焊縫金屬中的二次相析出及對(duì)雙相不銹鋼焊管性能的影響_上

1、.焊縫金屬中的二次相析出及對(duì)雙相不銹鋼焊管性能的影響 (上)何德孚12蔡新強(qiáng)2周志江3曹志(1 久立焊管研究所 ;2 久立不銹鋼管有限公司 ;3 浙江久立集團(tuán)公司)摘要分析了雙相不銹鋼及焊縫和熱影響區(qū)中產(chǎn)生的金屬間化合物等二次相形態(tài)及其析出的熱力學(xué)條件 。指出了低合金的雙相不銹鋼焊縫及其熱影響區(qū)中金屬間化合物相的析出 通常是輕微的 ,只是在高合金化的超級(jí)雙相不銹鋼中這個(gè)問(wèn)題才特別嚴(yán)重 。關(guān)鍵詞雙相不銹鋼焊管焊縫熱影響區(qū)二次相金屬間化合物引言相不銹鋼的具體應(yīng)用實(shí)例 。從表 1 可見(jiàn)其主要應(yīng)用范圍都是管道 ,因此雙相不銹鋼受到鋼管 、尤其 是焊管制造商的青睞 。較早應(yīng)用雙相不銹鋼的西 歐國(guó)家按成分

2、把它們分為四組 ,并把其中抗孔蝕 當(dāng)量 PR EN = ( Cr % + 2 . 2 ×Mo % + 16 ×N %) >40 的稱為超級(jí)雙相不銹鋼 ( 見(jiàn)表 2) ,這些鋼種已 用于制 造 焊 管 并 已 列 入 美 國(guó) A S TM 標(biāo) 準(zhǔn) ( 見(jiàn) 表3) 。現(xiàn)行 A S TM 標(biāo)準(zhǔn)中有三項(xiàng)有關(guān)雙相不銹鋼 焊 管 的 標(biāo) 準(zhǔn) , 其 中 A789/ A789M 99 和 A790/ A790M 99 始 訂 于 1981 年 , A928/ A928M 98 始訂于 1994 年 , 說(shuō) 明 國(guó) 外 雙 相 不 銹 鋼 焊 管 已 有20 多年的發(fā)展歷程1 3 。

3、0雙相不銹鋼是國(guó)際上經(jīng)數(shù)十年研究并在 20世紀(jì) 80 年代后期成功投入工業(yè)應(yīng)用的不銹鋼精 品鋼種 ,它既具有鐵素體不銹鋼的高強(qiáng)度高耐腐 蝕性 ,又兼有奧氏體鋼優(yōu)良的塑性及加工性 ,在造船 、核電 、油氣田等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景1 。雙相 不 銹 鋼 的 優(yōu) 良 性 能 是 靠 其 50 % 奧 氏 體 與50 %鐵素體組織狀態(tài)獲得的 。它的冶煉 、熱處理 及焊接加工等難度較大 ,由于含 Ni 量低 ,其制品 強(qiáng)度高 、耐蝕性好 、可降低結(jié)構(gòu)自重 、節(jié)省用材等 因素 ,性價(jià)比優(yōu)于奧氏體不銹鋼 。表 1 列出了雙表 1 在各種工業(yè)部門中雙相和超級(jí)雙相焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例工業(yè)部門無(wú) Mo 、23 %

4、CrPR EN 2522 %Cr 雙相PR EN 303625 %Cr 雙相PR EN 324025 %Cr 超級(jí)PR EN > 40化學(xué)過(guò)程管道泵 、風(fēng)扇 、離心機(jī) 、硫磺熔 化線圈 、化工容器尿素分離塔及反應(yīng)器 、 攪動(dòng)器鹽蒸發(fā)系統(tǒng)管道石化帶 C 鋼 殼 的 管 式 反應(yīng)器脫鹽 、脫硫和蒸餾單元脫硫設(shè)備 ,泵 、套管氯離 子 和 鹽 酸 介 質(zhì) 大小管道果漿和造紙蒸煮 器 、預(yù) 熱 器 和 蒸發(fā)器硫酸 鹽 和 亞 硫 酸 鹽 蒸 煮 器蒸煮器和蒸煮預(yù)熱器含氯漂白設(shè)備核電和火電廠再熱 器 、送 水 加 熱 器地?zé)峋咚僮⑷牍艿責(zé)?條 件 或 含 鹽 海 水 的熱交換器和系統(tǒng)油氣 工 程

