2205不锈钢管焊接后力学性能和耐蚀性能有哪些变化

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2205不锈钢管焊接后力学性能和耐蚀性能有哪些变化

2205不锈钢管焊接后力学性能和耐蚀性能有哪些变化

来源:双相不锈钢发布:2020-07-02 15:13:39类别:2205不锈钢

     2205不锈钢管焊接的力学性能和耐腐蚀性能主要取决于焊接接头的组织中能否保持适当的相比例。当铁素体量和奥氏体量各接近50%时,性能较好。如果这个比例关系发生改变,将使双相不锈钢接头焊缝金属的耐腐蚀性和力学性能(尤其是韧性)受到很大影响。过低的铁素体相含量(<25%)将导致接头强度和抗应力腐蚀开裂性能下降;而过高的铁素体相含量(>75%)将导致接头的耐蚀性和冲击韧性降低。


   参考Fe-Cr-Ni三元相图可知,2205不锈钢管接头焊接热影响区的组织主要取决于合金成分以及焊接热循环。当Cr eq/Ni eq大于2.0时,铁素体的溶解度随温度下降急剧下降,铁素体相的范围也随之扩大;而当Cr eq/Ni eq大于2.5时,将在焊缝熔合线附近形成较宽的单相铁素体区。第二、三代双相不锈钢的Cr eq/Ni eq一般保持在2.0~3.0之间,因此在焊接高温下易于形成单一的铁素体相,在随后的冷却过程中奥氏体在铁素体晶界处析出。同时,双相比例的形成还受冷却速度的影响。在快速冷却条件下,焊缝金属生成树枝状显微组织,在某些区域的冷却速度较慢,且热传导方向又不明显时,便可观察到更多的球形组织。焊缝在典型的焊接冷却速度下凝固,将存在着合金元素的偏析,它对接头的抗腐蚀性具有重要的影响。


  如果冷却速度很快,将没有足够的时间促使铁素体转变成奥氏体。至德钢业研究了奥氏体含量与冷却速度的关系,冷却温度范围为500~800℃,如图中所示,并提出了可用于近似计算的关系式:δ(%)=173·C-0.42,式中C为冷却速度(℃·kS-1)。如果冷却速度过慢,将不利于获得有利的双相组织,因为过慢的冷却速度易在接头中形成脆性σ相,并造成奥氏体晶粒粗大。σ相的形成温度范围为600~1000℃,不同钢种形成σ相的温度范围不同,如00Cr5Mo3Si2钢为800~900℃,而双相不锈钢00Cr25Mo7CuN为750~900℃,其中在850℃时最为敏感。形成σ相需经一定的时间,一般在1~2分钟时产生,3~5分钟时σ相增多并长大。认为,要使组织中σ相的含量低于1%,冷却速度应大于0.23℃·kS-1,对于SAF2205,在其对σ相最敏感的865℃区间,要求停留时间不能超过134秒。


  浙江至德钢业有限公司采用脉冲直流气体保护氩弧焊(GTAW)研究了过冷度和冷却速度与接头显微组织之间的关系。研究表明,焊接电流影响晶粒的尺寸和晶内奥氏体的转变,大的过冷度和较快的冷却速度将促使晶内奥氏体凝结成核并长大。在相同的热输入条件下,冷却速度和过冷度明显影响脉冲GTAW焊件熔化区的显微组织。在没有加入N或者焊后热处理的情况下,采用139℃/s的冷却速度时,接头组织中可以获得37%的奥氏体。其焊缝组织中包含大量所需的晶内奥氏体,而且不含有魏氏体和二次奥氏体(γ2)。最终使焊件接头具有均匀的显微硬度和力学性能。


  至德钢业研究了采用两种焊接方法(GTAW和SMAW)焊接SAF2205双相不锈钢管道获得接头的组织、力学性能和断裂韧性。结果表明,焊接线能量对获得接头中的两相比例有较大影响。采用较高线能量和使用含氮气保护气体的GTAW焊接接头具有比SMAW焊接接头更优的两相比例。尽管GTAW接头与SMAW接头的抗拉强度相近,但对于塑性、抗弯强度、冲击韧性,GTAW接头却有一定的优势。


  对于2205不锈钢管来说,理论上具有良好的焊接性,如果采用合理的焊接工艺,几乎所有的焊接方法都可用。与奥氏体不锈钢管的焊接相比,2205不锈钢管在焊接时对污染更敏感,特别是湿气和水分。任何类型的油污、油脂和水分等污染都会影响接头的抗腐蚀性及力学性能,因此在焊接前要对被焊材料进行严格清理。双相不锈钢的焊接接头型式应预先进行很好的准备,焊接坡口最好采用机械加工,不宜采用砂轮打磨的方法,要避免坡口表面粗糙与接头间隙不均匀。通常情况下,双相不锈钢在焊接时不需预热,因为预热会降低焊接热影响区的冷却速度。然而,适当的预热对降低钢材表面的湿气是有益的,当采用预热的方法来降低湿气时,首先必须严格清理焊接表面,然后均匀地加热到95℃。如果焊缝的冷却速度太快,使得焊接热影响区中的铁素体含量增加太大时,采用预热是有意义的。例如,将薄板焊到厚度较大的平板上、在容器上焊厚度较小的衬垫等情况下冷却速度很快,此时可以考虑预热。



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