焊接特性
双相不锈钢具有良好的焊接性能,与铁素体不锈钢及奥氏体不锈钢相比,它既不像铁素体不锈钢的焊接热影响区,由于晶粒严重粗化而使塑韧性大幅降低,也不像奥氏体不锈钢那样,对焊接热裂纹比较敏感。双相不锈钢由于其特殊的优点,广泛应用于石油化工设备、海水与废水处理设备、输油输气管线、造纸机械等工业领域,近些年来也被研究用于桥梁承重结构领域,具有很好的发展前景。节约型双相钢"经常会出现的焊接性能问题。而焊接标准双相钢并不是一个问题,而且不论采用何种工艺,都有适合这些应用的焊材。从金相的角度来看,焊接2101(1.4162)根本就没有问题,实际上它甚至要比标准级的双相钢更加容易焊接,因为这种材料事实上可以采用乙炔焊工艺来进行焊接,而对于标准双相钢材料而言,始终避免使用这种工艺。焊接2101所面临的实际问题是熔池的粘度不同,因此可湿性差了一点。这迫使操作人员在焊接的过程中更加多地使用电弧焊,而这正是问题的所在。尽管可以通过选择超合金化焊材加以弥补,但是我们经常希望选择匹配的焊材。2101节镍双相不锈钢典型显微组织在2101中,也存在低温热影响区和高温热影响区中的显微结构之间的热影响区相互作用,比2304、2205或2507更加有利。在以2101进行试验时,也已经发现由于镍含量较低,因此产生了含有较多氮与锰的不同类型的"回火色",而这影响了腐蚀性能。在电弧和熔池中发生的这一成分损失是由于氮与锰的蒸发与熔敷,这对于双相钢等级的材料来说是一个新问题,因此在这次讲课中将作了较多描述。
限制要求
1.需要对相比例进行控制,合适的比例是铁素体相和奥氏体相约各占一半,其中某一相的数量多不能超过65%,这样才能有佳的综合性能。如果两相比例失调,例如铁素体相数量过多,很容易在焊接HAZ形成单相铁素体,在某些介质中对应力腐蚀破裂敏感。2.需要掌握双相不锈钢的组织转变规律,熟悉每一个钢种的TTT和CCT转变曲线,这是正确指导制定双相不锈钢热处理,热成型等工艺的关键,双相不锈钢脆性相的析出要比奥氏体不锈钢敏感的多。3.双相不锈钢的连续使用温度范围为-50~250℃,下限取决于钢的脆性转变温度,上限受到475℃脆性的限制,上限温度不能超过300℃。4.双相不锈钢固溶处理后需要快冷,缓慢冷却会引起脆性相的析出,从而导致钢的韧性,特别是耐局部腐蚀性能的下降。5.高铬钼双相不锈钢的热加工与热成型的下限温度不能低于950℃,超级双相不锈钢不能低于980℃低铬钼双相不锈钢不能低于900℃,避免因脆性相的析出在加工过程造成表面裂纹6.不能使用奥氏体不锈钢常用的650-800℃的消除应力处理,一般采用固溶退火处理。对于在低合金钢的表面堆焊双相不锈钢后,需要进行600-650℃整体消应处理时,考虑到因脆性相的析出所带来的韧性和耐腐蚀性,尤其是耐局部腐蚀性能的下降问题,尽可能缩短在这一温度范围内的加热时间。低合金钢和双相不锈钢复合板的热处理问题也要同此考虑。7.需要熟悉了解双相不锈钢的焊接规律,不能全部套用奥氏体不锈钢的焊接,双相不锈钢的设备能否安全使用与正确掌握钢的焊接工艺有很大关系,一些设备的失效往往与焊接有关。关键在于线能量和层间温度的控制,正确选择焊接材料也很重要。焊接接头(焊缝金属和焊接HAZ)的两相比例,尤其是焊接HAZ维持必要的奥氏体数量,这对焊接接头具有与母材同等的性能很重要。8.在不同的腐蚀环境中选用双相不锈钢时,要注意钢的耐腐蚀性总是相对的,尽管双相不锈钢有较好的耐局部腐蚀性能,就某一个双相不锈钢而言,他也是有一个适用的介质条件范围,包括温度、压力、介质浓度、pH值等,需要慎重加以选择。从文献和手册中获取的数据很多是实验室的腐蚀试验结果,往往与工程的实际条件有差距,因此在选材时需要注意,必要时需要进行在实际介质中的腐蚀试验或是现场条件下的挂片试验,甚至模拟装置的试验。
双相不锈钢冶金学
Fe-Cr-Ni合金三元相图是双相不锈钢冶金行为的指路图。从铁含量为68%处的三元截面图(图3)可以看出:这些合金以铁素体(α)凝固,当温度下降至1000℃(1832°F)左右时,部分铁素体会转变成奥氏体(γ)(取决于合金成分)。在较低温度下,处于平衡态的铁素体和奥氏体几乎没有进一步的改变。从图3还可看出增加氮的影响。从热力学观点看,因这部分奥氏体是由铁素体转变而来的,合金不可能跳过奥氏体的平衡态。然而,当继续冷却至较低温度时,碳化物、氮化物、σ相以及其他金属间相都成为可能的显微结构组分。氮的另一有效作用是提高了奥氏体开始从铁素体转变的温度,见图3,提高了铁素体转变为奥氏体的比例。因此,即使在快速冷却条件下,奥氏体量也几乎能达到平衡状态时的水平。对第二代双相不锈钢而言,这效应会减少 HAZ 铁素体过量的问题,”
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