5、 ( 海 洋和陸地)冷卻 器 、管 道 輸 送 線 、加壓系統(tǒng)火焰柵欄框架 , H2 S + CO2開(kāi)槽油套管結(jié)構(gòu)酸氣傳輸泵 、海水注入 泵 、鐘型潛水器海水冷卻系統(tǒng)*;·28 ·焊管2004 年 9 月表 2可用于焊管的商品化雙相不銹鋼種注 : 3 w ( Cmax ) :0 . 03 %0 . 04 % ;允許制造商增大 Cr 、Mo 、N 成分以保證 PR EN > 35 。表 3 美國(guó) ASTM 標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼化學(xué)成分要求%注 :A. 按 AS TM E527 標(biāo)準(zhǔn)和 SA E J 1086 標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于金屬和合金編號(hào) ( U N S) 方法建立的新代號(hào) ;B .

6、 Cr % + 3 . 3 ×Mo % + 16 ×N % 。U N S代號(hào)Aw ( C)w (Mn)w ( P)w ( S)w ( Si)w (Ni)w ( Cr)w (Mo)w (N)w ( Cu)w ( W)S318030 . 0302 . 00 . 0300 . 0201 . 04. 506 . 5021 . 023 . 02 . 503 . 500. 080 . 20S315000 . 0301202 . 000 . 0300 . 0301 . 402 . 004. 255 . 2518 . 019 . 02 . 503 . 000. 050 . 10S32550

7、0. 0401 . 50 . 0400 . 0301 . 04. 506 . 5024 . 027 . 02 . 903 . 900. 100 . 251 . 52 . 5S312000 . 0302 . 00 . 0450 . 0301 . 05. 506 . 5024 . 026 . 01 . 502 . 000. 140 . 20S312600 . 0301 . 000 . 0300 . 0300 . 755. 507 . 5024 . 026 . 02 . 503 . 500. 100 . 300 . 200 . 800 . 100 . 50S323040 . 0302 . 500 .

8、 0400 . 0401 . 03. 05 . 521 . 524 . 50 . 050 . 600. 050 . 200 . 050 . 60S392740 . 0301 . 00 . 0300 . 0200 . 806. 08 . 024 . 026 . 02 . 503 . 500. 240 . 320 . 200 . 801. 50A2 . 50S327500 . 0301 . 20 . 0350 . 0200 . 806. 08 . 024 . 026 . 03 . 05 . 00. 240 . 320 . 5S327600 . 051 . 000 . 0300 . 0101 . 0

9、6. 008 . 0024 . 0026 . 003 . 004 . 000. 200 . 300 . 501 . 000 . 501 . 0040 最小BS329000 . 081 . 000 . 0400 . 0300 . 752. 505 . 0023 . 0028 . 001 . 002 . 00S329500 . 032 . 000 . 0350 . 0100 . 63. 505 . 2026 . 0029 . 001 . 002 . 500. 150 . 35S392770 . 0250 . 800 . 0250 . 0020 . 86. 508 . 0024 . 0026 . 0

10、03 . 004 . 000. 230 . 331 . 22 . 0類別制造商鋼種化學(xué)成分 3 / %PR ENw ( Cr)w ( Ni)w ( Mo)w ( N)w ( Cu)其它無(wú) Mo 、23 %Cr 雙相鋼AvestaSA F2304234-0 . 1-25Creusot lndU R35N234-0 . 12-25Sandvi kSA F2304234-0 . 1-2522 %Cr 雙相鋼Avesta2205Bo hlerA903Creusot lndU R 45NFabr . de fer .1 . 4462/ PR E35KruppFalc 223MannesmannA F22

11、 (1 . 4462)225 . 530 . 14-34/ 35 +Nippo n Ko KanN KCr22Sandvi kSA F2205Sumito moSm22Cr (D P8)T EWRemanit 4462ValourecV S2225 %Cr (02 . 5 %Cu)雙相鋼Sumito moD P 3256 . 53 . 00 . 20 . 5W0 . 33825 %Cr 超級(jí)雙相鋼Krupp2VDMFalc 1002573 . 50 . 250 . 7W0 . 741AvertaSA F 25072574 . 00 . 2842 . 5Sandvi kSA F 25072574

