鐵素(su)體不銹鋼焊接接頭的塑韌性(xing)欠(qian)佳常常是這(zhe)類鋼使用(yong)受阻的原因,但(dan)焊接接頭塑韌性(xing)不佳除(chu)了晶粒粗大和碳、氮(dan)化(hua)物(wu)析(xi)(xi)出這(zhe)一因素(su)之(zhi)外,往往還(huan)與HAZ馬氏體相變、σ相析(xi)(xi)出及457℃脆化(hua)(α'析(xi)(xi)出)有(you)關。
1. 晶粒粗(cu)大(da)和C、N化(hua)物析出(chu)的影響(xiang)
碳、氮是奧氏體形成元素,在鐵素體不銹鋼中的溶解度很低(見表2-3),隨著溫度的降低,碳、氮以極快速度和以Cr23C6、Cr7C3、Cr2N、CrN等形式在粗大晶粒的晶界析出。即使以急冷的方式亦難于防止。所以普通鐵素體不銹鋼在焊接過程中,同質焊縫和HAZ峰值溫度達到950℃以上的范圍,晶粒急劇長大的同時,隨著溫度的降低,碳、氮(dan)化物便沿著粗大晶界析出,塑韌性急劇降低。圖2-9是Cr30-Mo1鋼碳(tan)、氮對焊縫夏比沖擊值的影響。圖2-10是Cr17鋼焊縫隨碳(tan)+氮總含量增加,脆性轉變溫度(VTE)升高的情形,由圖可以看出,降低碳、氮含量對改善鐵素體不銹鋼焊接接頭的塑韌性有明顯作用。
2. HAZ局部馬(ma)氏體轉變引起的脆性(xing)
低鉻的鐵(tie)素(su)(su)體不銹鋼(0Cr12,0Cr13,0Cr13Al)在加(jia)熱(re)到臨(lin)界(jie)溫度(du)(A3)以(yi)上約1000℃時,單相的鐵(tie)素(su)(su)體局(ju)部轉變為(wei)奧氏(shi)體,冷卻到室溫時晶界(jie)會形(xing)成部分馬氏(shi)體,這種少量的馬氏(shi)體同樣(yang)會在同質(zhi)焊(han)縫和HAZ形(xing)成,引起輕度(du)的塑韌降低,這種馬氏(shi)體可以(yi)通過焊(han)后熱(re)處理消除(chu),然(ran)而如(ru)果不可能進行(xing)焊(han)后熱(re)處理,則在鋼及(ji)焊(han)材中加(jia)入強鐵(tie)素(su)(su)體元(yuan)素(su)(su) Ti、Al、Nb,以(yi)提高鐵(tie)素(su)(su)體組(zu)織的穩(wen)定性,防(fang)止馬氏(shi)體組(zu)織的形(xing)成以(yi)及(ji)其脆化作(zuo)用。
3. σ相析出(chu)引起(qi)的脆性
鉻含量較高的(de)(de)鐵素(su)體(ti)(ti)鋼及其焊(han)(han)(han)縫在(zai)500~800℃范圍長時間加(jia)(jia)熱(re)(re)或(huo)停留,將發生。相(xiang)的(de)(de)析(xi)出(chu)。σ相(xiang)是一種(Fe-Cr)的(de)(de)金屬間化合物(wu),其硬(ying)(ying)度(du)Hv=800~1000硬(ying)(ying)而脆(cui),增加(jia)(jia)焊(han)(han)(han)接接頭的(de)(de)脆(cui)化,Al、Si、Mo、Ti、Nb等元素(su)的(de)(de)加(jia)(jia)入,加(jia)(jia)速。相(xiang)的(de)(de)析(xi)出(chu)和(he)降(jiang)低析(xi)出(chu)溫度(du)。但。相(xiang)的(de)(de)形(xing)成(cheng)需要相(xiang)當長的(de)(de)時間。對(dui)于普通鐵素(su)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼來說(shuo),通常的(de)(de)焊(han)(han)(han)接過程、焊(han)(han)(han)后(hou)熱(re)(re)處理都不(bu)會形(xing)成(cheng)大量的(de)(de)。相(xiang)和(he)明顯的(de)(de)脆(cui)化,對(dui)于使用(yong)于室溫或(huo)較低溫度(du)的(de)(de)焊(han)(han)(han)接結構,并不(bu)擔心。的(de)(de)析(xi)出(chu)和(he)脆(cui)化問題(ti)。而對(dui)于長期工作(zuo)在(zai)。相(xiang)形(xing)成(cheng)溫度(du)的(de)(de)鐵素(su)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼來說(shuo),σ相(xiang)的(de)(de)析(xi)出(chu)卻是必(bi)須重視(shi)的(de)(de)問題(ti)。此外鐵素(su)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼及其焊(han)(han)(han)接接頭一旦出(chu)現σ相(xiang),可采用(yong)加(jia)(jia)熱(re)(re)到高于其形(xing)成(cheng)的(de)(de)溫度(du),保溫急冷,加(jia)(jia)以去(qu)除。
4. 457℃(α'析(xi)出)脆化
鉻含量大于15%的(de)(de)(de)鐵(tie)素體不銹(xiu)鋼及同質焊(han)縫在(zai)(zai)400~600℃停留,將發生α'的(de)(de)(de)析出,強度(du)、硬(ying)度(du)顯著提高,韌性降低,因在(zai)(zai)457℃時(shi)α'的(de)(de)(de)析出最迅(xun)速(su),故(gu)稱475℃脆化。但(dan)這種脆化現(xian)象在(zai)(zai)焊(han)后(hou)不會立即發生,只是(shi)在(zai)(zai)400~600℃范圍(wei)的(de)(de)(de)溫度(du)下長時(shi)間停留和工作(zuo)的(de)(de)(de)結構可(ke)能發生。所以應避免在(zai)(zai)這一溫度(du)的(de)(de)(de)環(huan)境下使(shi)用。475℃脆化可(ke)通過700~800℃的(de)(de)(de)短時(shi)間加熱和立即水冷處理而消除(chu)。
綜上所述,鐵素體不銹鋼焊接接頭的脆化,主要的問題是同質焊縫及HAZ在焊接過程中碳、氮化物析出和晶粒長大的作用,特別是前者,而且幾乎不能通過熱處理加以消除。因此以往鐵素體不銹鋼很少用作焊接結構,而高純度鐵素體不銹鋼在很大程度上消除了焊縫HAZ的碳(tan)、氮化物,極大地改進了焊接性,其焊接結構得到越來越廣泛的使用。