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      2205不銹鋼

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      焊接方法對2205雙相不銹鋼管焊接接頭耐蝕性的影響

      來源:至德鋼業 日期:2020-11-11 23:21:20 人氣:625

       浙江至德鋼業有限公司采用氣體保護鎢極氬弧焊(GTAW)、焊條電弧焊(SMAW)和埋弧焊(SAW)對2205雙相不銹鋼管進行焊接,采用光學顯微鏡對接頭組織進行觀察,采用數點法計算鐵素體相的含量,測定接頭的耐點蝕和耐二氧化碳應力腐蝕性能,研究焊接方法對接頭耐蝕性的影響。結果表明,焊接方法影響焊縫組織形態及鐵素體含量。GTAW焊縫由不規則的條狀組織和兩相交織分布的塊狀組織組成,而SMAW和SAW焊縫為方位不一的條狀組織和少量的塊狀組織。GTAW和SMAW焊縫的鐵素體含量為25%~55%,而SAW的不足20%。接頭的耐蝕性與鐵素體相比例密切相關,GTAW、SMAW和SAW的耐蝕性依次降低。從鐵素體相比例和耐蝕性角度考慮,GTAW和SMAW能夠獲得滿意的焊接接頭。


       2205雙相不銹鋼管具有較高的屈服強度、良好的塑性和低溫韌性,以及優良的耐應力腐蝕、晶間腐蝕、點腐蝕和縫隙腐蝕性能,廣泛應用于化工、石油能源及海洋工程等領域,是目前應用最普遍的雙相不銹鋼管。與奧氏體不銹鋼管相比,雙相不銹鋼管導熱系數大、線膨脹系數小、熱裂傾向小,但仍然被公認為較難焊接的材料,存在的主要問題是焊接熱循環引起的焊縫耐蝕性以及塑韌性降低。由于雙相不銹鋼管的性能優良,幾乎所有的焊接方法均可用于雙相不銹鋼管,常用的方法有氣體保護鎢極氬弧焊(GTAW)、氣體保護金屬極弧焊(MIG)、藥芯焊絲電弧焊(FCW)、焊條電焊(SMAW)、埋弧焊(SAW)等。至德鋼業針對雙相不銹鋼管接頭的耐蝕性降低的問題,研究了GTAW、SMAW以及SAW三種焊接方法對2205雙相不銹鋼管接頭的耐腐蝕性能的影響,為其焊接方法的選擇提供理論依據。


      一、實驗材料與方法


       1. 焊接材料及工藝


        試樣母材為2205雙相不銹鋼管,其化學成分如表所示。分別采用GTAW、SMAW和SAW三種焊接方法對其進行焊接,焊接工藝參數如表所示。焊接完成后,經過無損檢測合格,再對焊接接頭的耐蝕性進行評定。


       2. 鐵素體相比例實驗


        鐵素體相比例實驗按照ASTM E 562 進行。首先,對試樣進行粗磨、細磨、拋光,采用著色腐蝕劑進行腐蝕,腐蝕后鐵素體呈灰色,奧氏體呈白色。將腐蝕后的試樣在萊卡共聚焦顯微鏡下觀察微觀組織,放大倍數為500倍,觀察位置覆蓋了整個焊接接頭的厚度方向。然后,對焊縫區、母材及熱影響區的鐵素體含量通過人工數點的方法確定鐵素體相比例。實驗測試每個視野網格包含100個等間距的點,每個區域為10個測量視野,合計1000個點。


       3. 點蝕實驗


       點蝕實驗按照 ASTM G48 MethodA 進行。首先,將試樣的各個面用1000號砂紙磨光。然后,將試樣放在恒溫浴槽中的腐蝕液中,腐蝕介質為蒸餾水,實驗溫度22℃,實驗時間為72小時,用腐蝕速率評定接頭的耐點蝕性能。


       4. 二氧化碳應力腐蝕實驗


        二氧化碳應力腐蝕實驗按照 ASTM G39 進行。實驗溫度為50℃,二氧化碳分壓為 10KPa,使用四點彎曲方法進行試驗,實驗溶液為10%氯化鈉和0.5%乙酸,PH值控制在4.5,施加應力為90%的名義屈服強度。用腐蝕速率評定接頭的耐二氧化碳應力腐蝕性能。


