雙相不銹鋼在正常固溶處理(1020℃~1100℃加熱并水冷)后,鋼中含有大約50%~60%奧氏體和50%~40%鐵素體組織。隨著加熱溫度的,兩相比例變化并不明顯。
雙相不銹鋼具有良好的低溫沖擊韌性,如20mm厚的板材橫向試樣在-80℃時沖擊吸收功可達100J以上。在大多數介質中其耐均勻腐蝕性能和耐點腐蝕性能均,但要注意,該類鋼在低于950℃熱處理時,由于σ相的析出,其耐應力腐蝕性能將顯著變壞。由于該鋼Cr當量與Ni當量比值適當,在高溫加熱后仍保留有較大量的一次奧氏體組織,又可使二次奧氏體在冷卻中生成,結果鋼中奧氏體相總量不低于30%~40%因而使鋼具有良好的耐晶間腐蝕性能。
另外,如前所述,在焊接這種鋼時裂紋傾向很低,不須預熱和焊后熱處理。由于母材中含有較高的N,焊接近縫區不會形成單相鐵素體區,奧氏體含量一般不低于30%。適用的焊接有鎢極氬弧焊和焊條電弧焊等,一般為了防止近縫區晶粒粗化,施焊時,應盡量使用低的線能量焊接。
折疊影響因素
影響雙相不銹鋼焊接的因素主要體現在以下幾方面:
含N量影響
GómezdeSalazarJM等人研究了保護氣體中N2的不同含量對雙相不銹鋼性能的影響。結果表明,隨著混合氣體中N2分壓PN2的,焊縫中氮的分數ω(N)開始迅速,然后變化很小,焊縫中的鐵素體相含量φ(α)隨ω(N)呈線性下降,但φ(α)對抗拉強度和伸長率的影響與ω(N)的影響剛好相反。同樣的鐵素體相含量φ(α),母材的抗拉強度和伸長率均高于焊縫。這是由于顯微組織的不同所造成的。雙相不銹鋼焊縫金屬中含N量后可以接頭的沖擊韌性,這是由于了焊縫金屬中的γ相含量,以及了Cr2N的析出。
熱輸入影響
雙相不銹鋼按其化學成分分類,可分為Cr18型、Cr23(不含Mo)型、Cr22型和Cr25型四類。對于Cr25型雙相不銹鋼又可分為普通型和超級雙相不銹鋼,其中應用較多的是Cr22型和Cr25型。我國采用的雙相不銹鋼以瑞典產居多,具體牌號有:3RE60(Cr18型),SAF2304(Cr23型),SAF2205(Cr22型),SAF2507(Cr25型)。
雙相不銹鋼分類:
類屬低合金型,代表牌號UNSS32304(23Cr-4Ni-0.1N),鋼中不含鉬,PREN值為24-25,在耐應力腐蝕方面可代替AISI304或316使用。
第二類屬中合金型,代表牌號是UNSS31803(22Cr-5Ni-3Mo-0.15N),PREN值為32-33,其耐蝕性能介于AISI316L和6%Mo+N奧氏體不銹鋼之間。
第三類屬高合金型,一般含25%Cr,還含有鉬和氮,有的還含有銅和鎢,牌號UNSS32550(25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N),PREN值為38-39,這類鋼的耐蝕性能高于22%Cr的雙相不銹鋼。
第四類屬超級雙相不銹鋼型,含高鉬和氮,牌號UNSS32750(25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N),有的也含鎢和銅,PREN值大于40,可適用于苛刻的介質條件,具有良好的耐蝕與力學綜合性能,可與超級奧氏體不銹鋼相媲美。
不銹鋼鋼種很多,性能各異,它在發展中逐步形成了幾大類。
按組織結構分,分為馬氏不銹鋼(包括沉淀硬化不銹鋼)、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼和奧氏體加鐵素體雙相不銹鋼等四大類;
按鋼中的主要化學成分或鋼中的一些特征元素來分類,分為鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼、鉻鎳鉬不銹鋼以及低碳不銹鋼、高鉬不銹鋼、高純不銹鋼等;
按鋼的性能特點和用途分類,分為耐不銹鋼、耐硫酸不銹鋼、耐點蝕不銹鋼、耐應力腐蝕不銹鋼、不銹鋼等;
