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奥氏体不锈钢的焊接性

来源:至德钢业 日期:2020-05-09 19:06:50 人气:81

在实际工业焊接中,选用的铬镍奥氏体不锈钢状态为固溶态,主要目的是为了降低晶界畸变能,减缓焊接热影响区晶粒的长大速度,但奥氏体不锈钢在经历过一次焊接热循环后,焊接接头的焊接热影响区的晶粒依然粗化严重,尤其是焊接热影响区粗晶区的晶粒。这就会造成焊接接头的力学性能的降低,严重的限制了奥氏体不锈钢的使用范围。为此,国内外的专家对如何细化奥氏体母材和焊接热影响区晶粒,抑制奥氏体晶粒的长大以及提高奥氏体不锈钢焊接热影响区的力学性能方面进行了大量的研究,同时也取得了巨大的成果。

清华大学的杜敬磊等人研究了焊接过程中电弧超声对细化晶粒的影响,加入超声后,粗晶区的晶粒由没有加超声时的100μm下降到了只有约等于50μm。试验表明,电弧超声的能量可以有效的抑制焊接热影响区粗晶区奥氏体晶粒的长大。

华东冶金学院的尹桂全等人设计了四种含有不同钛氮比的低碳钢。研究了第二相粒子(TiN)对焊接热影响区性能的影响,试验表明,钛氮比在1.63.0的低碳钢的冲击韧性明显提升,主要是因为钢中生成了及其细小、弥散的TiN质点,在高温下极难溶解。焊接过程中,TiN质点可以钉扎奥氏体晶界并且可以拖拽奥氏体晶界的迁移。从而抑制了焊接热影响区奥氏体晶粒的长大。

宝钢股份公司的史弼等人研究了不同氮含量的Nb-Ti为合金钢对焊接热影响区粗景区韧性的影响,试验表明,Nb-Ti钢中加入氮元素后,由于钢中含有强氮化物形成元素,使得含氮量对于钛和铌的析出和固溶产生了影响。当氮含量的较低时,钢中奥氏体晶粒的粗化现象比较明显。当氮含量过高时,虽然抑制焊接热影响区晶粒长大的倾向大,但韧性并不高。因为铌和钛的含量是固定的,当铌和钛以碳氮化物的形式完全析出后,促使过量的氮以游离氮的形式出现,游离氮的对钢是有害的。因此只有适当的氮含量才能既使得抑制晶粒长大的倾向小,又会使得焊接热影响区的冲击韧性提高。

山东大学的亓效刚等人研究了不同焊接峰值温度下,Ti-V-Nb微合金钢中第二相粒子对焊接热影响区奥氏体晶粒的影响。试验结果表明,当钢中加入TiVNb后,合金钢中会析出大量相对比较弥散、细小的,并且具有高稳定性的TiVNb的强烈的碳氮化物。经过焊接热循环后,可以明显地阻碍焊接热影响区奥氏体晶粒的长大。焊接热循环峰值温度在1200℃以下时,HAZ区的仅有部分的细小的第二相粒子发生了溶解、长大的现象,且奥氏体晶粒长大的趋势比较小。当焊接热循环峰值温度在1200℃~1250℃之间时,碳氮化物发生大量溶解,焊接热影响区的第二相粒子显著减少并且尺寸增大,奥氏体晶粒的尺寸伴随着冷却速度和峰值温度增大而增大。

武汉科技大学的万响亮等人通过高温激光共聚焦原位观察的方法分析了TiN第二相粒子对高强钢焊接热影响区粗晶区晶粒细化的作用。研究发现合理的TiN含量能够形成尺寸在纳米级别的TiN粒子。焊接热循环过程,TiN粒子能够有效地钉扎热影响区奥氏体晶界,抑制晶粒粗化。同时,在冷却过程中,TiN粒子附着在Al 2 O 3表面,能够有效促进针状铁素体形核,获得晶粒尺寸比较大的针状铁素体。

中北大学的裴海祥对比研究了不同焊接方法、不同国家生产的改进前后的SUPER304H钢焊接接头组织、析出相的区别,分析指出微小的碳氮化物是影响焊接热影响区晶粒长大的关键因素。并且寻找到了对抑制焊接热影响区晶粒的有利和有害析出相。并要求在焊接过程中要快速通过某些不利析出相的形成温度,选择较为合适的焊接材料和工艺,尽可能地减小焊接热输入的能量。

机械科学研究院哈尔滨焊接研究所的陈俊强等人通过降低焊接热输入、增加焊接道次、采用脉冲MAG焊接工艺、增加坡口角度等工艺措施有效地控制了TCS不锈钢焊及热影响区铁素体晶粒长大。试验结果表明,较低的焊接热输入可以有效地抑制粗晶区晶粒长大,减缓粗晶区宽度增加的趋势,从而提高了冲击韧性。

美国橡树岭实验室,通过在奥氏体不锈钢中添加Al元素,来改善奥氏体310S钢的蠕变性能。当奥氏体不锈钢中含有5%Al含量时,合金具有良好的蠕变性能。他们还试验了AFA合金中用Mn代替Ni的研究,取得了突破性的进展。

美国学者Zaizen等研究了高铝17Cr-24Ni-5Al-Ti-Ce合金,通过调整Ni含量,添加少量的Ti以及稀土元素,这种钢的性能,如可制造性,加工型和焊接性能,得到提高。

总之,国内外对加铝不锈钢的研究报道较多。主要集中在纳米级沉淀析出相、金属间化合物的分布及含量对高温蠕变性能的影响。热处理对性能的影响。但是这些研究都是在实验室条件下进行少量的制备研究。国内外关于这方面的研究还很欠缺。

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