雙相不銹鋼的焊縫金屬為鑄態組織,一次凝固相為單相鐵素體。高溫下鐵素體相中元素的高擴散速率使其快速均勻化,易于消除凝固偏析。焊縫金屬從熔點冷卻至室溫,其高溫區的轉變與HAZ一樣,部分α相轉變為γ相,兩相的平衡數量和α/γ的大小對焊縫的抗裂紋能力、焊縫的力學性能和耐蝕性都有重要影響。表9.45列出了幾種雙相(xiang)不銹(xiu)鋼自熔焊時焊縫金屬的P、B值和奧氏體含量,可以看出,B值越大,奧氏體含量越小。
在(zai)焊接(jie)線(xian)(xian)能量低時(shi),焊縫金屬(shu)除(chu)間隙(xi)原子氮集中在(zai)γ相(xiang)(xiang)中外,其他幾種元(yuan)素在(zai)α相(xiang)(xiang)和y相(xiang)(xiang)中的含量比值均接(jie)近于1。但(dan)在(zai)焊接(jie)線(xian)(xian)能量高時(shi),由于鉻、鉬、鎳等元(yuan)素有足夠的時(shi)間進行擴散,兩相(xiang)(xiang)中的合金元(yuan)素含量有著明(ming)顯的差別。這表(biao)明(ming)隨焊接(jie)線(xian)(xian)能量的不同,兩相(xiang)(xiang)的成分(fen)和耐(nai)蝕性(xing)也相(xiang)(xiang)對(dui)變(bian)化(hua),一(yi)般含氮的γ相(xiang)(xiang)的耐(nai)腐蝕性(xing)略高。
焊接線能(neng)(neng)量(liang)(liang)還影響焊縫(feng)金屬中兩相(xiang)的(de)比例(li)。焊接采(cai)用(yong)高線能(neng)(neng)量(liang)(liang)時(shi),凝固組織(zhi)中α相(xiang)容易(yi)長大,但其低的(de)冷(leng)卻(que)速率卻(que)可以促使(shi)較多γ相(xiang)的(de)生(sheng)成。采(cai)用(yong)低線能(neng)(neng)量(liang)(liang)焊接,其高的(de)冷(leng)卻(que)速率使(shi)γ相(xiang)的(de)生(sheng)成量(liang)(liang)減少。
雙相不銹(xiu)鋼焊接時,可能發生三種類型的析出:鉻的氮化物Cr2N、CrN的析出;二次奧氏體γ2相的析出;金屬間化合物。相的析出。
當焊(han)縫(feng)金(jin)屬(shu)中α相(xiang)含量過高或(huo)為純鐵(tie)(tie)素(su)體時,很容易有氮(dan)(dan)化(hua)物的析(xi)(xi)出(chu),尤其在靠近焊(han)縫(feng)表面的部位,由(you)于氮(dan)(dan)的損失(shi),α相(xiang)含量增加(jia),氮(dan)(dan)化(hua)物更容易析(xi)(xi)出(chu),有損焊(han)縫(feng)金(jin)屬(shu)的耐蝕性。焊(han)縫(feng)金(jin)屬(shu)若是(shi)健全的兩相(xiang)組織,氮(dan)(dan)化(hua)物的析(xi)(xi)出(chu)量很少(shao)。因(yin)此,在填充金(jin)屬(shu)中提高鎳、氮(dan)(dan)元素(su)的含量是(shi)增加(jia)焊(han)縫(feng)金(jin)屬(shu)y相(xiang)含量的有效(xiao)方法。另外,在對厚壁件(jian)進(jin)行焊(han)接時,應(ying)避免(mian)采(cai)用過低的線(xian)能量,以防純鐵(tie)(tie)素(su)體晶(jing)粒(li)區的生(sheng)成而引起氮(dan)(dan)化(hua)物的析(xi)(xi)出(chu)。
在氮含量高的超級雙相不銹鋼多層焊接時會出現γ2相的析出,特別在先采用低的線能量,后續焊道又采用高的線能量時,部分α相會轉變成細小分散的γ2相。這種γ2相形成的溫度較低,約在800℃,其成分與一次奧氏體不同,其中的鉻、鉬、氮含量都低于一次奧氏體,尤其氮含量低很多。這種γ2相和氮化物一樣會降低焊縫的耐腐蝕性。為抑制γ2相的析出,可通過增加填充金屬的γ相含量控制焊縫金屬的α相含量,同時需注意線能量的控制,使其在第一焊道后即可得到最大的γ相轉變量和相對平衡的元素分配。
焊接時采用較高的線能量和較低的冷卻速率有利于γ相的轉變,減少焊縫的α相含量,一般不常發現有。相的析出。但是線能量過高和冷卻速率過慢則有可能帶來金屬間化合物的析出。一般線能量范圍控制在0.5~2.0kJ/mm,γ相含量范圍控制在60%~70%。
目(mu)前,雙相(xiang)不銹鋼(gang)焊接時采用(yong)的(de)填(tian)充材料一般(ban)都是在提高鎳(2%~4%)的(de)基(ji)礎上,再加入與(yu)母材含(han)量相(xiang)當(dang)的(de)氮(dan),控制(zhi)焊縫金(jin)屬的(de)y相(xiang)含(han)量為60%~70%。為防止焊縫表(biao)面區域因擴散而損失氮(dan),常在氬氣保護(hu)氣體中加入2%N。