高純度鐵素體不鏽鋼019Cr19Mo2NbTi焊接工藝

2020-12-23 威爾鼎王

通過真空冶煉生產的高純度鐵素體不鏽鋼，其特點是鋼中的C、N、O等間隙原子含量大幅度降低。與奧氏體型不鏽鋼相比，具有優良的抗氯化物應力腐蝕開裂能力，並且還具有耐點蝕、耐酸鹼和耐縫隙腐蝕的能力，且價格降低了40%-50%,其應用有了較大的發展。主要牌號有019Cr19Mo2NbTi,下面對其焊接工藝進行介紹

一，高純度鐵素體不鏽鋼019Cr19Mo2NbTi焊接工藝

1，化學成分

019Cr19Mo2NbTi高純度鐵素體不鏽鋼的熱處理狀態是850℃×10min,空冷，其化學成分見圖1。

對其焊接工藝進行考核：試件厚3mm,焊條為00Cr18Ni2Mo2Nb鐵素體鋼專用焊條，屬於鈦鈣型藥皮的超低碳不鏽鋼焊條，其熔敷金屬的化學成分(質量分數）為：C≤0.04%,Cr17%~20%,Ni11%~14%,Mo2%~2.5%。

2，焊接參數

採用焊條電弧焊，接頭形式為不開坡口的平板對接。焊接參數：焊接電流為90-105A,電弧電壓為24~26V,焊接速度為0.6~0.8cm/s。

二，對焊接接接頭進行分析

1.焊接接頭的力學性能

高純度鐵素體不鏽鋼(019Cr19Mo2NbTi)母材和焊接接頭的力學性能見圖2。

從圖中可知，採用專用的鐵素體不鏽鋼焊條進行焊條電弧焊時，得到的接頭強度和塑性優良，各區硬度基本一致，尤其是焊縫金屬和HAZ區的衝擊吸收能量也高，綜合力學性能均達到母材的水平。

2.焊接接頭的顯微組織

(1)焊縫金屬

019Cr19Mo2NbTi高純度鐵素體不鏽鋼焊縫金屬顯微組織為奧氏體加鐵素體，基體組織為奧氏體，在快速冷卻過程中，有少量的鐵素體產生，並位於奧氏體的晶界上。這種少量鐵素體與奧氏體共存的焊縫組織具有較高的強度和塑性等良好的綜合力學性能，缺口敏感性較低。

(2)焊接熱影響區

焊接熱響區在焊接加熱及冷卻過程中未發生相變，但是隨著焊接熱輸入的增大，靠近熔合區的晶粒長大較明顯。該鋼應採用小的焊接熱輸入焊接，當板厚3mm時，焊接熱輸入為3.04.5kJ/cm,就能有效地防止或減弱因焊接熱影響區(HAZ)晶粒長大而造成的脆化。

3.焊後熱處理

通過行射圖分析發現，焊後經過750℃×32h熱處理的焊接接頭試樣中存在FeO和Cr2N相，這表明此類鋼焊後經過再加熱，焊接熱影響區有析出物析出。FeO的形成是高溫下Fe與O相互作用的結果，主要產生於晶粒邊界處。這些FeO和Cr2N相析出物是引起焊接熱影響區性能下降和脆化的原因之一。

對焊後狀態和經過750℃×32h熱處理的兩組焊接接頭試樣分析發現，這兩組試樣焊接熱影響區的斷口特徵基本相似，呈準理解斷裂，除焊接熱影響區晶粒大小存在顯著的差別外，顯微組織均一致。離焊接熔合線稍遠處的熱影響區細晶區的斷口上存在有大量的韌窩，呈現出明顯的延性斷裂特徵。

鐵素體不鏽鋼斷口具有典型的河流花樣特徵，並存在解理舌。分布於焊接熱影響區斷口的點狀析出物Cr2N、TiC和TiN等對解理裂紋的產生和擴展有促進作用。根據位錯塞積理論(可解釋析出物的作用),從焊接熱影響區斷口形態(河流花樣走向和解理舌的形式)可以判定，放射狀花樣是解理裂紋的發源地，在放射狀花樣中心都有析出物存在。這些析出物在變形過程中強烈地阻礙位錯的運動，造成位錯塞積，產生應力集中，導致解理裂紋在析出物附近形核，然後沿解理面擴展直至斷裂。

在鐵素體不鏽鋼焊接熱影響區中析出物能有效地阻礙位錯的運動，導致解理裂紋的形核。位於解理面上的Cr2N、Tic和TiN析出物周圍有微裂紋存在，不論這種微裂紋是在解理裂紋到達之前形成，還是在解理裂紋擴展過程中出現，都表明析出物的存在削弱了解理面上裂紋擴展阻力，有可能促進了裂紋的擴展。為了防止焊後發生脆性斷裂事故，焊後必須進行熱處理，即850℃退火處理。

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