超级奥氏体不锈钢254SMo TIG焊接头组织及耐蚀性能研究

发布时间：2020-03-01 20:32

【摘要】：超级奥氏体不锈钢254SMo因含有大量铬、镍、钼等耐蚀元素,而具有优异的耐腐蚀性能、较高的机械性能以及优良的抗氧化性能,因而被广泛用于腐蚀条件苛刻的环境,特别是高温下高氯离子的腐蚀环境中,254SMO可与高耐蚀的镍基耐蚀合金媲美,且成本优势显著,目前该钢种已经成为海水淡化、烟气脱硫、污水处理等设备重要腐蚀部件的制作材料。254SMo钢因其独特的相变特点及其复杂的合金成分,在焊接加工过程中,往往导致热影响区(HAZ)奥氏体晶粒的粗化及第二相的析出,从而引起254SMo钢焊接接头力学性能及耐蚀性能的下降,大大缩短焊接结构的使用寿命。本文利用GLEEBLE3800对254SMo焊接热影响区进行了组织模拟分析,并在此基础上进行钨极氩弧焊,系统研究了不同焊接工艺参数下,焊接接头组织与力学性能、耐蚀性能之间的关系。首先,本文利用GLEEBLE_3800对254SMo热影响区组织进行模拟试验,采用光学显微镜、扫描电镜等手段研究了热输入及冷却时间t12/8对热影响区组织性能、显微硬度及第二相析出规律的影响。研究结果表明,随着热输入的增大,奥氏体晶粒尺寸逐渐增加,组织显微硬度下降,当热输入值大于1.50 kJ/mm时,奥氏体晶粒边界开始析出Sigma相并逐渐增多,晶粒内部并没有发现Sigma相。其次,根据模拟试验对254SMo进行实际的TIG焊试验,利用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度及夏比冲击等手段研究了热输入对254SMo焊接接头组织性能及力学性能的影响规律。研究结果表明,接头焊缝组织的凝固为全奥氏体凝固。随热输入的增大焊接接头韧性逐渐变差,显微硬度先增大后减小,热输入为1.56 kJ/mm时达到最大值,当热输入增大为2.83 kJ/mm时,热影响区有σ相析出。最后,采用电化学工作站对254SMo实际焊接接头进行了电化学腐蚀试验,研究了热输入对焊接接头耐点蚀性能的作用规律。研究结果表明热输入低于2.04 kJ/mm时,热影响区维钝电流密度ip较小,击穿电位Epit较高,二次钝化电流较小,说明在热输入低于2.04 kJ/mm时钝化膜致密,且自我修复能力好,具有良好的耐点蚀性能。随着热输入的增加,焊接接头的耐蚀性能变差,热输入为2.83 kJ/mm时耐蚀性最差,。综合考虑热输入对超级奥氏体不锈钢254SMo焊接接头组织性能、力学性能及耐点蚀性能的影响,本文推荐在实际TIG焊接生产中适宜采用的热输入范围为0.97~2.04kJ/mm。
【图文】：

晶内析出,晶界,不锈钢,焊接性

图 1.1 Sigma 相在不锈钢晶界和晶内析出[6] phase precipitated along and inside boundary of sta钢焊接性焊接性与普通奥氏体不锈钢相比具有更好

氯离子介质,不锈钢,点蚀孔

-beared solution图1.2表示不锈钢在含腐蚀性氯离子溶液中的点腐蚀过程。现在以此为例说明不锈钢中点蚀孔的发展：在孔蚀源最开始形成时，内部的不锈钢表面便显出活性状态，电位相对较负；而孔外不锈钢表面则表现为钝化状态，因此电压相对较正。这样孔-内外的表面便组成了活化-钝化电化学腐蚀模型。在点蚀孔内部阳极化学反应式为(1-1)而点蚀孔表面，在含腐蚀性氯离子的介质中，钝化膜阴极化学反应为(1-2)由式子(1-2)可以看出，随着阴极反应的不断进行，点蚀孔外部介质溶液中碱性增强，溶液中的碳酸氢钙逐渐变化生成为 CaCO3。介质中的难溶性沉淀会在点蚀孔口周围富集堵塞从而导致所谓的闭塞电池的产生。形成的闭塞电池使得点蚀孔内外的物质迁移过程受到阻碍，导致点蚀孔内部腐蚀性氯离子的含量增加，加快上述化学式的反应进程，点蚀孔外部介质的 pH 值降低会在很大程度上促进点蚀孔内阳极溶解速度。由于受到自催化与介质重力的双重影响，腐蚀愈加严重，，蚀孔深度逐渐增加最后甚至会穿透整个金属。缝隙腐蚀顾名思义是由于缝隙的存在，导致电解液移动受阻，特别是有氯离子的电解液
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG457.11

【参考文献】