焊接是不銹鋼水管中必不可少的一道工序,而不銹鋼水管焊接的主要問題之一是熱裂紋,為了減小熱裂紋傾向,焊縫的顯微結構設計一般含有少量鐵素體,鐵素體含量的控制主要通過合金成分來實現。奧氏體不銹鋼焊縫中含有3%以上的鐵素體,可以有效避免凝固裂紋的產生,但過多的鐵素體會對使用性能產生不利影響。接下來,細看不銹鋼水管焊縫中的鐵素體會帶來什么影響?
一、鐵素體對不銹鋼管腐蝕性能的影響
焊縫金屬的敏化傾向低于母材的敏化傾向,焊縫中有鐵素體,其Cr含量高于奧氏體,并且Cr在鐵素體中的擴散速度遠快于奧氏體,而M23C6碳化物傾向于在坑坑洼洼的鐵素體-奧氏體界面處析出,而不是在相對平直的奧氏體-奧氏體界面處析出,鉻在鐵素體中的快速擴散可以克服晶界鉻缺乏的問題。這些因素極大地限制了含有鐵素體的奧氏體不銹鋼焊縫的敏化,以防止不銹鋼水管晶間腐蝕。
含有少量鐵素體的奧氏體不銹鋼焊縫金屬在大多數腐蝕環境中的耐蝕性和不含鐵素體,相對應于母材。但有機酸中的,這些介質會選擇性地腐蝕鐵素體。當焊縫金屬中的鐵素體數量大于5FN時,腐蝕將沿著鐵素體網絡進行,導致焊縫嚴重損壞。
二、在高溫下使用的不銹鋼
奧氏體不銹鋼焊縫金屬中形成的鐵素體起第二相強化作用。與母材和熱影響區相比,屈服強度明顯提高,而延展性相當。增加焊縫金屬中的鐵素體含量可顯著提高室溫強度,但使高溫強度的漲幅較小。鐵素體是不銹鋼水管在高溫環境中的有害相。
(1)鐵素體的蠕變破損
焊縫金屬中的連續鐵素體網絡(FN=10),由于裂紋早于鐵素體-奧氏體界面開始,這促進了快速蠕變破損,這時鐵素體含量應低于5FN,以防止形成連續鐵素體網絡
(2)鐵素體475℃脆化
Cr含量為15%~70%的Fe-Cr合金,在加熱到425℃~550℃時會產生富Cr鐵素體和富鐵鐵素體嚴重脆化。奧氏體不銹鋼焊縫金屬的鐵素體相,實質是鐵素體(Cr20~30%,Ni4%~5%)嵌入奧氏體基體中。因此,如果在425℃~550℃的溫度范圍內長時間(約5000h)停留,鐵素體相將發生脆化,硬度增加,塑性和韌性損壞。在550℃以上短時間加熱可以消除這種脆化現象,但長時間加熱會導致σ相脆化。
三、低溫性能
在低溫下,奧氏體不銹鋼表現出良好的強度,延性和韌度;而鐵素體則會發生脆性轉變。因此,使用在低溫下的不銹鋼水管,其焊縫中的鐵素體含量要求更低。
奧氏體不銹鋼焊縫中的少量鐵素體會降低低溫韌性,當焊縫中的鐵素體含量達到FN=10時,低溫韌性將降低50%。
不銹鋼水管的低溫韌性不僅與鐵素體含量有關,還與焊縫的清潔度有關。試驗得出,堿性低氫焊條熔敷金屬的氧含量低于鈦鈣焊條,焊縫韌性也較好;惰性氣體保護焊熔敷金屬的含氧量低于熔渣保護焊,焊縫韌性也較好;超低碳焊接材料的熔敷金屬具有較少的晶間析出和較好的焊接韌性。
根據工藝評定試驗的統計結果,A132、A102、A137、A107等普通奧氏體不銹鋼焊條在-100℃下的沖擊功一般在30J左右,但當溫度繼續下降到-196℃時,沖擊功變化不大,這主要是因為鐵素體在-100℃以上發生了脆性轉變。而鐵素體在-100℃以下仍為脆性相,奧氏體仍不發生脆性轉變,所以沖擊能變化不大。(奧氏體不銹鋼的脆性轉變溫度曲線)。
以上內容就是不銹鋼水管焊縫中的鐵素體會有什么影響。從上面的內容我們得知,焊后需要進行熱處理或在高溫服役時,焊縫金屬鐵素體數,在焊后熱處理前測量不能超過10FN。當不銹鋼水管用于低于-100℃的低溫環境時,按照相關規定進行焊縫低溫沖擊試驗;用于低于-196℃的低溫環境時,焊縫鐵素體含量低于5FN。當 不銹鋼水管用于無磁或特殊腐蝕環境時,則需要按照設計要求進行控制。