2010/10/10 9:48:05
来源:
51网络采购 点击:640次
内容摘要:铬铁素体不锈钢的焊接性
铬铁素体不锈钢的焊接性较差,其主要是焊接接头的脆化、焊接裂纹及耐腐蚀性下降。
(1)焊接接头的脆化铬铁素体不锈钢焊接接头的脆化有粗晶脆化、间隙元素引起的脆化、马氏体脆化、σ相脆化及475℃脆化等。
1)粗晶脆化。由于没有相变,因此,铬铁素体不锈钢焊接时,焊接热影响区的晶粒急剧长大,使接头的韧性和塑性急剧下降。这种晶粒长大,也不能采用焊后热处理的方法将其细化。Cr含量越高,晶粒长大越严重。添加一定量的Al、Ti及Nb等元素,可以使之有一定细化作用。这是因为铝可以形成氧化物质点而阻止晶粒长大。Ti、Nb是强C、N化物形成元素,钢中加人Ni、Nb元素后,由于它们易于形成C、N化物,而抑制铬的碳化,从而改善耐腐蚀性能。在不锈钢中,Ti和N的亲合力大于Nb,而Nb对C的亲合力大于Ti,因此,同时加入Ti及Nb,可以防止形成太多的NbN,又可以利用Nb的固C作用和强化作用。它们还可与Ni形成而金属间化合物,在钢中弥散析出,起到第二相强化作用。C、N的化合物还可以抑制晶粒长大,从而提高韧性。
2)间隙元素引起的脆化。间隙元素C、N是对铬铁素体不锈钢非常有害的元素,C、N元素含量的增加,使焊接热影响区的韧性大大降低。普通铬铁素体不锈钢焊接热影响区的韧性很低,例如,lCrl7钢焊接热影响区的夏比冲击转变温度可达150~200℃。在C、N元素含量不变,Cr含量增加的情况下,焊接热影响区的韧性进一步降低。钢中O含量增加,焊接热影响区的韧性更加降低。
3)马氏体脆化。对普通铬铁素体不锈钢来说,要想获得纯铁素体组织是比较困难的。因为C、N都是很强的奥氏体形成元素,在Cr含量较低的普通铬铁素体不锈钢中容易得到高温奥氏体,从图4-1b及图4-3就可以看到这一点。这种高温奥氏体在焊接热循环的快速冷却下,将转变为马氏体,使焊接热影响区的韧性进一步降低。降低C、N元素含量,提高Cr含量,可以防止高温奥氏体形成,避免转变为马氏体,可以改善焊接热影响区的韧性。
这种马氏体不仅使材料脆化,还有较大的氢脆敏感性,还能产生氢致延迟裂纹。
4)σ相析出脆化。铁素体不锈钢或含有铁素体的不锈钢(如含有铁素体的奥氏体不锈钢及奥氏体-铁素体双相不锈钢),在500~925℃温度范围内加热或停留时,就会产生严重的脆化,这就是σ相析出脆化。σ相是一种具有四角形晶体结构并能溶解其他元素的Fe-Cr金属间化合物,不仅本身就是脆性相,而且还使基体变脆。不锈钢中σ相的主要成分是Fe和Cr,但也有Ni和Mo的参与,其成分应是(FeNi)
x(CrMo)
y,σ相是一种无磁且高硬度的脆性相。它的析出将引起不锈钢的韧性下降。由于σ相富Cr,还会富含Mo、Si等,因此,在其周围常出现贫Cr(Mo、Si),或由于σ相本身的选择性溶解而降低钢的耐腐蚀性。
实践表明,在常温下不锈钢不会析出σ相,但在一定温度下,不锈钢中的铁素体会促进σ相的析出。一般认为,σ相直接产生于铁素体,即α→σ转变。因此,铁素体形成元素也会促进σ相的析出。在含有铁素体的不锈钢(铁素体不锈钢、含有铁素体的奥氏体不锈钢及奥氏体一铁素体双相不锈钢)中就比较容易产生σ相及σ相析出脆化。但是,也必须指出,纯奥氏体不锈钢也有可能析出σ相,甚至于镍基合金中也有可能析出σ相,只是σ相的析出温度更高一些,也更难一些。
但是,σ相析出是一个可逆过程。一般说来,不锈钢中的σ相经过固溶处理,或加热到σ相形成温度以上,并保温一段时间以后,σ相就会重新溶解到基体组织中,而后快速冷却,就可以有效地防止σ相析出及由此引起的脆化。不过,由于σ相析出有一个过程,在焊接热循环的快速冷却下,它一般含量有限,因此,焊接接头的σ相析出引起的脆化并不是很明显。
5)475℃脆化。顾名思义,它是铁素体不锈钢焊接中在600~400℃缓慢冷却时可能产生的一种脆性。Cr含量大于wCr15%的铁素体不锈钢、铁素体含量较高(大于15%)的奥氏体不锈钢及奥氏体-铁素体双相不锈钢在400~500℃较长时间保温,都会发生强烈脆化,并使钢的强度和硬度明显提高。这种现象在475℃附近最易出现,所以,叫做“475℃脆化”。产生475℃脆化的原因是α′相的析出。α′相是一种富Cr相,Cr含量约为wCr61%~82%,Fe含量约为wFe37%~17.5%,颗粒尺寸为10~20nm,具有体心立方结构的无磁性物质,晶格常数0.2877nm,介于Fe和Cr的晶格常数之间。图4-7所示为Fe-Cr二元合金相图中α′相存在的部分,从图中可以看出,α′相的产生是由于在520℃以下发生σ→α+α′反应的结果。由于α′相的析出比较缓慢,因此,从α′相在α相的溶解度线以上加热所得到的α相,即使在空冷条件下,也不会有α′相的析出。只有在520℃以下长时间保温,α′相才会析出,从而导致钢的脆化。475℃脆化也是可逆的,产生475℃脆化之后,再次加热到550℃以上时,由于α′相的溶解,韧性就恢复。由于α′相的析出是在铁素体(α相)的基础上发生的,所以,铁素体或铁素体形成元素含量的增加,就会增加475℃脆化的敏感性。
铬铁素体不锈钢焊接的这些脆性是难以解决的,特别是在焊接热影响区。虽然焊缝金属可以通过改变填充材料(比如采用奥氏体)来缓解这些脆性,但由于焊接热影响区的脆性难以缓解,因此,对焊接接头改善不大。
(责任编辑:admin)欢迎转载,转载请说明来处
51网络采购(http://www.51wlcg.com)