張文軍 王青云 孔紅雨 亢天佑
不銹鋼帶極埋弧堆焊金屬?gòu)澢鷶嗔言蚍治黾敖鉀Q措施
張文軍 王青云 孔紅雨 亢天佑
主要針對(duì)不銹鋼帶極埋弧堆焊金屬側(cè)彎斷裂的原因進(jìn)行了分析。通過(guò)焊劑向熔敷金屬過(guò)渡Mo元素的方法有效解決了該問(wèn)題。
在石化行業(yè)的承壓設(shè)備中,容器內(nèi)壁對(duì)腐蝕或氫蝕的抵抗能力有較高的要求。而在設(shè)備制造過(guò)程中,設(shè)備整體采用耐蝕材料制造在成本方面是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的,因此,在設(shè)備制造過(guò)程中往往是在低成本的基材表面復(fù)合高合金含量的材料,從而達(dá)到既節(jié)約成本,又能滿足耐蝕要求的目的。
在進(jìn)行316L系不銹鋼的埋弧堆焊研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn),堆焊金屬在進(jìn)行了690℃×22h的焊后熱處理前后,堆焊金屬的彎曲性能發(fā)生了較大改變,熱處理后的試樣在彎曲過(guò)程中出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象。本文對(duì)斷裂原因進(jìn)行了分析并提出了解決方法。
(1)試驗(yàn)設(shè)備 試驗(yàn)采用美國(guó)Miller公司生產(chǎn)的 HDC 1500D X型焊接電源和比利時(shí)Soudkay公司生產(chǎn)的125ES1堆焊機(jī)頭。
(2)試驗(yàn)材料 本文試驗(yàn)所用焊帶為EQ309LMo(過(guò)渡層堆焊)和E Q316L焊帶(耐蝕層堆焊),堆焊底板金屬為14Cr1MoR,焊帶、底板化學(xué)成分及規(guī)格如表1所示,堆焊過(guò)程參數(shù)如表2所示。
堆焊焊劑為自制焊劑。堆焊?jìng)?cè)彎試樣按照NB/T 47018.5—2011中的要求加工。
(3)檢測(cè)設(shè)備 本文利用彎曲試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)側(cè)彎試樣。采用光學(xué)顯微鏡,掃描電子顯微鏡(SEM)及其自帶的能譜分析儀對(duì)堆焊層金屬進(jìn)行深入分析。
圖1為堆焊試板熱處理前后熔合區(qū)附近的金相組織對(duì)比,從圖1a中可看出,熱處理前堆焊層金屬與底板金屬有一明顯的熔合區(qū),堆焊金屬側(cè)為奧氏體基體+δ-鐵素體;從圖1b可看出,堆
焊試板經(jīng)過(guò)690℃×22h的熱處理后,堆焊層金屬與底板金屬熔合區(qū)附近出現(xiàn)了明顯的析出帶,并且堆焊金屬靠近熔合區(qū)的組織基本變?yōu)榱藠W氏體,析出帶的平均寬度大約為70μm。
表 1 試驗(yàn)用底板金屬及焊帶的規(guī)格及化學(xué)成分
表2 堆焊參數(shù)
圖1 堆焊金屬熱處理前后金相組織
針對(duì)熱處理后試樣出現(xiàn)的析出帶進(jìn)行掃描電鏡分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)堆焊金屬與底板金屬熔合區(qū)熱處理后析出物呈細(xì)小的顆粒狀,采用掃描電鏡配備的能譜分析儀對(duì)析出相進(jìn)行能譜分析,結(jié)果如表3所示。由能譜分析結(jié)果可看出,除基體的Fe元素外,析出物主要組成元素為Cr,根據(jù)奧氏體不銹鋼的特點(diǎn),判斷析出物主要為Cr的碳化物,即M23C6。
對(duì)熱處理前后堆焊層金屬進(jìn)行金相分析,結(jié)果如圖2所示。從圖2a中可以看出,熱處理前堆焊層金相組織為奧氏體基體及在其上連續(xù)分布的樹(shù)枝狀δ-鐵素體,而熱處理后的δ-鐵素體內(nèi)出現(xiàn)了明顯的碳化物析出。
表3 分析結(jié)果
圖2 堆焊層熱處理前后金相對(duì)比
對(duì)熱處理前后的試樣進(jìn)行顯微硬度分析,結(jié)果如圖3所示。由于碳化物屬于脆硬相,因此熔合區(qū)析出的碳化物將嚴(yán)重影響此處的塑性,在進(jìn)行彎曲試驗(yàn)時(shí),塑性下降的熔合區(qū)將成為裂紋的起裂源,進(jìn)而導(dǎo)致側(cè)彎試樣的斷裂。另一方面,堆焊層δ-鐵素體內(nèi)析出的碳化物使得其塑性略有下降,但由于堆焊層金屬為奧氏體組織,硬度提高不大。因此,引起堆焊金屬?gòu)澢鷶嗔训闹饕蚴墙?jīng)熱處理后熔合區(qū)出現(xiàn)寬的析出帶及由此引起的熔合區(qū)硬度提高。
根據(jù)以上分析,堆焊金屬側(cè)彎試樣斷裂的主要原因是熔合區(qū)處出現(xiàn)了明顯的碳化物析出帶以及由此引起的該區(qū)域的強(qiáng)度提高,因此,延緩碳化物的析出可以有效解決側(cè)彎性能差的問(wèn)題。
在滿足N B/T 4 7 0 1 8中FM316L—E堆焊金屬化學(xué)成分要求的條件下,通過(guò)焊劑向堆焊金屬過(guò)渡Mo元素,調(diào)整后的堆焊金屬側(cè)彎性能良好。對(duì)調(diào)整前后的堆焊層熔合區(qū)進(jìn)行金相觀察和顯微硬度分析,具體結(jié)果如圖4所示。
經(jīng)過(guò)調(diào)整,堆焊金屬熔合區(qū)熱處理后仍有一條較為明顯的析出帶,但其寬度則顯著減小,由調(diào)整前的約70μm減小到5μm,從顯微硬度對(duì)比可知,堆焊層金屬的顯微硬度較調(diào)整前也有明顯下降,這些改善保證了堆焊金屬的側(cè)彎性能。
通過(guò)分析引起316L不銹鋼堆焊金屬熱處理后彎曲斷裂的原因,采取了行之有效的解決方案。通過(guò)調(diào)整焊劑配方并向堆焊金屬中過(guò)渡Mo元素,堆焊金屬與底板金屬熔合區(qū)析出物數(shù)量和析出帶寬度有了明顯降低,進(jìn)而使得整個(gè)堆焊層的顯微硬度有了明顯降低,從而解決了彎曲斷裂問(wèn)題。
[1]王家淳,陳勇.超低碳奧氏體不銹鋼帶極電渣堆焊層晶間相析出機(jī)理[J].焊接,1999(12),18-21.
圖3 熔合區(qū)熱處理前后金相顯微硬度對(duì)比
圖4 調(diào)整前后堆焊金屬顯微硬度對(duì)比
張文軍等,洛陽(yáng)雙瑞特種合金材料有限公司。