超窄间隙焊接1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢厚壁钢管的优势

由于超窄间隙焊接方法具备常规焊接方法难以企及的特点,运用到1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的焊接,可更好地改善接头组织、提升综合性能。

1、可有效抑制接头晶间腐蚀倾向

根据奥氏体不锈钢厚壁钢管焊接接头不同区域发生的晶间腐蚀,又可将其细分为如下三种:

a)碳铬化合析出,造成晶间贫铬引起的晶间腐蚀

此类腐蚀主要发生在HAZ敏化区。焊接过程中,热源输入的热量将焊缝两侧一定厚度的母材加热至600~850℃,使晶粒边界处的CCr大量化合,形成含铬化合物,并沿晶界析出,而晶粒内部其他区域中的Cr因扩散速度慢、扩散动力不足无法及时补充晶界处的铬损耗量,在相邻晶粒间形成贫铬层,导致晶界发生敏化。当温度高于850℃时,碳化物会发生溶解,重新固溶到奥氏体晶粒中。若HAZ区长时间经历400~850℃的敏化加热,碳化物的析出量会随加热时间的延长而增多,晶界贫铬程度也随之加剧。钢管服役期间,在腐蚀介质中贫铬区极易被侵蚀,并沿晶界向材料内部延伸。

b)б相沉淀析出形成贫铬层造成的晶间腐蚀

б相是铬含量高于16%时形成的一类对材料性能极具影响的Fe-Cr化合物,通常在820℃析出。其形成受Cr富集程度以及CN含量影响。若不锈钢合金液时,б相优先在铁素体中析出,可有效防止形成热裂纹。相反,若б相优先在奥氏体中析出,则会造成周围区域严重贫铬。然而,若奥氏体中存在自由CN原子时,б相的形成会受阻,既就是说,CN的存在增大了б相在奥氏体中的析出难度。

c)TiC固溶到奥氏体晶格中并形成贫铬层而引起的晶间腐蚀

1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢厚壁钢管,因加入了稳定化元素Ti等,且Ti主要是以TiC的沉淀游离态存在。焊接过程中,

TiC在高温下将发生溶解,Ti会以间隙原子的形式进入到奥氏体晶粒的晶格间隙中,C会进入到奥氏体点阵的空隙中,且其固溶量随最高温度的升高而增大。冷却凝固过程中,C的扩散能力较强,向奥氏体晶粒的边界运动,而Ti则因扩散能力不足,保留在原来位置附近,造成C在晶界大量富集而达到过饱合。若经历450~850℃的敏化加热,CCr化合使晶界贫铬。在腐蚀介质中,导致晶间腐蚀,特别在熔合线附近易出现深而细如刀削切口的晶间腐蚀(即刀状腐蚀)。

超窄间隙焊接采用低线能量,不仅可加快熔池的凝固速度、缩短C向奥氏体晶界的扩散时间、抑制C的扩散程度、减少C在晶界的富集量、降低晶界贫铬程度,还能阻阻奥氏体中析出б相,减轻焊缝区晶间腐蚀的倾向、防止熔合线附近发生刀状腐蚀;同时还能缩短HAZ区敏化加热的时间,提升接头耐晶间腐蚀的能力。

2、可有效预防焊缝区热裂纹及应力腐蚀的产生

1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢厚壁钢管焊接热裂纹是产生应力腐蚀的根本诱因之一。NSiMn等元素的加入,以及合金中原本含有的SP等元素,均对1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢厚壁钢管的焊接热裂纹的形成起到了积极的作用。SP等杂质元素及氮的低熔点共晶化合物的形成与析出,造成奥氏体枝晶间出现严重的偏析,并在晶粒间的大量聚集。而这些低熔共晶化合物通常会在凝固结晶的后期,在柱状晶粒间形成液态薄膜,分割晶粒间的连续性,并会在因冷却收缩引起的拉应力作用下使晶粒间产生显微结晶裂纹,在焊缝最后凝固的部分,极易形成焊接热裂纹;钢管服役期间,若在外界应力和含Cl-的腐蚀介质共同作用下,一方面应力将在这些裂处发生集中而产生应力腐蚀裂纹,另一方面腐蚀裂纹会沿着晶界间快速延伸,造成应力腐蚀破坏。

然而,超窄间隙因其线能量很低,焊接过程中,有效缩短了液相的停留时间、增大了液相的冷却凝固速率,抑制了奥氏体枝晶间低熔点共晶化合物的形成倾向及偏析程度,改善了焊缝的显微组织,从而可有效防止焊接热裂纹的形成和应力腐蚀的产生。

3、改善接头显微组织、提高力学性能

采用超窄间隙焊接不锈钢厚壁钢管,因低线能量、高凝固速率,较好的阻止了焊缝晶粒粗化,不仅改善接头显微组织,还可有效降低焊接残余应力和残余变形,提高接头的力学性能。

另一方面,可避免在固态相变时先析出的铁素体与基体中的铬原子大量结合形成成分不均匀的铁素体,造成不锈钢厚壁钢管低温脆化。

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|不锈钢换热管

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