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(xiang)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)焊接線能量(liang)低時,焊縫(feng)金屬除間(jian)隙原子氮(dan)集中(zhong)(zhong)在(zai)γ相中(zhong)(zhong)外,其(qi)他幾種元素(su)在(zai)α相和y相中(zhong)(zhong)的(de)(de)含量(liang)比值均接近于1。但在(zai)焊接線能量(liang)高時,由于鉻、鉬、鎳等元素(su)有足夠的(de)(de)時間(jian)進行(xing)擴散(san),兩相中(zhong)(zhong)的(de)(de)合金元素(su)含量(liang)有著明顯的(de)(de)差別。這表明隨焊接線能量(liang)的(de)(de)不同,兩相的(de)(de)成分(fen)和耐蝕性也(ye)相對變化,一般含氮(dan)的(de)(de)γ相的(de)(de)耐腐蝕性略高。
焊(han)接(jie)線(xian)能(neng)(neng)量還影響焊(han)縫金屬中(zhong)兩相(xiang)的(de)比例。焊(han)接(jie)采(cai)用(yong)高線(xian)能(neng)(neng)量時,凝固(gu)組織中(zhong)α相(xiang)容易長大,但(dan)其低(di)的(de)冷卻(que)速(su)率卻(que)可(ke)以促使較多γ相(xiang)的(de)生(sheng)成(cheng)(cheng)。采(cai)用(yong)低(di)線(xian)能(neng)(neng)量焊(han)接(jie),其高的(de)冷卻(que)速(su)率使γ相(xiang)的(de)生(sheng)成(cheng)(cheng)量減少。
雙相不(bu)銹(xiu)鋼焊接時,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)(feng)金(jin)(jin)屬中(zhong)α相(xiang)含(han)(han)量(liang)過(guo)高(gao)或為純鐵素體時,很(hen)容(rong)易(yi)(yi)有氮(dan)化(hua)物的(de)(de)(de)析出,尤(you)其在(zai)靠(kao)近焊縫(feng)(feng)表(biao)面的(de)(de)(de)部位,由于氮(dan)的(de)(de)(de)損(sun)失(shi),α相(xiang)含(han)(han)量(liang)增加,氮(dan)化(hua)物更容(rong)易(yi)(yi)析出,有損(sun)焊縫(feng)(feng)金(jin)(jin)屬的(de)(de)(de)耐蝕性。焊縫(feng)(feng)金(jin)(jin)屬若是健全的(de)(de)(de)兩相(xiang)組織,氮(dan)化(hua)物的(de)(de)(de)析出量(liang)很(hen)少(shao)。因此,在(zai)填充金(jin)(jin)屬中(zhong)提高(gao)鎳(nie)、氮(dan)元(yuan)素的(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)是增加焊縫(feng)(feng)金(jin)(jin)屬y相(xiang)含(han)(han)量(liang)的(de)(de)(de)有效方法。另外,在(zai)對(dui)厚壁(bi)件進行(xing)焊接時,應避免(mian)采用過(guo)低(di)的(de)(de)(de)線能(neng)量(liang),以防(fang)純鐵素體晶粒區的(de)(de)(de)生成而引起氮(dan)化(hua)物的(de)(de)(de)析出。
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(mu)前,雙相不(bu)銹鋼焊(han)接時(shi)采用的(de)(de)填充材(cai)料一般都是在提(ti)高鎳(nie)(2%~4%)的(de)(de)基礎上,再(zai)加入與母材(cai)含量相當(dang)的(de)(de)氮(dan),控(kong)制焊(han)縫金(jin)屬的(de)(de)y相含量為(wei)60%~70%。為(wei)防止焊(han)縫表(biao)面(mian)區域因擴散而損失氮(dan),常在氬氣保護氣體(ti)中加入2%N。