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(bu)銹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。
在焊(han)接(jie)線(xian)能量(liang)(liang)低(di)時,焊(han)縫(feng)金(jin)屬除(chu)間隙原子氮集中(zhong)在γ相中(zhong)外,其他幾種元素在α相和(he)y相中(zhong)的(de)(de)含量(liang)(liang)比值均接(jie)近于(yu)1。但在焊(han)接(jie)線(xian)能量(liang)(liang)高時,由于(yu)鉻(ge)、鉬、鎳等元素有(you)足(zu)夠(gou)的(de)(de)時間進行擴散,兩相中(zhong)的(de)(de)合金(jin)元素含量(liang)(liang)有(you)著明顯(xian)的(de)(de)差別。這表明隨(sui)焊(han)接(jie)線(xian)能量(liang)(liang)的(de)(de)不同,兩相的(de)(de)成分和(he)耐(nai)(nai)蝕性也相對(dui)變化,一般含氮的(de)(de)γ相的(de)(de)耐(nai)(nai)腐(fu)蝕性略(lve)高。
焊接(jie)(jie)線(xian)能量(liang)(liang)還影響焊縫金屬(shu)中兩相的(de)比例(li)。焊接(jie)(jie)采用高(gao)線(xian)能量(liang)(liang)時,凝(ning)固組織中α相容易(yi)長大,但(dan)其低的(de)冷(leng)卻速率(lv)卻可以促(cu)使(shi)(shi)較多γ相的(de)生成(cheng)。采用低線(xian)能量(liang)(liang)焊接(jie)(jie),其高(gao)的(de)冷(leng)卻速率(lv)使(shi)(shi)γ相的(de)生成(cheng)量(liang)(liang)減少(shao)。
雙相不銹鋼焊接(jie)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(dang)焊(han)縫金(jin)屬中α相含量(liang)(liang)(liang)過高或為(wei)純鐵素(su)體時,很容易(yi)有氮(dan)(dan)(dan)化物(wu)的(de)(de)析(xi)出(chu),尤其在靠近焊(han)縫表面的(de)(de)部(bu)位,由于(yu)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)損(sun)失(shi),α相含量(liang)(liang)(liang)增(zeng)加(jia),氮(dan)(dan)(dan)化物(wu)更(geng)容易(yi)析(xi)出(chu),有損(sun)焊(han)縫金(jin)屬的(de)(de)耐(nai)蝕性。焊(han)縫金(jin)屬若是健(jian)全的(de)(de)兩相組織,氮(dan)(dan)(dan)化物(wu)的(de)(de)析(xi)出(chu)量(liang)(liang)(liang)很少。因此(ci),在填(tian)充金(jin)屬中提高鎳、氮(dan)(dan)(dan)元素(su)的(de)(de)含量(liang)(liang)(liang)是增(zeng)加(jia)焊(han)縫金(jin)屬y相含量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)有效方法。另外,在對(dui)厚壁(bi)件進行(xing)焊(han)接(jie)時,應(ying)避免采用過低(di)的(de)(de)線(xian)能量(liang)(liang)(liang),以防純鐵素(su)體晶粒區的(de)(de)生成而引(yin)起氮(dan)(dan)(dan)化物(wu)的(de)(de)析(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%。
目前,雙相(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼焊接時采用的填充材(cai)料一般都是在提高鎳(2%~4%)的基礎(chu)上,再(zai)加入(ru)與母材(cai)含量相(xiang)(xiang)當的氮,控制焊縫(feng)金(jin)屬的y相(xiang)(xiang)含量為(wei)60%~70%。為(wei)防止(zhi)焊縫(feng)表(biao)面區域因擴散而(er)損失(shi)氮,常(chang)在氬氣(qi)(qi)保(bao)護氣(qi)(qi)體中加入(ru)2%N。