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天津快乐10分前三组:高溫時效處理對310S不銹鋼焊接接口性能的影響

來源:至德鋼業 日期:2018-12-15 20:15:25 人氣:259

天津快乐10分钟 www.ohgvag.com.cn 研究了高溫時效前后的310S不銹鋼焊接樣品在燃煤氣氛下的碳硫影響。利用金相、掃描電鏡/能譜、X射線衍射及力學性能測試等分析其形貌、成分結構及性能。結果表明,經不同溫度、不同時間在燃煤氣氛下時效處理的310S不銹鋼比未時效處理者腐蝕嚴重,310S不銹鋼在高于700℃時效后在晶界大量析出σ相,使晶界附近貧Cr,降低了其抗腐蝕性能,同時晶粒長大,沖擊韌性明顯降低,而且斷裂方式也由微孔聚合型斷裂轉變為典型的解理斷裂。

不銹鋼由于具有優良的耐腐蝕性能,廣泛用于船舶、車輛、汽車、宇航、橋梁、建筑、壓力容器、貯罐、建筑機械、管線及家用電器等行業。310不銹鋼具有優良的高溫力學性能及抗高溫氧化性能,作為結構材料廣泛運用于石化工業[1-3],在不銹鋼加工工藝中,焊接是最主要的加工技術。特別是石化行業對焊接工藝和質量的要求更高[4-5]。過去對310S不銹鋼的高溫碳、硫腐蝕作過一些研究,碳易產生晶間腐蝕,硫增加導致熱脆性[6-9]。但都局限于原始狀態,對于此種材料長時間高溫時效處理對其焊接性能有何影響很少報道。本文對普通燃煤中長時間高溫時效后的310S不銹鋼的焊接行為進行研究,為石化工業結構材料在高溫腐蝕環境中長期使用提供參考。1實驗材料及方法將化學成分如表1所示的310S不銹鋼80mm×20mm×5mm的試樣若干,采用不銹鋼焊條氬弧焊對焊成尺寸為160mm×20mm×5mm的試樣若干(焊接接口在中間)。與普通燃煤一起裝入密封罐體內,在馬弗爐中分3個溫度,3個保溫時間以表2的工藝進行高溫時效處理,以便研究煤中的碳、硫對焊縫的影響(因為310S不銹鋼常用在煤轉換化工中)。

將不同溫度、不同時間處理的試樣采用10%的氯化鐵腐蝕溶液腐蝕,在XJL-03型金相顯微鏡下觀察。拉伸試驗在AG-250KNIS型拉伸試驗機上進行,試樣尺寸160mm×10mm×5mm。在擺錘沖擊試驗機上按照國標GB21061980作“V”型沖擊韌性實驗,試樣尺寸為80mm×20mm×5mm(焊縫在沿試樣長度方向的中間)。對斷口使用JSM-6700F型掃描電子顯微鏡(SEM)結合能譜分析(EDS)。采用XRD-7000X射線衍射儀對其組織結構進行分析,用銅靶Kα線(λ=0.15406nm),掃描速度4°/min,掃描范圍2θ取2080°。并對高溫處理前后材料的化學成分采用能譜和光譜進行定量分析。

2實驗結果與分析

2.1 310S不銹鋼在不同溫度下處理的顯微組織

1310S不銹鋼在不同溫度下長時間停留后的組織,可以看出,未經過處理的原始試樣的顯微組織主要是奧氏體和碳化物,晶粒較大,焊縫清晰;經650、720800℃高溫時效處理后,晶界明顯,有析出物產生,650℃與800℃時晶?;疽恢?,而在720℃時,晶粒長大較為明顯,這是不銹鋼在700℃附近比較敏感,保溫時間延長對顯微組織影響不大,但能看到在焊縫處有一些黑色點狀的物質析出,這是與煤長時間接觸,碳的擴散導致一些碳化物的形成,由圖2XRD中看到明顯的碳化物K峰。

