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海南不銹鋼及耐熱耐蝕合金焊接的熱裂紋問題研究
2015-08-14 09:59:48 作者:海南金元科實(shí)業(yè)有限公司
海南不銹鋼及耐熱耐蝕合金以其具有的防銹、耐腐蝕、抗氧化和耐高溫等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于石油、化工、航空、航天、核能、冶金、電力、交通運(yùn)輸、紡織和電子等部門。海南不銹鋼由于它們含有的合金元素多、組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜等給焊接帶來了很大困難,特別是焊接熱裂紋問題更為人們所關(guān)注。
熱裂紋通常包括3種,在焊縫金屬中生成的熱裂紋稱為凝固裂紋,在熱影響區(qū)或多層焊焊道的再加熱區(qū)產(chǎn)生的熱裂紋稱為液化裂紋;這兩類裂紋都是在液相和固相共存的高溫區(qū)域,并在熱應(yīng)變的作用下產(chǎn)生的。第三種是低塑性裂紋,這類裂紋產(chǎn)生的溫度較低,它的出現(xiàn)與液相無關(guān),通常處在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)。
在
不銹鋼焊接過程中,焊縫金屬的凝固裂紋是一個(gè)很大的問題,凝固裂紋的敏感性與δ鐵素體的含量有依存關(guān)系,鐵素體含量在5%~20%范圍內(nèi)時(shí),裂紋的敏感性最小,單一的γ相或鐵素體含量在40%以上時(shí),裂紋的敏感性顯著增加。通過改變焊縫金屬的化學(xué)成分及調(diào)整熔合比,使焊縫金屬中的鐵素體量在幾個(gè)百分?jǐn)?shù)范圍內(nèi),就可以避免凝固裂紋的產(chǎn)生。
在各種鎳基合金中,因康鎳625或718的脆性溫度區(qū)間比哈斯特洛依X或C-276要大些,故前者的凝固裂紋敏感性高些,這是因?yàn)樗鼈兌己休^多的合金元素Nb,Nb是形成NbC、γ相(Ni3Nb)和Laves相的元素。采用這一成分的合金焊接時(shí),在最后的凝固區(qū)域內(nèi)易于形成γ/NbC或γ/Laves相的共晶,這些共晶的熔點(diǎn)低,故易于產(chǎn)生凝固裂紋。除了Nb之外,C和Si也是增加凝固裂紋敏感性的元素。另外,當(dāng)母材中存在未固溶的NbC時(shí),在γ/NbC界面上會產(chǎn)生液化,伴隨著晶界的液化也會出現(xiàn)液化裂紋。
綜上所述,在
海南不銹鋼及耐熱耐蝕合金中各種焊接熱裂紋的產(chǎn)生除了與材料本身的合金成分和組織有關(guān)系外,材料中的夾雜物及溶質(zhì)元素如P、S、Pb、Sn、Zn等也起著重要的作用,它們導(dǎo)致了低熔點(diǎn)物質(zhì)的產(chǎn)生,致使殘留液相覆蓋在晶界周圍,在很小的熱應(yīng)變作用下就出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。對于奧氏體-鐵素體
海南不銹鋼焊縫而言,鐵素體量對凝固裂紋的敏感性有重要影響;而對于純奧氏體
海南不銹鋼焊縫來說,P+S的含量對其BTR有明顯影響,其含量越低,熱裂紋敏感性越小。在鎳基耐熱耐蝕合金的焊接中,Nb、C、Si等元素易于形成低熔點(diǎn)共晶,因而
海南不銹鋼增加了凝固裂紋敏感性;P、S等雜質(zhì)在晶界的偏析也助長了熱裂紋的形成。