      二、結果及分析


       1. 顯微組織


       母材及不同焊接方法所得接頭的焊縫及熱影響區的組織形貌如圖所示。由圖可知,母材2205的顯微組織由約50%的鐵素體(灰色)和約50%的奧氏體(白色)雙相組成,且鐵素體和奧氏體組織沿軋制方向呈帶狀分布。由圖可知,從焊縫鐵素體中析出的奧氏體分布于鐵素體的晶界或晶內,但是焊接方法影響焊縫中鐵素體的形貌特征。GTAW焊縫由于焊接熱輸入小,組織細小,具有不規則的條狀組織特征和兩相交織分布的塊狀特征,在塊狀組織中,γ相被α相包圍在一起,且塊狀γ相中還有點狀的α相。SMAW和SAW焊縫為方位不一的條狀組織形態和少量的塊狀組織,由于熱輸入大,導致晶粒粗大。另外,焊縫中鐵素體的含量與焊接熱輸入密切相關,焊接熱輸入較大鐵素體含量較低,這是因為焊接熱輸入大,高溫停留時間長,奧氏體有充分的時間從鐵素體中析出。由圖可知,熱影響區組織形態與母材類似,由條狀或塊狀的奧氏體和鐵素體相間排列。


       2. 鐵素體相比例實驗


       要保證雙相不銹鋼管焊接接頭具有同母材相近的優良耐腐蝕性能,焊接接頭中鐵素體和奧氏體要保持一定的比例,相關標準規定鐵素體含量在35%~55%,能保證焊接接頭具有良好的耐蝕性能。因此,測定焊接接頭的相比例是非常必要的。2205雙相不銹鋼管GTAW、SMAW和SAW接頭母材、焊縫、熱影響區的鐵素體含量如圖所示。由圖可知,三種焊接方法接頭母材和熱影響區的鐵素體含量較高,焊縫區鐵素體含量較少。GTAW和SMAW焊接方法所得到的焊縫和熱影響區中的鐵素體含量均能滿足35%~55%的比例,因此可以認定GTAW和SMAW雙向不銹鋼管件焊接接頭組織中相比例是可以滿足要求的。但是,SAW接頭熱影響區的鐵素體含量滿足要求,而焊縫區鐵素體含量不足20%,因而認定SAW不合格。SAW接頭焊縫區的鐵素體含量低與焊接熱輸入密切相關,當焊接熱輸入高時,冷卻時間得到延長,提升了轉變,穩定了相平衡,奧氏體轉變較完全,導致鐵素體含量較低,這與圖所示的組織特征所得結論一致。


       3. 點蝕實驗


       GTAW、SMAW和SAW接頭點蝕實驗結果見表。由表可知,焊接方法不同,點蝕速率稍有差別,GTAW的點蝕速率最低,SMAW的點蝕速率較高,SAW的點蝕速率最高。點蝕速率的高低與接頭組織中兩相的比例有關,兩相的比例在50%左右時耐蝕性最好,所得實驗結果與鐵素體相比例實驗結果一致。


       4. 二氧化碳應力腐蝕實驗


        GTAW、SMAW和SAW接頭耐應力腐蝕實驗結果如表4所示。由表可知,雖然經過7天腐蝕,GTAW、SMAW和SAW試樣表面均未出現裂紋,但是二氧化碳應力腐蝕速率依次增加。這說明隨焊接熱輸入增加,二氧化碳應力腐蝕敏感性增加。


      三、結論


       1. 焊接方法影響焊縫組織形貌。GTAW焊縫焊接熱輸入小,組織細小,具有不規則的條狀組織特征和兩相交織分布的塊狀特征。SMAW和SAW熱輸入大,晶粒粗大,焊縫為方位不一的條狀組織形態和少量的塊狀組織。


       2. 焊接方法對焊縫的鐵素體含量影響較大。GTAW和SMAW焊縫的鐵素體含量為35%~55%,而SAW焊縫的鐵素體含量不足20%。


       3. 焊接方法影響接頭的耐點蝕和二氧化碳應力腐蝕性能。GTAW,SMAW和SAW接頭的耐點蝕和二氧化碳應力腐蝕敏感性依次增加。


       4. 鑒于2205雙相不銹鋼管接頭的鐵素體相比例和耐蝕性要求,GTAW和SMAW能夠獲得滿意的接頭。若采用SAW,應嚴格控制焊接熱輸入,以保證焊縫的鐵素體相比例。



      本文標簽:2205雙相不銹鋼管 

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