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    超窄間隙焊接1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼厚壁鋼管的優勢

    作者:www.fireeye100.com 點擊: 日期:2020-06-12 15:42
    由于超窄間隙焊接方法具備常規焊接方法難以企及的特點,運用到1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼的焊接,可更好地改善接頭組織、提升綜合性能。

    1、可有效抑制接頭晶間腐蝕傾向

    根據奧氏體不銹鋼厚壁鋼管焊接接頭不同區域發生的晶間腐蝕,又可將其細分為如下三種:

    a)碳鉻化合析出,造成晶間貧鉻引起的晶間腐蝕

    此類腐蝕主要發生在HAZ敏化區。焊接過程中,熱源輸入的熱量將焊縫兩側一定厚度的母材加熱至600~850℃,使晶粒邊界處的C、Cr大量化合,形成含鉻化合物,并沿晶界析出,而晶粒內部其他區域中的Cr因擴散速度慢、擴散動力不足無法及時補充晶界處的鉻損耗量,在相鄰晶粒間形成貧鉻層,導致晶界發生敏化。當溫度高于850℃時,碳化物會發生溶解,重新固溶到奧氏體晶粒中。若HAZ區長時間經歷400~850℃的敏化加熱,碳化物的析出量會隨加熱時間的延長而增多,晶界貧鉻程度也隨之加劇。鋼管服役期間,在腐蝕介質中貧鉻區極易被侵蝕,并沿晶界向材料內部延伸。

    b)б相沉淀析出形成貧鉻層造成的晶間腐蝕

    б相是鉻含量高于16%時形成的一類對材料性能極具影響的Fe-Cr化合物,通常在820℃析出。其形成受Cr富集程度以及C、N含量影響。若不銹鋼合金液時,б相優先在鐵素體中析出,可有效防止形成熱裂紋。相反,若б相優先在奧氏體中析出,則會造成周圍區域嚴重貧鉻。然而,若奧氏體中存在自由C、N原子時,б相的形成會受阻,既就是說,C、N的存在增大了б相在奧氏體中的析出難度。

    c)TiC固溶到奧氏體晶格中并形成貧鉻層而引起的晶間腐蝕

    1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼厚壁鋼管,因加入了穩定化元素Ti等,且Ti主要是以TiC的沉淀游離態存在。焊接過程中,

    TiC在高溫下將發生溶解,Ti會以間隙原子的形式進入到奧氏體晶粒的晶格間隙中,C會進入到奧氏體點陣的空隙中,且其固溶量隨最高溫度的升高而增大。冷卻凝固過程中,C的擴散能力較強,向奧氏體晶粒的邊界運動,而Ti則因擴散能力不足,保留在原來位置附近,造成C在晶界大量富集而達到過飽合。若經歷450~850℃的敏化加熱,C與Cr化合使晶界貧鉻。在腐蝕介質中,導致晶間腐蝕,特別在熔合線附近易出現深而細如刀削切口的晶間腐蝕(即刀狀腐蝕)。

    超窄間隙焊接采用低線能量,不僅可加快熔池的凝固速度、縮短C向奧氏體晶界的擴散時間、抑制C的擴散程度、減少C在晶界的富集量、降低晶界貧鉻程度,還能阻阻奧氏體中析出б相,減輕焊縫區晶間腐蝕的傾向、防止熔合線附近發生刀狀腐蝕;同時還能縮短HAZ區敏化加熱的時間,提升接頭耐晶間腐蝕的能力。

    2、可有效預防焊縫區熱裂紋及應力腐蝕的產生

    1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼厚壁鋼管焊接熱裂紋是產生應力腐蝕的根本誘因之一。N、Si、Mn等元素的加入,以及合金中原本含有的S、P等元素,均對1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼厚壁鋼管的焊接熱裂紋的形成起到了積極的作用。S、P等雜質元素及氮的低熔點共晶化合物的形成與析出,造成奧氏體枝晶間出現嚴重的偏析,并在晶粒間的大量聚集。而這些低熔共晶化合物通常會在凝固結晶的后期,在柱狀晶粒間形成液態薄膜,分割晶粒間的連續性,并會在因冷卻收縮引起的拉應力作用下使晶粒間產生顯微結晶裂紋,在焊縫最后凝固的部分,極易形成焊接熱裂紋;鋼管服役期間,若在外界應力和含Cl-的腐蝕介質共同作用下,一方面應力將在這些裂處發生集中而產生應力腐蝕裂紋,另一方面腐蝕裂紋會沿著晶界間快速延伸,造成應力腐蝕破壞。

    然而,超窄間隙因其線能量很低,焊接過程中,有效縮短了液相的停留時間、增大了液相的冷卻凝固速率,抑制了奧氏體枝晶間低熔點共晶化合物的形成傾向及偏析程度,改善了焊縫的顯微組織,從而可有效防止焊接熱裂紋的形成和應力腐蝕的產生。

    3、改善接頭顯微組織、提高力學性能

    采用超窄間隙焊接不銹鋼厚壁鋼管,因低線能量、高凝固速率,較好的阻止了焊縫晶粒粗化,不僅改善接頭顯微組織,還可有效降低焊接殘余應力和殘余變形,提高接頭的力學性能。

    另一方面,可避免在固態相變時先析出的鐵素體與基體中的鉻原子大量結合形成成分不均勻的鐵素體,造成不銹鋼厚壁鋼管低溫脆化。