超低碳双相不锈钢焊缝组织及力学性能研究
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图片说明： 析出，因此层间温度应控制在150℃以下[5]。为了保证焊透，同时考虑到焊接热输入也会影响焊缝两相比例，综合考虑，热输入的值控制在0.5~1.5kJ/mm[6]。具体的焊接工艺和焊接坡口见表2和图1。其1#、2#为钨级氩弧焊试样，3#为焊条电弧焊试样。双相不锈钢的出色性能与其组织中的相比例有密切的关系，根据双相不锈钢的等温转变曲线和双相不锈钢冷却连续转变曲线，选取3个固溶温度分别为950、1050、1150℃，并保温1h，以大于25℃/s的冷却速度快速水冷[7]。2结果及分析2.1焊态组织和相比例分析图2是利用AxioScope.A1蔡司显微镜拍摄的3个试样的焊缝和热影响区的组织，所用的腐蚀液为5ml盐酸+1g苦味酸+100ml酒精溶液。表3是根据ASTME562《用系统人工点计数法测定体积分数的试验方法》记录的3个试样焊缝和热影响区中的奥氏体的体积分数。00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢焊缝在凝固初始时，几乎全是铁素体组织。进一步冷却过程中，奥氏体相在铁素体晶界开始生核长大。冷却到室温后形成铁素体-奥氏体双相组织。由图2(a)、(b)、(c)可知，在焊缝组织中，奥氏体相为羽毛状的铸态组织。由于采用了多层多道焊，后一层对前一层起到热处理的作用能让焊缝中的奥氏体有充足的时间从铁素体中析出，形成奥氏体占优的焊缝组织。为了保证00Cr22Ni5Mo3N双相钢接头的综合性能，所以要保证焊缝中铁素体的含量控制在30%~45%为宜[7]。在焊接过程中，焊缝附近的热影响区组织经受60°60°4422图1坡口形式及焊接层次示意图Fig.1Diagramofweldingbevelandweldingprocess(a)SMAW(b)GTAW(e)2#热影响区(f)3#热影响区(c)3#焊缝(d)1#(a)1热影响区#焊缝(b)2#焊缝100μm100μm100μm100μm100μm1
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图片说明： HotWorkingTechnology2015,Vol.44,No.23了焊接热循环的特殊热处理。对比图2(d)、(e)、(f)，因为1#试样采用了较小的热输入使得冷却速度加快，热影响区中奥氏体来不及充分析出，所以热影响区中的铁素体含量过高。图2(e)、(f)相比较，在相同的热输入的情况下，由于SMAW对接头的保护作用差使得热影响区的组织粗大，铁素体含量也较高。所以3组试样中2#试样的接头组织最接近1:1。2.2拉伸试验根据GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验》，用UTM5205X型电子万能试验机对3种不同焊接工艺下的试样进行拉伸试验。图3为横向拉伸试样尺寸，每个试样测2次取其平均值，见表4。因为1#、2#试样接头热影响区的组织和相比例接近1:1，因而其力学性能也会更好，它们的断裂位置在母材也证明了其力学性能已经接近甚至高于母材。3#试样由于接头受到多次热循环的影响，造成铁素体晶粒粗大，降低了接头的抗拉强度，因此断裂处在焊缝。同时根据雒设计等[8]研究显示，00Cr22Ni5Mo3N双相钢焊缝析出物为Fe-Cr-Mo的金属间化合物σ相。接头中有σ相的存在阻碍了奥氏体和铁素体相内的位错运动，产生位错塞积，，位错聚集在σ相周围会产生应力集中[9]，导致材料脆性开裂，从而使接头的韧性和塑性显著下降。2.3硬度测试采用HXD-1000TMSC/LCD显微硬度计测试硬度，加载4.903N，加载时间15s。从母材、热影响区、焊缝金属依次测量，每个区域均测量3次，测量结果如图4所示。由于铁素体相的强度要高于奥氏体相，所以铁素体相的显微硬度要高于奥氏体相的显微硬度。由图4可知，热影响区的硬度最高，这是由于获得接头的热影响区中的铁素体相含量增多所致。同时，在接头焊接过程中，所采用的焊丝比母材含有更多的合金元素含量。Cr、Mo、Ni原子能
【作者单位】： 江苏科技大学材料科学与工程学院;
【分类号】：TG457.11
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本文编号：2513671
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