鐵素體含量對不銹鋼管的影響
自從奧氏體不銹鋼焊管投入工業(yè)應(yīng)用以來 ,焊縫的鐵素體含量始終是一個(gè)備受關(guān)注的深層次問題。這是因?yàn)樗鼈兊拇嬖诘拇_會對奧氏體不銹鋼的強(qiáng)韌性、耐腐蝕性及焊接性等產(chǎn)生一定的影響。這些問題有的已經(jīng)弄清 ,有一些則有待進(jìn)一步探索。
以下是筆者的看法:(1)鐵素體的強(qiáng)度較高 ,而塑性及韌性較差 ,它的存在自然會對奧氏體強(qiáng)韌性有影響 ,但在一般應(yīng)用中只要鐵素體含量不太高 ,例如 10%左右 ,這種影響是可以允許的。特殊情況可以通過附加焊縫金屬拉伸試驗(yàn)、常溫或低溫沖擊試驗(yàn)來加以測定。
(2)鐵素體對奧氏體不銹鋼耐腐蝕性的影響是一個(gè)十分復(fù)雜 ,難以簡單說清的問題。由于不銹鋼應(yīng)用中的腐蝕主要是晶間腐蝕、縫隙腐蝕、孔蝕及應(yīng)力腐蝕開裂等局部腐蝕。其中晶間腐蝕在焊管中主要是由焊縫熱影響區(qū)敏化造成 Cr耗盡引起的 ,縫隙腐蝕在焊管中主要是跟未焊透等焊接缺陷有關(guān) ,只有孔蝕和應(yīng)力腐蝕開裂與鐵素體含量有一定關(guān)系 ,詳述如下。①早期研究曾經(jīng)簡單地認(rèn)為焊縫中的鐵素體對孔蝕起促進(jìn)作用 ,因此是有害的[5 - 6 ]。有些試驗(yàn)結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。但隨后的研究指出 ,退火或未經(jīng)退火的焊縫金屬的孔蝕始發(fā)點(diǎn)都發(fā)生在由于微觀偏析造成的樹枝晶中心的 Cr,Mo耗盡區(qū) (見表 2) ,這種 Cr,Mo在樹枝晶芯桿上的空芯效果在以奧氏體為初始凝固相的焊縫金屬中更為明顯 ,這就說明鐵素體的存在對不銹鋼的影響不大[7]。還有研究者指出 S的偏析才是在鐵素體 /奧氏體界面上發(fā)生孔蝕的更重要因素[8],這使得304L自熔 ( GTAW )焊縫以鐵素體為初始凝固模式中的鐵素體 /奧氏體界面成為孔蝕的最敏感位置。此外還發(fā)現(xiàn)介質(zhì)條件 (HCl, HNO3、酸性FeCl3溶液濃度或 pH值 )、焊接方法及熱輸入 (影響偏析程度 )都可能對上述孔蝕敏感位置產(chǎn)生影響②鐵素體含量對奧氏體不銹鋼焊縫金屬抗應(yīng)力腐蝕的影響同樣是復(fù)雜的 ,它不僅取決于化學(xué)成分、介質(zhì)環(huán)境及試驗(yàn)技術(shù) ,還取決于鐵素體含量、形態(tài)分布及凝固模式。有的觀點(diǎn)認(rèn)為鐵素體能改善奧氏體不銹鋼焊縫抗應(yīng)力腐蝕性能 ,因此焊縫比母材及熱影響區(qū)的抗應(yīng)力腐蝕性能更好[11 ],但也有持相反觀點(diǎn)的[12],認(rèn)為鐵素體的陽極溶解是 304鋼在 HCl +NaCl溶液中應(yīng)力腐蝕開裂敏感的原因。文獻(xiàn) [13 ]則認(rèn)為鐵素體含量增加時(shí) ,鐵素體形態(tài)從不連續(xù)蠕蟲狀變?yōu)檫B續(xù)蠕蟲狀或網(wǎng)絡(luò)狀時(shí) ,焊縫抗應(yīng)力腐蝕性降低。焊后熱處理能使鐵素體相變并球狀化 ,但只有足夠高的·13·
第 30卷第 5期 何德孚等:奧氏體不銹鋼焊管焊縫鐵素體含量及其測定退火溫度加上足夠長時(shí)間 ,例如 10～100 h才能完全相變而使其抗應(yīng)力腐蝕性能明顯提高 ,鐵素體含量越高 ,完全相變的時(shí)間就越長 ,這在實(shí)際生產(chǎn)中是難以做到的 ,即使這樣長時(shí)間高溫退火以后鐵素體含量較高的奧氏體不銹鋼焊縫的抗應(yīng)力腐蝕性能也不理想。因此焊后短時(shí)間的高溫退火只能使碳化物相及 σ相分解 ,使 C、Cr等重新固溶進(jìn)入奧氏體 ,不能完全使鐵素體相變?yōu)閵W氏體。(3)鐵素體含量對奧氏體不銹鋼焊縫的焊接性 ,特別是焊縫在焊接過程中的抗凝固裂縫性能有積極的影響 ,在焊管生產(chǎn)過程中為了保持較高的焊接速度 ,使焊縫中含有 3% ～5%鐵素體是有益的 ,我們已在文獻(xiàn) [14 ]中詳細(xì)討論過。
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