12、 . 00 . 2842 . 5WMS + +Zero n 100256 . 53 . 70 . 250 . 7W0 . 741何德孚等 :焊縫金屬中的二次相析出及對(duì)雙相不銹鋼焊管性能的影響 (上)第 27 卷第 5 期·29 ·浙 江 久 立 集 團(tuán) 所 屬 久 立 不 銹 鋼 管 公 司 從2000 年開(kāi)始研制雙相不銹鋼焊管并已有少量產(chǎn) 品供用戶試用 。焊縫金屬中金屬間化合物等脆性相析出是該項(xiàng)產(chǎn)品試制工作開(kāi)始就關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題 ,這是控制雙相不銹鋼焊管質(zhì)量的一個(gè)主要出 發(fā)點(diǎn) 。近十年來(lái)國(guó)外研究者對(duì)此已有大量研究報(bào)此已有大量分析研究 。這些不希望出現(xiàn)的二次相可能是雙相不銹鋼

13、及焊縫金屬中因熱處理或焊接 過(guò)程在 3001 100 影響區(qū)域內(nèi)析出的 ,這種析出傾向既受溫度范圍 、冷卻速度等因素的影響 ,又受合金元素含量的影響 。圖 1 所示為實(shí)驗(yàn)測(cè)定的 典型雙相不銹鋼 D P3 、D P8 及其焊縫金屬中 相( Fe - Cr - Mo 金屬間化合物) 析出的溫度 - 時(shí)間( T TP) 曲線 ,圖 2 為反映各種雙相不銹鋼及焊縫 金屬二次相析出規(guī)律的 T TP 曲線一般特征 ?？梢?jiàn)合金元素含量高的雙相不銹鋼 , T TP 曲線的鼻 子將左移 ,即等二次相將在很短的受熱時(shí)間內(nèi)析出 ,表明析出傾向增強(qiáng) 。、二次奧氏體及氮 化鉻等在 500 以上形成 的 二 次 相 析

14、出 都 比 較快 ,是焊接過(guò)程需要特別關(guān)注的 。500 以下析 出的相等都比較緩慢 ,對(duì)焊接過(guò)程脆化影響相 對(duì)較小 , 但這是雙相不銹鋼制品置于工作溫度上 限時(shí)應(yīng)該注意的 。為了充分認(rèn)識(shí)這些二次相的析 出規(guī)律 ,下面逐一討論它們的形態(tài)特征 。告4 7,本文 是 對(duì) 這 一 問(wèn) 題 的 一 個(gè) 總 結(jié) , 全 文 共分三個(gè)部分 ,這一部分將首先分析雙相不銹鋼及其焊縫和熱影響區(qū)中可能析出的金屬間化合物等 二次相種類和形態(tài) ,然后討論它們析出的熱力學(xué) 條件 。雙相不銹鋼和焊縫金屬中的二次相1雙相不銹鋼在 300 以上時(shí)組織會(huì)產(chǎn)生初始奧氏體 、鐵素體以外的二次相 ,從而使其抗蝕性及 其機(jī)械性能受到損害

15、 ,這是雙相不銹鋼生產(chǎn)和使用過(guò)程中遇到的一個(gè)普遍問(wèn)題 ,文獻(xiàn) 48中對(duì)實(shí)測(cè)點(diǎn)旁所注數(shù)字表示相面積份額/ %圖 1 典型雙相不銹鋼及焊縫金屬中相的 TTP 曲線8·30 ·焊管2004 年 9 月(2) 相立方晶的 X 相是富 Mo 的金屬間化合物相 ,它通常在雙相不銹鋼處在 700900 范圍內(nèi)時(shí)生成 。其成分在無(wú) W 的鋼及焊縫中為20 %28 %Cr , 3 . 0 % 5 . 5 %Ni , 9 % 22 %Mo ;在含 0 . 9 % 4 . 3 % W 鋼及焊縫中為 4 % 17 % Mo ,3 %16 %W4 ,10 。這種 相是亞穩(wěn)態(tài)的 ,當(dāng) 延長(zhǎng)熱處理時(shí)間它

16、即為相所取代 。(3) R 相 三角晶的金屬間化合物相是雙相 不銹鋼處在 550800 溫度范圍內(nèi)時(shí)析出 ,其成 分為 16 % 30 % Cr , 3 % 5 % Ni , 25 % 40 %Mo 4 ,11。圖 2 某些合金元素影響的雙相不銹鋼二次相 TTP 圖6(4)相在 300550 范圍內(nèi)引起的鐵素體分解為富 Fe 的 及富 Cr 的造成 475 脆化4 ,6。但也有人認(rèn)為的形成是一種成核和生1 . 1 二次奧氏體900 以下析出的奧氏體通常稱為二次奧氏 體 ,其析出可理解為鋼或焊縫金屬?gòu)母邷爻醮慰?速冷卻時(shí) ,其平衡鐵素體份額較高 ,以后又因焊接 或熱處理再加熱時(shí)就會(huì)生成比初始高溫