按鋼的功能特點分類,分為低溫不銹鋼、無磁不銹鋼、易切削不銹鋼、超塑性不銹鋼等。常用的分類是按鋼的組織結構特點和鋼的化學成分特點以及兩者相結合的分類。一般分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼等,或分為鉻不銹鋼和鎳不銹鋼兩大類。
雙相不銹鋼按型態分為:雙相不銹鋼卷、雙相不銹鋼板、雙相不銹鋼帶、雙相不銹鋼管、雙相不銹鋼棒、雙相不銹鋼絲、雙相不銹鋼彎頭、雙相不銹鋼法蘭、雙相不銹鋼三通、雙相不銹鋼大小頭、雙相不銹鋼管件、雙相不銹鋼焊絲焊條等。常見的雙相不銹鋼主要是2205雙相不銹鋼和2507雙相不銹鋼。
σ相脆化
國外文獻介紹了再熱引起的雙相不銹鋼及其焊縫金屬的σ相脆化問題。母材和焊縫金屬的再熱中,先由α相形成的二次奧氏體γ*,然后析出σ相。結果表明,脆性開裂都發生于σ相以及基體與σ相的界面處,對母材斷口觀察表明,在σ相周圍區域內都為韌窩,由于α相區寬,大量生成的σ相才會使韌性,然而在焊縫中α相區是的,斷口仍為脆性斷裂,只要少量的σ相生成就足以引起焊縫金屬韌性的,因此,焊縫金屬中的σ相脆化傾向比母材要大得多。
氫致裂紋
雙相不銹鋼焊接接頭的氫脆通常發生于α相,且氫脆的性隨焊接時峰值溫度的升高而。其微觀組織的變化為:峰值溫度,γ相含量,α相含量,同時由α相邊界和內部析出的Cr2N量,故極易發生氫脆。
應力腐蝕開裂
母材和焊縫金屬中的裂紋都起始于α/γ界面的α相一側,并在α相內擴展。奧氏體(γ)由于其固有的低氫脆性,因此,可起到阻擋裂紋擴展的作用。由于DSS中含有一定量的奧氏體,所以其應力腐蝕開裂傾向性較小。
點蝕問題
耐點蝕是雙相不銹鋼的一個重要特性,與其化學成分和微觀組織有著密切關系。點蝕一般產生于α/γ界面,因此被認為是產生于γ相和α相之間的γ*相。這意味著γ*相中的含Cr量低于γ相。γ*相與γ相的成分不同,是由于γ*相中的Cr和Mo含量低于初始γ相中的Cr、Mo含量。進一步研究表明,含N量較低的鋼,其點蝕電位對冷卻速度較為。因此,在焊接含N量較低的雙相不銹鋼時,對冷卻速度的控制要求更加嚴格。在雙相不銹鋼焊接中,合理控制焊接線能量是高雙相不銹鋼接頭的關鍵。線能量過小,焊縫金屬及熱影響區的冷卻速度過快,奧氏體來不及析出,從而使組織中的鐵素體相含量增多;如線能量過大,盡管組織中能形成足量的奧氏體,但也會引起熱影響區內的鐵素體晶粒長大以及σ相等有害相的析出。一般情況下,焊條電弧焊(ShiededMetalArcWelding,AW)、鎢極氬弧焊(GasTungstenArcWelding,GTAW)、藥芯焊絲電弧焊(Flux-CoredWireArcWelding,FCAW)和等離子弧焊(PlasmaArcWelding,PAW)等焊接均可用于雙相不銹鋼的焊接,且在焊前一般不需要采取預熱措施,焊后也不需進行熱處理。
折疊工藝
1)合金元素和冷卻速度
實驗和理論計算表明:臨界區加熱后雙相組織所需的臨界冷卻速率與鋼中錳含量具有一定關系。其根鋼中存在的合金元素,就可估算雙相組織所需要的臨界冷卻速率,為熱處理雙相鋼生產時,選擇適當的冷卻提供依據。
當鋼的化學成分一定時,應在保證雙相組織的前提下,盡可能采用較低的冷卻速度,使鐵素體中的碳有充分的時間擴散到奧氏體中,從而雙相鋼的屈服強度,雙相鋼的延性。如果鋼中合金元素含量較4,臨界冷卻速度過高,冷卻后鐵素體中含有較高的固溶碳,不利于優良性能的雙相鋼,這時應改變鋼的化學成分,鋼中的合金元素含量,從而臨界冷卻速度,或者在雙相鋼的生產工藝中,加入補充回火工序,鐵素體中的固溶碳,雙相鋼的性能。如果鋼中含有強的碳化物形成元素,當估算臨界冷卻速率時,應考慮到這些元素對臨界區加熱時所形的奧氏體淬透性和有利影響,V和Ti的碳化物粒子可以通過相界面的釘扎作用奧氏體的淬透性,臨界冷卻速度.
