不锈钢堆焊层金相组织分析

(2) 堆焊试样宏观检查 堆焊层分过渡层及表
表 1 手工电弧焊堆焊层金属的化学成分
%
试件号
C
Mn
标准要求值
表层
1#
表层
2#
过渡层
2#
≤0105 01042 2100 01032 1199 01070 1113
Si
S
P
Cr
Ni
Nb
Mo
Ti
Creq/ Nieq
1810～2110 810～1110 ≥10 ×ω(C)
(4) 根据试验 ,堆焊层出现马氏体组织和σ相可 使其冲击韧性及抗腐蚀能力明显降低 。因此 ,堆焊 层冲击韧性主要取决于显微组织中有无σ相 、马氏 体组织及其数量多少 。 4 结语
σ相或马氏体组织可导致材料脆化 ,为防止其 对材料冲击韧性及抗腐蚀能力产生影响 ,应以控制 堆焊层化学成分为基点选取焊材 ,制定合理的焊接 工艺 ,以保证产品质量 。
H2 + H2S腐蚀以及连多硫酸的应力腐蚀 ,其内壁大多 带规 格 为 60 mm ×015 mm , 过 渡 层 焊 材 材 质 为
堆焊不锈钢复层 。堆焊方法有带极埋弧堆焊和手工 00Cr25Ni13 ,表层为 00Cr20Ni10Nb ,带极埋弧堆焊焊
电弧焊堆焊 。手工电弧焊堆焊一般用于形状位置复 剂分别为 HJ107 和 HJ107Nb ,使用前经 200 ℃×1 h
过渡层显微组织
奥氏体 + 少量铁素体 + σ相
奥氏体 + 低碳马氏体回 火组织 + 少量σ相
奥氏体 + 少量铁素体 + 少量σ相
奥氏体 + 铁素体 + 少量 σ相
注 : 热处理状态均为 690 ℃,6 h 低温退火 。
2 堆焊层显微组织分析 堆焊试样中不出现σ相和马氏体组织 ,则低温
退火后强度降低 ;如果堆焊试样中出现σ相及马氏 体组织 ,则冲击韧性降低 。2 种组织数量越多 ,其下 降幅度越大 。因此冲击韧性的高低主要取决于显微
组织 ,而化学成分对显微组织的组成起决定作用[2] 。 不锈钢堆焊层中存在σ相及马氏体组织不仅降低了 堆焊层的冲击韧性 ,而且严重影响其抗腐蚀能力 。
堆焊层中马氏体带的宽度随焊接过程中热输入 量的增大而加宽 ,其奥氏体晶粒度也随着热输入量 的增大而长大 。如果焊接的热输入量过大 ,将使整 个过渡层出现马氏体组织 ,见图 2 。
的制造质量 。
同 ,堆焊层中的显微组织及力学性能也有差异 。堆
1 堆焊试验
焊层金属的化学成分见表 1 和表 2 ,表中 Creq和 Nieq
试验用的基体材料为 2125Cr21Mo 钢板 ,手工电 为 Cr 和 Ni 的当量 ,根据 Delong 焊缝组织图计算[2] 。
弧焊堆焊焊条规格为 312 mm ,过渡层焊条牌号为
杂的部位 。在堆焊过程中 ,为防止产生热裂纹 ,堆焊 烘干 。堆焊试件共 4 件 ,堆焊按先过渡层后表层的
层中的铁素体一般控制在 3 %～10 %。堆焊层能有 顺序进行 ,试件规格为 450 mm ×350 mm ,试件 1 # 、
效防止上述腐蚀 ,但在低温退火或长时间高温条件 2 # 为手工电弧焊堆焊 ,3 # 、4 # 为带极埋弧堆焊 。堆
10131
0137 21121/ 11168
层 2 次堆焊 。经酸蚀后堆焊层宏观断面层次分明 , 度不一的脱碳层 ,而靠堆焊层一侧则有增碳区和铬
一次结晶枝晶状组织清晰可见 ,未发现焊接缺陷 。 (3) 堆焊层显微组织 堆焊层的显微组织一般
的稀释带 ,在熔合区一般容易出现低碳马氏体黑带 , 见图 1 和图 2 。堆焊层中σ相组织形貌见图 3 。手
参考文献 : [ 1 ] 须永寿夫 1 不锈钢损坏及其防护[M] . 耿文范 1 北京 :机械工业
出版社 ,19811 [2 ] 陈德和 1 不锈钢的性能与组织 [ M] . 北京 : 机械工业出版社 ,
19771 (杜编)
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%
试件号
C
Mn
标准要求值
表层
3#
表层
4#
≤0105
01031
0173
01030
0194
Si
S
P