17、奧氏體的N 、Cr 、Mo 含量較低的二次奧氏體 ,其形態(tài)取決于形成的位置及機(jī)理 。經(jīng)常在焊縫金屬中可發(fā)現(xiàn)帶 有尖銳邊緣型的魏氏 ( Widmanstat ten) 體 ,而在焊 縫金 屬 和 熱 影 響 區(qū) 母 材 中 均 可 見(jiàn) 到 的 為 球長(zhǎng)過(guò)程12 。然而 ,其結(jié)果總是使沖擊強(qiáng)度降低 。(5) G 相 在相形成溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期時(shí)效 后會(huì)觀測(cè)到與未滲雜的 Fe - Cr 固溶體經(jīng)常相互 作用生成的富 Si 的立方晶金屬間化合物相 G ,它 是由于 Mo 、Si 及 Ni 的增加而形成4 ,6 ,它會(huì)使沖 擊強(qiáng)度明顯降低 。(6)相 在 22Cr5Ni3Mo 雙相不銹鋼中曾發(fā) 現(xiàn)過(guò)稱為相的

18、斜方晶金屬間化合物 ,它對(duì)性能 的影響不得而知4 ,6 。型4 ,9。不管哪種形式 ,由于其低 N 、Cr 及 Mo 含(7) 相量均對(duì)抗點(diǎn)蝕呈有害傾向 。還有文獻(xiàn) 8 指出二次奧氏體的析出會(huì)促進(jìn)富 Cr 而貧 Ni 的相成核 結(jié)晶 。1 . 2金屬間化合物相 最常見(jiàn)的金屬間化合物是 相 ,它經(jīng)常以足夠多的量析出在雙相不銹鋼及焊縫金屬中 。 相 及 R 相也已在許多雙相不銹鋼及焊縫金屬中觀測(cè)到 ,但大多析出量都很小 。實(shí)際上要確切地分 辨這些相的構(gòu)成量是很困難的 ,因此通?？偸羌?定它們都同樣地使性能惡化 ,而以相作為廣義金屬化合物相的代名詞 ,但實(shí)質(zhì)上它們包含以下多種形態(tài) :(1)相正方晶的

19、 相基本上是 Fe - Cr - Mo ,根 據(jù) 合 金 含 量 不 同 , 它 在 雙 相 不 銹 鋼 處 于6001 100 范圍內(nèi)時(shí)為熱力學(xué)穩(wěn)定相 。相是 富 Cr 、Mo 、Si 及 W 元素 、貧 Ni 及 M n 元素 。依據(jù) 鋼的化學(xué)成分及形成溫度 ,雙相不銹鋼及焊縫金 屬所生成相典型成分為 : 29 % 34 %Cr 、3 %5 %Ni 、3 %9 %Mo 及 07 %W4 ,10 。在 25Cr4Ni4Mo 鐵 素 體 不 銹 鋼 中已知相 ( Fe2 Mo ,laves 相) 也已在雙相不銹鋼中觀測(cè)到 , 但因 相與 R 相極難區(qū)分 , 其認(rèn)定還有 待研究4 。1 . 3氮

20、化鉻雙相不銹鋼處于 700900 范圍內(nèi)可發(fā)生 六方晶的 Cr2 N 析出 , 其 形 成 是 由 于 帶 飽 和 氮 的鐵素體從高溫快速冷卻 ,在等溫處理及涉及焊接 的有關(guān)文獻(xiàn)中也曾介紹過(guò) 。這種析出對(duì)抗腐蝕及沖擊性能都有不利影響4 ,12 。立方晶的 CrN 也在約 1 100 形成的鐵素體 中發(fā)現(xiàn) ,但對(duì)性能影響很小4 。最近探明 CrN 常 以薄膜或微片狀出現(xiàn)在呈棒狀的 Cr2 N 附近13 。相是立方晶的 Fe - Cr - Mo - N 化合物 ,它 已在 22Cr8Ni3Mo 雙 相 不 銹 鋼 焊 縫 金 屬 中 探 測(cè)到41 . 4。碳化物雙相不銹鋼含 C 量很低 ( 見(jiàn)表