2)兩階段冷卻工藝
當鋼中合金元素含量較低時,冷卻速度較慢會鐵素體加珠光體組織;冷卻速度較快時,則鐵素體中保留固溶碳較高,不利于屈服強度和延性。采用兩階段冷卻可以雙相鋼的性能,即從臨界區加熱溫度緩冷到某一溫度,然后快冷。緩冷可以使鐵素體中的碳向未轉變的奧氏體富聚。而快冷則可以避免未轉變的奧氏體等溫分解,保證所需的雙相組織和性能。例如0.08%C-1.4%Mn鋼,從800℃;加熱到水冷的力學性能為:σ0.2=365PMa,σb=700MPa,σ0.2/σb=0.52,eu=18%,et=21%。如采用兩階段冷卻工藝,即在800℃;加熱后,空冷到600℃;,然后水冷,其性能為:σ0.2=280MPa,σb=600MPa,σ0.2/σb=0.47,eu=21%,et=29%。兩階段冷卻使雙相鋼的屈服強度,延性。
3)雙相鋼板熱軋后盤卷溫度的影響
對于一個給定成分的鋼,臨界區加熱時奧氏體的淬透性可以通過鋼板熱軋后高溫卷來修正。高溫盤卷可使碳、錳等合金元素在第二組(珠光體或貝氏體)中明顯富集。有利隨后臨界區處理時雙相鋼的綜合性能。以0.049%C-1.99%Mn-0.028%Al-0.0019%N鋼的試驗結果為例,采用兩種工藝:一種為普通扎制工藝,終軋溫度900℃;→油冷到600℃;盤卷→吹風冷到室溫→冷軋70%→連續退火。兩種盤卷工藝的碳和錳分布的分析結果可見高溫盤卷可使碳和錳在第二相中明顯富集,而普通的軋制工藝錳基本無富集趨勢。
用高溫盤卷以修正合金含量較低的鋼在隨后臨界區處理時的淬透性,并熱處理雙相鋼的屈服強度,其延性的技術,已在有關工廠用于熱處理雙相鋼的生產,所的熱處理雙相鋼板綜合性能良好,板材各部位的性能均勻,縱向、橫向性能一致。例如對0.09%C-0.44Si-1.54%Mn-0.023%Al鋼。
折疊要求
1.需要對相比例進行控制,的比例是鐵素體相和奧氏體相約各占一半,其中某一相的數量多不能超過65%,這樣才能保證的綜合性能。如果兩相比例失調,例如鐵素體相數量過多,很容易在焊接HAZ形成單相鐵素體,在某些介質中對應力腐蝕破裂。
2.需要雙相不銹鋼的組織轉變規律,熟悉每一個鋼種的TTT和CCT轉變曲線,這是正確指導制定雙相不銹鋼熱處理,熱成型等工藝的關鍵,雙相不銹鋼脆性相的析出要比奧氏體不銹鋼的多。
3.雙相不銹鋼的連續使用溫度范圍為-50~250℃,下限取決于鋼的脆性轉變溫度,上限受到475℃脆性的,上限溫度不能超過300℃。
4.雙相不銹鋼固溶處理后需要快冷,冷卻會引起脆性相的析出,從而鋼的韌性,特別是耐局部腐蝕性能的下降。
5.高鉻鉬雙相不銹鋼的熱加工與熱成型的下限溫度不能低于950℃,超級雙相不銹鋼不能低于980℃低鉻鉬雙相不銹鋼不能低于900℃,避免因脆性相的析出在加工造成表面裂紋
6.不能使用奧氏體不銹鋼常用的650-800℃的應力處理,一般采用固溶退火處理。對于在低合金鋼的表面堆焊雙相不銹鋼后,需要進行600-650℃整體消應處理時,必須考慮到因脆性相的析出所帶來的韌性和耐腐蝕性,尤其是耐局部腐蝕性能的下降問題,盡可能縮短在這一溫度范圍內的加熱時間。低合金鋼和雙相不銹鋼復合板的熱處理問題也要同此考慮。
7.需要熟悉了解雙相不銹鋼的焊接規律,不能全部套用奧氏體不銹鋼的焊接,雙相不銹鋼的設備能否安全使用與正確鋼的焊接工藝有很大關系,一些設備的失效往往與焊接有關。關鍵在于線能量和層間溫度的控制,正確選擇焊接材料也很重要。焊接接頭(焊縫金屬和焊接HAZ)的兩相比例,尤其是焊接HAZ維持必要的奧氏體數量,這對保證焊接接頭具有與母材同等的性能很重要。
8.在不同的腐蝕中選用雙相不銹鋼時,要注意鋼的耐腐蝕性總是相對的,盡管雙相不銹鋼有的耐局部腐蝕性能,就某一個雙相不銹鋼而言,他也是有一個適用的介質條件范圍,包括溫度、壓力、介質濃度、pH值等,需要慎重加以選擇。從文獻和手冊中獲取的數據很多是實驗室的腐蝕試驗結果,往往與工程的實際條件有差距,因此在選材時需要注意,必要時需要進行在實際介質中的腐蝕試驗或是現場條件下的掛片試驗,甚至模擬裝置的試驗
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