2.2 310S不銹鋼性能測試結果

3天津快乐10分钟在不同溫度下長時間停留后性能測試結果??梢鑰闖?,310S不銹鋼A、B、C3個工藝處理后對屈服強度和抗拉強度影響不大,只是在800℃處理時有點降低,但對沖擊值的影響較大,且隨處理溫度的升高,沖擊值下降越明顯。這一方面說明沖擊韌性表征溫度和缺口的敏感特性,另一方面正如前述顯微組織在高溫下焊縫處有碳化物相的析出導致其值大大降低。這說明焊縫受溫度和時間的影響較大。再者,無論那個工藝,屈服強度在沒有焊縫堆積時其值均大于有焊縫堆積的狀況,估計在焊縫處造成了一定的應力集中??估慷紉燦欣嗨頻慕峁?,但在800℃時情況則相反,說明高溫下晶粒長大后與常溫性能不一致。斷裂位置在較低溫度一般在母材處斷裂,而在較高溫度800℃下則在焊縫區斷裂,說明高溫使用對焊縫的影響較大。

 

2.3 310S不銹鋼在不同工藝下處理的XRD

2310S不銹鋼在燃煤環境下于800℃保溫100h后母材和焊縫變化前后的XRD圖譜??梢鑰闖?,不管是母材還是焊縫,原始試樣是雜波信號較多的“多相”,經高溫處理后變成雜波信號非常少的“均一相”。組織結構沒有變化(試驗時已進行應力消除)。也說明母材和焊縫,在含碳環境(與煤充分接觸)和高溫共同作用下沒有組織轉變。

碳屬間隙型固溶元素,可促使γ相擴大,即碳對奧氏體有穩定化的作用,但是,奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕傾向通常隨碳含量的增高而趨嚴重。這是因為碳含量越高,晶間沉淀的Cr23C6碳化物越多,晶間貧鉻區鉻貧乏的程度越嚴重,對于長時間在燃煤環境下,材料表面有增碳,雜質元素磷和硫易在晶界偏析,導致不銹鋼具有晶間腐蝕傾向。對于晶間腐蝕機理,理論研究較多,20世紀60年代中期以來,貧鉻理論被廣泛地接受和應用。貧鉻理論[10]認為,不銹鋼發生晶間腐蝕是由晶界貧鉻而引起的。碳在高溫奧氏體中的溶解度比較大。在高溫下溶解碳的奧氏體不銹鋼迅速冷卻到室溫時,碳就會以過飽和的形式固溶。若再將其加熱到適當溫度并保溫足夠的時間,過飽和的碳就會以碳化物的形式沉淀出來,導致不銹鋼晶界附近貧鉻。Cr23C6是最主要的碳化物,其沉淀溫度為400950℃。在較低熱處理溫度下(650℃),在晶界上會有明顯的析出物,而在較高的熱處理溫度下(925℃以上),晶界則不會有明顯的析出物。

長時間高溫時效處理使310不銹鋼晶界上大量析出σ相,造成晶界附近貧Cr,降低了晶界區抗硫腐蝕性能,使硫沿著晶界快速擴散,在合金晶界區處形成腐蝕溝,最終形成腐蝕裂紋。這一點在800℃左右的斷口形貌中有所體現(見圖5和圖6)。

2.4斷口形貌與成分變化

3~圖4310S不銹鋼在不同工藝下的沖擊和拉伸斷口形貌??梢鑰闖?,原始試樣的拉伸與沖擊斷口形貌差異較小,均為典型的韌窩特征,說明是韌性斷裂,而隨處理溫度的提高,有撕裂棱出現,發展到800℃時,產生明顯的沿晶脆性斷裂,這也是在高溫下其沖擊韌性較低的原因。

4310S不銹鋼在不同工藝下表面和心部合金元素變化,可以看出,經長時間高溫時效,所有試樣表面的C、S較心部的高,但較低溫度時他們的差別較大,而較高溫度800℃時,表面和心部的差別減小,這可能是較高溫度表面的積碳燃燒的結果,使得表面留存較少的碳。對照化學分析認為經過一定溫度的加熱,材料中的C、S有一定的增加,但增加很小,不足5%,而且溫度、時間對其影響很小。

3結論

1310S不銹鋼在燃煤環境下長時間高溫時效處理,組織結構變化不大,只是在720℃時晶粒長大明顯,且碳、硫元素的增長不明顯;

2310S不銹鋼焊接件經高溫時效處理后,屈服強度和抗拉強度隨溫度提高或時間的延長變化較小,而沖擊韌性則隨溫度的提高下降明顯,下降幅度達到80%以上。斷裂機制則由原始試樣的韌性斷裂轉變為沿晶解理的脆性斷裂。

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