21、2) ,碳化物起的作用較小 。然而碳化物的析出仍然是可能的 ,何德孚等 :焊縫金屬中的二次相析出及對(duì)雙相不銹鋼焊管性能的影響 (上)第 27 卷第 5 期·31 ·在 950 以 下 會(huì) 迅 速 析 出 M23 C6 , 而 在 950 1 050 之間則會(huì)析出 M7 C3 4 ,值得注意的是碳 化物的析出會(huì)促進(jìn)相之類有害相的形成 ,因?yàn)?它為后者提供了成核空間 。1 . 5 其它相含 1 . 5 %3 . 0 %Cu 的雙相不銹鋼在 850 附近會(huì)生成面心立方晶富 Cu 的相 ,它會(huì)使沖擊 韌性降低而強(qiáng)度增加4 ,6 。率隨退火溫度上升而減緩 ,但延長(zhǎng)時(shí)效時(shí)間以后4 ,7

22、相最終數(shù)量是不變的 。也有研究認(rèn)為帶有較低鐵素體含量比的雙相不銹鋼在緩慢冷卻中將 使金屬間化合物析出更迅速4 ,6 。鐵素體含量及鐵素體成分的明顯變化在焊縫 中是常見(jiàn)的 。已經(jīng)證明狹窄的條狀鐵素體通常更 富集合金元素而促進(jìn)金屬間化合物形成 ,在這些 區(qū)域析出就會(huì)更明顯 。2 . 1 . 2合金元素的影響 合金元素對(duì)雙相不銹鋼和焊縫金屬中相等二次相的 T TP 曲線影響如圖 1 圖 2 所示 。總 體上講較高合金元素含量 , 特別是 Cr 、Mo 、W 及 Si 含量提高意味著擴(kuò)展穩(wěn)定 析 出 的 時(shí) 間 - 溫 度 區(qū)域 ,并使其 T TP 曲線鼻子左移 。以下為常用合 金元素對(duì)金屬間化合物形

23、成的具體影響4 7 ,14 :2205 型雙相不銹鋼焊縫金屬在 650測(cè)到富 Mo 、Cr 及 Si 的晶界薄膜4 ,11 。時(shí)觀2金屬間化合物相析出熱動(dòng)力學(xué)雙相不銹鋼及焊縫金屬會(huì)在鐵素體晶粒內(nèi)或鐵素體/ 奧氏體晶界上發(fā)生金屬間化合物析出 ,其 基本原因是 1 000 以下鐵素體的不穩(wěn)定性及溶質(zhì)在鐵素體中的擴(kuò)散速度高于奧氏體中 ,因此鐵 素體成分及晶內(nèi)及晶粒外 ,適合成為成核場(chǎng)所的數(shù)目和性質(zhì) ,對(duì)析出熱動(dòng)力學(xué)及析出溫度范圍有很強(qiáng)的影響 ,此外不同合金元素對(duì)析出反應(yīng)的作 用及材料的熱履歷也是應(yīng)考慮的因素4 ,14 。2 . 1 鐵素體成分本質(zhì)上講鐵素體成分取決于鋼或焊縫金屬的 平均成分及其鐵素體

24、含量 。熱處理溫度或焊縫金屬冷卻速度及隨后焊縫道次的再加熱也會(huì)明顯地 影響鐵素體成分4 ,7 ,11 。2 . 1 . 1 鐵素體成分和元素的分割 ( Partitio ning)對(duì)一個(gè)給定的平均成分 ,較高的鐵素體含量 形成合金元素含量較低的鐵素體 ,而較低的鐵素體含量則會(huì)形成 Cr 、Mo 、Si 這類鐵素體穩(wěn)定元素 含量較高的鐵素體 。焊縫的快速冷卻 ,特別是單道焊縫給元素分割的時(shí)間很少 ,因此其鐵素體和奧氏體的成分更為相近 ,多道次焊縫及較高熱輸 入會(huì)給出更多的元素分割時(shí)間 ?？焖倮鋮s也造成 較高鐵素體含量 ,從而使鐵素體中合金元素含量(1) Cr 和 MoCr 和 Mo 的增加會(huì)增大

25、析出速率并使 相析出的溫度區(qū)向更高溫度區(qū)域 移動(dòng) ,特別是 Mo 尤甚 。(2) SiSi 會(huì)富集在相中并促進(jìn)相形成 。 (3) NiNi 含量增加會(huì)降低鐵素體比率及最 大相份額 。然而降低鐵素體比率會(huì)使鐵素體中 Cr 和 Mo 更富集 ,從而加速相析出 。此外 Ni 也使相穩(wěn)定區(qū)向較高溫度區(qū)域移動(dòng) 。(4) NN 是現(xiàn)代雙相不銹鋼中極為重要的合金元素并已發(fā)現(xiàn)它將延緩相之類金屬間化合 物的析出 ,因此用 N 取代一部分 Ni 雖有增加氮 化物析出的危險(xiǎn) ,但可降低相的析出 。(5) WMo 及 W 含量較低的雙相不銹鋼中 ,相是主 要 金 屬 間 化 合 物 , 但 相 也 可 能 存 在 。

