双相不锈钢接头双相比计算及微观组织分析

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双相不锈钢接头双相比计算及微观组织分析

双相不锈钢接头双相比计算及微观组织分析

来源:双相不锈钢发布:2020-07-31 00:04:05类别:双相钢焊接

 双相不锈钢具有优良的综合力学性能以及耐氯化物腐蚀性能,这主要与板材均布分散的条状微观组织以及含量接近的双相比有关。因此双相不锈钢焊接接头中微观组织形貌和双相比成为衡量接头质量的重要指标。利用软件统计不同试样不同区域的奥氏体含量,结果如表所示。根据表中数据可看出焊缝的奥氏体含量均高于热影响区,1系列和2系列的试样在同样的焊条、同样的焊接位置下接头焊缝的奥氏体含量随着热输入的增加而增加,3系列的试样先增大后降低,而A系列试样的焊缝奥氏体含量随着热输入的增加略微降低,B系列试样在热输入增加的情况下基本保持不变。选取表中1、2系列和A、B系列数据制作图表,如图所示,观察接头母材、热影响区及焊缝不同焊层之间的规律。

 

 从图中可以直观的看到不论采用何种焊条,双相不锈钢焊接接头都表现为焊缝区奥氏体含量最高,热影响区含量最低,母材含量居中。图为焊条E2209-16焊接试样数据,这种焊条的镍元素含量为9%左右,高于母材的5%,使得焊缝的镍元素含量较高,焊接时镍元素极大地促进奥氏体从铁素体晶界析出,使接头形成奥氏体含量远高于母材的焊缝区。而热影响区虽然受到的热循环作用超过相变温度,但最高温度远低于焊缝热循环的最高温度,原本轧制的条状奥氏体溶解为液态,且在相变温度以上停留时间极短,接着急速冷却,又由于没有额外的合金元素添加不能促使溶解后的奥氏体重新析出,这导致热影响区的奥氏体含量显著降低,成为接头最薄弱的环节。


 对比两幅图的数据可以发现,采用焊条E2209-16焊接完成的双相不锈钢焊接试样接头中焊缝区奥氏体含量大约在70%左右,而采用焊条309MoL焊接完成的接头中焊缝区奥氏体含量明显增加,大约在80%左右,最高甚至达到85%,导致接头两相比失衡,对性能产生一定影响。这是由于焊条E2209-16中镍元素约为9%,而焊条309MoL中镍元素含量则为12%,焊接过程中熔池熔解焊材和板材,使熔池中Ni元素含量显著增加,熔池冷却形成焊缝,加之采用多层多道焊,每一道焊接会对前一层焊道进行热处理作用,进一步促进奥氏体析出。此外还可以发现,同一个试样焊缝区内不同层之间的奥氏体含量也有差别,盖面层奥氏体含量最低,填充层含量最高,这是由于盖面层属于最后一层焊道,焊接完成后没有后续焊道的热处理作用,不能继续促使铁素体晶界和晶内析出奥氏体。


 图为双相不锈钢不同焊接位置下接头焊缝微观组织,图为焊条E2209-16焊接平焊位置和立焊位置焊缝盖面层微观组织对比,从图中可以看出焊缝奥氏体组织在形态和含量上与母材差别较大,这些奥氏体主要以树枝状形态优先从铁素体晶界析出,随着热作用的持续,铁素体晶内也不断析出奥氏体,这些奥氏体不断长大,在析出动力学作用下沿着冷却方向形成择优取向。而图为焊条309MoL焊接的平焊位置和立焊位置焊缝填充层微观组织对比,从图中可直观看出采用焊条309MoL的焊缝奥氏体含量明显增多,这是由于在相同的焊接参数下,焊条309MoL的镍含量远高于焊条E2209-16,在焊接时熔敷金属的镍元素会直接决定焊缝奥氏体的转化量。采用相同焊条,热输入较大的焊缝奥氏体含量也更高,热输入增加后会导致熔池凝固时间延长这也使得焊缝冷却时间延长,从而使焊缝区合金元素迁移扩散更加有利,在晶界偏聚奥氏体化元素,优先析出奥氏体,这些奥氏体会沿着铁素体晶界不断长大,联生长大的奥氏体也可以体现铁素体晶粒形貌。

 


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