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列出了幾種雙相不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(zai)焊(han)接(jie)(jie)線能(neng)量(liang)低時(shi),焊(han)縫(feng)金(jin)屬除間隙原子氮集中(zhong)(zhong)在(zai)γ相(xiang)中(zhong)(zhong)外,其他幾(ji)種元素(su)在(zai)α相(xiang)和y相(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)含(han)量(liang)比值均(jun)接(jie)(jie)近(jin)于(yu)1。但在(zai)焊(han)接(jie)(jie)線能(neng)量(liang)高時(shi),由于(yu)鉻(ge)、鉬(mu)、鎳(nie)等元素(su)有足夠的(de)(de)時(shi)間進(jin)行擴散,兩相(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)合金(jin)元素(su)含(han)量(liang)有著明顯的(de)(de)差別。這表明隨焊(han)接(jie)(jie)線能(neng)量(liang)的(de)(de)不同,兩相(xiang)的(de)(de)成(cheng)分和耐蝕性也相(xiang)對變化,一般含(han)氮的(de)(de)γ相(xiang)的(de)(de)耐腐蝕性略高。
焊(han)接(jie)線(xian)(xian)能量(liang)還影響焊(han)縫金屬中兩相(xiang)(xiang)的(de)比(bi)例。焊(han)接(jie)采用(yong)高(gao)線(xian)(xian)能量(liang)時,凝固組織中α相(xiang)(xiang)容易長大,但(dan)其低的(de)冷(leng)卻(que)速率(lv)卻(que)可(ke)以促(cu)使(shi)較多(duo)γ相(xiang)(xiang)的(de)生成。采用(yong)低線(xian)(xian)能量(liang)焊(han)接(jie),其高(gao)的(de)冷(leng)卻(que)速率(lv)使(shi)γ相(xiang)(xiang)的(de)生成量(liang)減少。
雙相不銹鋼(gang)焊接時,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。
當焊縫(feng)金(jin)屬(shu)(shu)中α相含量(liang)過高(gao)(gao)或為純(chun)鐵素體(ti)時,很(hen)容(rong)易有(you)氮(dan)(dan)化(hua)物(wu)(wu)的析(xi)出,尤其在靠近焊縫(feng)表(biao)面的部(bu)位,由于氮(dan)(dan)的損(sun)失(shi),α相含量(liang)增加,氮(dan)(dan)化(hua)物(wu)(wu)更容(rong)易析(xi)出,有(you)損(sun)焊縫(feng)金(jin)屬(shu)(shu)的耐(nai)蝕性。焊縫(feng)金(jin)屬(shu)(shu)若是健(jian)全的兩相組(zu)織,氮(dan)(dan)化(hua)物(wu)(wu)的析(xi)出量(liang)很(hen)少。因此,在填充金(jin)屬(shu)(shu)中提高(gao)(gao)鎳、氮(dan)(dan)元素的含量(liang)是增加焊縫(feng)金(jin)屬(shu)(shu)y相含量(liang)的有(you)效方法(fa)。另外,在對厚壁件(jian)進行(xing)焊接時,應避免采(cai)用過低的線能量(liang),以防純(chun)鐵素體(ti)晶粒區(qu)的生成而引(yin)起氮(dan)(dan)化(hua)物(wu)(wu)的析(xi)出。
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)不銹鋼(gang)焊(han)接時采用的(de)填充材料一般(ban)都是在提高鎳(2%~4%)的(de)基礎上(shang),再(zai)加入與母材含(han)量相(xiang)當的(de)氮,控(kong)制焊(han)縫金(jin)屬(shu)的(de)y相(xiang)含(han)量為60%~70%。為防止(zhi)焊(han)縫表面區(qu)域因擴散(san)而損失(shi)氮,常在氬氣(qi)保護氣(qi)體(ti)中加入2%N。