26、 Cr 的加入促使相轉(zhuǎn)變?yōu)?相 。另一方面 Mo 和 W 對(duì) 相有很強(qiáng)的親和力 ,特別是 W 會(huì)在相形成前促進(jìn) 相的形成 ,因此恰當(dāng)?shù)?W 含量是 相析出很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力并促使 相成核 。此外 W 還 會(huì)增加相的高溫穩(wěn)定性 ,從而需要較高的固溶退火溫度才能消除它 ; W 的加入至少在時(shí)效初始 階段促成 相呈更細(xì)小 、更均勻的分布 ,而 Mo 則促成相呈大塊析出 。但是 W 對(duì)焊縫金屬析出是否跟母材完全一樣尚不清楚 ,因?yàn)闊崧臍v 、成分 和元素分布可能對(duì)此有明顯影響 。(6) Cu在鐵素體不銹鋼中加入 2 %Cu 會(huì)減 緩相析出 ,但在雙相不銹鋼中尚未注意到這一較低4 ,7。同樣 ,較高溫度熱處理會(huì)

27、造成鐵素體體積份額增加及合金元素較低的分割 ,因此鐵素體析出 金屬間化合物的敏感性降低 ,但是二次奧氏體生成將上升 ,在某些環(huán)境下 ,氮化物析出將增加4 。已有研究表明 : 較高的退火溫度將減緩冷卻過(guò)程 中的金屬間化合物相析出 ,更確切地講是成核速·32 ·焊管2004 年 9 月影響 。(7) M n驅(qū)動(dòng)力在較低溫度時(shí)是強(qiáng)的 ,而擴(kuò)散則在溫度高時(shí)更快 。因此 ,成核結(jié)晶在加熱時(shí)迅速開(kāi)始 ,而溫 度升高后第二階段迅速生長(zhǎng) 。冷卻過(guò)程對(duì)這種析 出條件則不太有利 : 快速生長(zhǎng)溫度早在快速成核溫度前就已達(dá)到 ; 等溫處理中成核和生長(zhǎng)是在同樣溫度下發(fā)生的 。2 . 4 相的析出熱動(dòng)

28、力學(xué)如上 所 述 , 取 決 于 鋼 的 成 分 , 相 在 600 1 100 溫度區(qū)間內(nèi)的某一段為穩(wěn)定相 ,而此時(shí)鐵 素體呈熱動(dòng)力學(xué)亞穩(wěn)態(tài) , 即有分解為奧氏體和 相的趨勢(shì) 。所幸的是由于相系包含 32 個(gè)原子 的大正方晶晶胞而生長(zhǎng)緩慢 。鐵素體/ 奧氏體晶界是通常的成核場(chǎng)所 ,晶界 上的碳化物粒子促進(jìn)了相的成核 ; 晶界碳化物 消耗完鄰近的含 Cr 鐵素體晶陣中的金屬原子 ,促 使鐵素體向奧氏體相變 ,局部富 Cr 及 Mo 的鐵素 體促進(jìn)了相的生成 。有報(bào)告稱相容易在、 及碳化物等三相交點(diǎn)上成核 ,但也有報(bào)告稱相 也會(huì)在鐵素體晶粒內(nèi)或在奧氏體 - 奧氏體晶界上 成核4 。許多報(bào)告認(rèn)為鐵

29、素體會(huì)共析分解成聚集體 和二次奧氏體 。二次奧氏體的析出使鄰近鐵素體晶陣富 Cr 及 Mo ,從而促成了相形成 ;相形成又耗盡了鄰近鐵素體晶陣中這些元素而促成更多 二次奧氏體的形成及共析組織的構(gòu)成形式 。然而 在相生成溫度區(qū)域上端也觀測(cè)到?jīng)]有伴生奧氏M n 的加入使析出速率增加 , M n 含量增加還擴(kuò)展相析出的溫度范圍 。(8) C C 阻止、 這類低 C 固溶體相的形 成 ,然而碳化物會(huì)通過(guò)提供成核位置而促進(jìn)其它金屬間化合物相的形成 。(9) 其它元素 在鐵素體不銹鋼中曾講過(guò) Al 能阻止析出 , Pb 和 Ru 則已發(fā)現(xiàn)會(huì)促進(jìn)無(wú)鉬雙相 不銹鋼中相的形成 。2 . 2成核結(jié)晶(1) 變形的

