焊接是不锈钢水管中必不可少的一道工序,而不锈钢水管焊接的主要问题之一是热裂纹,为了减小热裂纹倾向,焊缝的显微结构设计一般含有少量铁素体,铁素体含量的控制主要通过合金成分来实现。奥氏体不锈钢焊缝中含有3%以上的铁素体,可以有效避免凝固裂纹的产生,但过多的铁素体会对使用性能产生不利影响。接下来,细看不锈钢水管焊缝中的铁素体会带来什么影响?
一、铁素体对不锈钢管腐蚀性能的影响
焊缝金属的敏化倾向低于母材的敏化倾向,焊缝中有铁素体,其Cr含量高于奥氏体,并且Cr在铁素体中的扩散速度远快于奥氏体,而M23C6碳化物倾向于在坑坑洼洼的铁素体-奥氏体界面处析出,而不是在相对平直的奥氏体-奥氏体界面处析出,铬在铁素体中的快速扩散可以克服晶界铬缺乏的问题。这些因素极大地限制了含有铁素体的奥氏体不锈钢焊缝的敏化,以防止不锈钢水管晶间腐蚀。
含有少量铁素体的奥氏体不锈钢焊缝金属在大多数腐蚀环境中的耐蚀性和不含铁素体,相对应于母材。但有机酸中的,这些介质会选择性地腐蚀铁素体。当焊缝金属中的铁素体数量大于5FN时,腐蚀将沿着铁素体网络进行,导致焊缝严重损坏。
二、在高温下使用的不锈钢
奥氏体不锈钢焊缝金属中形成的铁素体起第二相强化作用。与母材和热影响区相比,屈服强度明显提高,而延展性相当。增加焊缝金属中的铁素体含量可显著提高室温强度,但使高温强度的涨幅较小。铁素体是不锈钢水管在高温环境中的有害相。
(1)铁素体的蠕变破损
焊缝金属中的连续铁素体网络(FN=10),由于裂纹早于铁素体-奥氏体界面开始,这促进了快速蠕变破损,这时铁素体含量应低于5FN,以防止形成连续铁素体网络
(2)铁素体475℃脆化
Cr含量为15%~70%的Fe-Cr合金,在加热到425℃~550℃时会产生富Cr铁素体和富铁铁素体严重脆化。奥氏体不锈钢焊缝金属的铁素体相,实质是铁素体(Cr20~30%,Ni4%~5%)嵌入奥氏体基体中。因此,如果在425℃~550℃的温度范围内长时间(约5000h)停留,铁素体相将发生脆化,硬度增加,塑性和韧性损坏。在550℃以上短时间加热可以消除这种脆化现象,但长时间加热会导致σ相脆化。
三、低温性能
在低温下,奥氏体不锈钢表现出良好的强度,延性和韧度;而铁素体则会发生脆性转变。因此,使用在低温下的不锈钢水管,其焊缝中的铁素体含量要求更低。
奥氏体不锈钢焊缝中的少量铁素体会降低低温韧性,当焊缝中的铁素体含量达到FN=10时,低温韧性将降低50%。
不锈钢水管的低温韧性不仅与铁素体含量有关,还与焊缝的清洁度有关。试验得出,碱性低氢焊条熔敷金属的氧含量低于钛钙焊条,焊缝韧性也较好;惰性气体保护焊熔敷金属的含氧量低于熔渣保护焊,焊缝韧性也较好;超低碳焊接材料的熔敷金属具有较少的晶间析出和较好的焊接韧性。
根据工艺评定试验的统计结果,A132、A102、A137、A107等普通奥氏体不锈钢焊条在-100℃下的冲击功一般在30J左右,但当温度继续下降到-196℃时,冲击功变化不大,这主要是因为铁素体在-100℃以上发生了脆性转变。而铁素体在-100℃以下仍为脆性相,奥氏体仍不发生脆性转变,所以冲击能变化不大。(奥氏体不锈钢的脆性转变温度曲线)。
以上内容就是不锈钢水管焊缝中的铁素体会有什么影响。从上面的内容我们得知,焊后需要进行热处理或在高温服役时,焊缝金属铁素体数,在焊后热处理前测量不能超过10FN。当不锈钢水管用于低于-100℃的低温环境时,按照相关规定进行焊缝低温冲击试验;用于低于-196℃的低温环境时,焊缝铁素体含量低于5FN。当 不锈钢水管用于无磁或特殊腐蚀环境时,则需要按照设计要求进行控制。