Cr
Ni
Nb
Creq/ Nieq
1810～2110 810～1110 ≥10 ×ω(C)
0160
01012
01012
19151
8189
0159 21161/ 10119
0147
01005
01016
20132
0166 01002 01016 21140
11124
0162
2217/ 1315
0157 01001 01031 19122
8190
0155
20135/ 10186
0136 01002 01020 16102
9106
< 011 01165 01022 16179/ 1117
表 2 带极埋弧堆焊层金属化学成分
图 2 手工电弧焊堆焊层显微组织 (400 ×)
图 3 手工电弧焊堆焊层σ相 (400 ×) 表 3 堆焊层显微组织
试件号 1# 2# 3# 4#
表层显微组织
奥氏体 + 少量铁素体 + σ相
奥氏体 + 铁素体 + 少量 σ相
奥氏体 + 少量铁素体 + 少量σ相
奥氏体 + 铁素体 + 少量 σ相
(2) 比较手工电弧焊堆焊与带极埋弧堆焊可以 看出 ,带极堆焊过渡层中熔合区所形成的马氏体黑 带比手工堆焊的要宽 ,说明带极堆焊的线能量比手 工堆焊大 。但是当手工电弧焊堆焊的线能量过大 时 ,会使基体熔化过多造成稀释率增大以及铬元素 烧损 ,导致马氏体黑带加宽 ,甚至充满整个过渡层 。
(3) 根据有关资料 ,铬当量控制在 20 %左右 、镍 当量控制在 11 %～13 %时 ,焊接后进行低温退火复 层内不会出现σ相 。而铬当量控制在 23 %左右 ,镍 当量控制在 13 %左右时 ,焊后低温退火后容易出现 σ相 。当铬当量降至 16 %左右 ,镍当量在 10 %左右 时 ,堆焊层将会出现马氏体组织 。
显微硬度的测定说明 ,在熔合区形成的马氏体 黑带及过渡层增碳区的显微硬度高于其它区域 。 3 讨论
(1) 对堆焊层中的低碳马氏体组织 ,主要通过其 显微组织形态 、化学成分 、硬度及计算铬镍当量值进 行正确鉴别 。波谱曲线分析表明 ,堆焊层中有马氏 体组织的部位 C 元素的曲线峰值明显上升 ,说明在 堆焊的稀释部位 C 元素的迁移随着焊接热输入量 的增大而加宽 。
第 32 卷 第 2003 年 9 月
5
期
百度文库
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V ol1S3e2pt 1N2o01053
文章编号 : 100027466 (2003) 0520045202
不锈钢堆焊层金相组织分析
下 ,铁素体容易转变为σ相[1] ,它与堆焊层中出现的 焊过渡层用的钢带及焊条相当于 SR309L ,表层相当
马氏体组织都是 1 种脆化相 ,会降低堆焊层的冲击 于 SR347L 。
韧性及其抗腐蚀能力 。为此 ,笔者对不锈钢堆焊层
(1) 堆焊层的化学成分 试验发现 ,采用同 1 种
的金相组织进行分析 ,以便改进焊接工艺 ,提高设备 焊条或钢带堆焊时 ,堆焊层金属的化学成分可能不
王惠斌
(兰州石油化工机械设备集团公司 , 甘肃 兰州 730050)
关 键 词 : 加氢反应器 ; σ相 ; 马氏体 ; 腐蚀 ; 冲击韧性 中图分类号 : TG 455 ; TG 444 文献标识码 : B
在加氢反应器的设计与制造中 ,为了防止高温 SR309L ,表层焊条牌号为 SR347L 。带极埋弧堆焊焊
为奥氏体 + 铁素体 ,控制铁素体含量小于 15 % ,在 工电弧焊堆焊和带极埋弧堆焊的表层及过渡层的显
堆焊层与基体的交界处 (即熔合区) 靠母材一侧有深 微组织见表 3 。
收稿日期 : 2003204217 作者简介 : 王惠斌 (19522) ,男 (汉族) ,天津人 ,工程师 ,从事金属材料检验和失效分析等工作 。
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石 油 化 工 设 备 2003 年 第 32 卷
图 1 带极埋弧堆焊层马氏体黑带 (400 ×)