30、影響 變形加工過(guò)的材料 ,即熱軋 或冷加工過(guò)的材料由于較高的位錯(cuò)密度提供了成 核結(jié)晶場(chǎng)所及更迅速的擴(kuò)散通道 ,金屬間化合物 相的成核結(jié)晶比較容易 。(2) 凝固模式的影響相邊界能否提供成核 場(chǎng)所取決于它們的慣性 ,通常以全部鐵素體模式 凝固的雙相焊縫金屬凝固過(guò)程中合金元素偏析很 微小而可略去不計(jì) ,隨后在固態(tài)下生成的奧氏體 經(jīng)常與鐵素體構(gòu)成一定的定向關(guān)系 ,形成低能鐵 素體/ 奧氏體邊界4 。然而在擁有鐵素體 - 奧氏 體混合凝固模式的焊縫金屬中這種定向關(guān)系很少 共有 ,高能邊界將會(huì)形成 ,明顯的偏析將在這種混 合凝固過(guò)程中發(fā)生17 ,因此在某些區(qū)域鐵素體將 較高合金化 ,成核容易 ,偏析也將

31、更迅速地發(fā)生 。 (3) 晶核由不恰當(dāng)熱處理或不充分固溶熱 處理所形成的金屬間化合物相殘留物 ,會(huì)使成核 階段被短路而對(duì)析出速率有巨大的影響 ,因此為 防止析出并使所有的金屬間化合物相被固溶 ,固 溶退火在足夠高溫度下執(zhí)行 。大多數(shù)雙相不銹鋼 在 1 100 以上溫度退火都可使金屬間化合物相 固溶 。合金含量較低的可略微降低退火溫度 ,超 級(jí)雙相不銹鋼必須用較高的退火溫度 。添加填充 金屬的焊縫因?yàn)樘岣?Ni 含量而使相穩(wěn)定溫度 向更高溫度區(qū)域移動(dòng) ,其焊縫金屬應(yīng)在比相應(yīng)鋼種更高的溫度固溶處理 。 碳化物或氮化物的存在也促進(jìn)成核結(jié)晶 。2 . 3熱循環(huán)的影響 加熱過(guò)程比冷卻過(guò)程中金屬間化合物相

32、形成得更快 ,冷卻過(guò)程推遲了與 T TP 圖相關(guān)的連續(xù)冷卻溫度 ( CC T) 曲線中的析出 ,其理由是成核結(jié)晶體的相4 ,6 ,7。2 . 5 相的析出熱動(dòng)力學(xué)已經(jīng)觀測(cè)到在 700900 區(qū)間內(nèi)立方晶的 相成核比 相還要快 ,當(dāng)它與奧氏體及鐵素體 局部相匹配時(shí)就會(huì)促成成核結(jié)晶 。然而高溫下長(zhǎng)時(shí)間暴露后 , 相作為 相晶核而完成分 解 為相 。但也有報(bào)告說(shuō)在 400700 區(qū)間內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間5 7暴露也會(huì)有 相析出 。2 . 6 R 相析出熱力學(xué)至今對(duì) R 相析出的專門研究甚為稀少 ,有報(bào) 告稱它在 600700 長(zhǎng)時(shí)間暴露后形成 ,但也有 稱在 22Cr9Ni3Mo0 . 15N 雙相不銹鋼焊縫金

33、屬中發(fā)現(xiàn) ,在 800 才觀測(cè)到初次析出的 R 相且在延 長(zhǎng)暴露后最終轉(zhuǎn)變?yōu)橄?,在超級(jí)雙相鋼中 R 相 卻在 800 長(zhǎng)時(shí)間時(shí)效后才觀測(cè)到 ,說(shuō)明對(duì)其析何德孚等 :焊縫金屬中的二次相析出及對(duì)雙相不銹鋼焊管性能的影響 (上)第 27 卷第 5 期·33 ·出規(guī)律認(rèn)識(shí)還很不充分4 。2 . 7 雙相不銹鋼 ( 焊縫熱影響區(qū)) 及焊縫金屬的T TP 圖下面分別用 T TP 圖反映合金元素 、固溶處理 溫度及機(jī)械變形對(duì)各種雙相不銹鋼焊縫熱影區(qū)及焊縫金屬析出熱動(dòng)力的影響 。值得注意的是 ,由 于測(cè)量微小析出量時(shí)涉及到實(shí)驗(yàn)困難 ,不同研究 者對(duì)同一鋼種測(cè)定的 T TP 曲線有時(shí)略有差

