鐵素體含量對(duì)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(lái) ,焊縫的鐵素體含量始終是一個(gè)備受關(guān)注的深層次問(wèn)題。這是因?yàn)樗鼈兊拇嬖诘拇_會(huì)對(duì)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(wèn)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(huì)對(duì)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(guò)附加焊縫金屬拉伸試驗(yàn)、常溫或低溫沖擊試驗(yàn)來(lái)加以測(cè)定。
(2)鐵素體對(duì)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(jiǎn)單說(shuō)清的問(wèn)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(jiǎn)單地認(rèn)為焊縫中的鐵素體對(duì)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?shī)W氏體為初始凝固相的焊縫金屬中更為明顯 ,這就說(shuō)明鐵素體的存在對(duì)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(duì)上述孔蝕敏感位置產(chǎn)生影響②鐵素體含量對(duì)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(yáng)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(cè)定退火溫度加上足夠長(zhǎng)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(zhǎng) ,這在實(shí)際生產(chǎn)中是難以做到的 ,即使這樣長(zhǎng)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(duì)奧氏體不銹鋼焊縫的焊接性 ,特別是焊縫在焊接過(guò)程中的抗凝固裂縫性能有積極的影響 ,在焊管生產(chǎn)過(guò)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(guò)。
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