的相比例與母材相當(dāng),可對焊接接頭通過固溶處理來實現(xiàn),但費工、費時,還消耗大量能源以及引起結(jié)構(gòu)變形等問題,很難達到理想的效果。
c. 通過對焊接接頭進行再一次的焊接熱循環(huán),使焊接熱影響區(qū)的奧氏體相進一步析出,增加奧氏體金屬相數(shù)量且能細化鐵素體晶粒,減少碳化物和氮化物從晶內(nèi)和晶界析出。采用的方法是對接觸介質(zhì)的焊縫先進行施焊。對于單道焊縫,則在非接觸工作介質(zhì)面的焊縫上,加焊一層工藝焊縫,若焊縫的余高超標(biāo)時,應(yīng)修磨焊縫高度;對于多層焊時,除了用小的焊接熱輸入的多層多道焊外,必要時也可以增加工藝焊縫來改善工作焊縫的熱影響區(qū)性能。
d. 采用奧氏體相占比例大的焊接材料,來提高焊縫金屬中奧氏體的比例,對提高焊縫金屬的塑性、韌性和耐蝕性均是有益的。