34、異 。(1) 雙相不銹鋼焊縫熱影響區(qū) 圖 3圖 6 所 示 各種雙相不銹鋼在不同條件下實(shí)測(cè)的 T TP曲圖 3 S31803 鋼在熱軋及熱軋退火狀態(tài)下形成小于3 %、大于 14 %金屬間化合物相的 TTP 圖4圖 6 29Cr6 Ni2 . 2Mo0 . 8 N 超級(jí)雙相合金的析出相曲線線 ,這些曲線表明 :低合金雙相不銹鋼焊縫熱影響區(qū)不大可能析出相 ,而高合金的鋼種則有很大 的可能性 ,因?yàn)?22Cr 及較低合金鋼種等溫時(shí)效幾分鐘以后也觀測(cè) 不 到 金 屬 間 化 合 物 相 明 顯 的 析出 ,而 25Cr 級(jí) 別 鋼 種 經(jīng) 約 100 s 時(shí) 效 就 產(chǎn) 生 析 出 。如上所述 ,加熱

35、過(guò)程比冷卻過(guò)程或等溫?zé)崽?理過(guò)程析出更為迅速 ,因此從理論上講焊接過(guò)程 會(huì)比 T TP 或 CC T 曲線預(yù)測(cè)的析出更為迅速 。但 實(shí)測(cè)表明對(duì)雙相及雙相不銹鋼這種影響非常小或 略去不計(jì) 。圖 3圖 8 這些曲線可放心地應(yīng)用于 焊縫熱影響區(qū)的預(yù)測(cè)4 。圖 4 UNS31803 鋼的相變圖4圖 5 S32750 鋼中觀測(cè)到的各種析出相的 TTP 曲線12圖 7 不同成分雙相焊縫金屬推測(cè)性 TTP 圖16·34 ·焊管2004 年 9 月(2) 焊縫金屬的 T TP 曲線圖 1 及圖 7圖9 的 T TP 曲線同樣表明高合金化的超級(jí)雙相不 銹鋼焊縫金屬中析出將可能很明顯 ,而在

36、22Cr 級(jí) 別焊縫中則問(wèn)題不大 ,因?yàn)閹缀跛袑?shí)測(cè)數(shù)據(jù)均 表明 22Cr 焊縫金屬至少 12 min 以后通常也不會(huì) 在 等 溫 時(shí) 效 中 觀 測(cè) 到 明 顯 的 相 析 出 。而25Cr 鋼則經(jīng) 3050 s 時(shí)效就會(huì)產(chǎn)生析出 ,跟相應(yīng) 鋼種相比較 ,焊縫金屬的 T TP 曲線略趨于向左向上 ,即向時(shí)間略短 、溫度略高的區(qū)域移動(dòng) 。值得注 意的是 :這些都是在添加含 Ni 量略高填充金屬條件下測(cè)得的 T TP 曲線 。如果不加填充金屬 ,筆者 認(rèn)為 T TP 曲線的移動(dòng)將更為微小 。此外 ,除非是單道焊縫 ,否則還應(yīng)考慮后道焊縫對(duì)前道焊縫的 重復(fù)熱影響 ,焊縫金屬與母材 T TP 曲線上

37、的時(shí)間 數(shù)據(jù)有時(shí)不能作直接比較 。(未完待續(xù))圖 822Cr9 Ni3Mo0 . 15 N 雙相焊縫金屬中R 相及相的 TTP 圖11參考文獻(xiàn)1何德孚 ,曹志 . 我國(guó)應(yīng)重視鐵素體及鐵素體/ 奧氏體雙相不銹鋼管材的開(kāi)發(fā). 鋼管 ,2001 ,30 (6) :410AS TM . 2000 Annualy Boo k of AS TM Standar S . Daris J R. Metal Handboo k Z. ASM inter ,1998Karlsso n L . Intermetallic p hase p recipitatio n in duplexstainless steel

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39、behavior of p hase in duplexstainless steels and weld metals J . Weldin g in t heWorld ,2000 ,44 (2) :1721Nilsso n J O. Seco ndary austenite formatio n and it s rela2 tio n to pit ting corrosio n in duplex stainless steel weld metal J . Materials Science and Technolo gy ,1995 (11) :276283Nilsso n J

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42、 . 8 Mo0 . 25NWCuN :25 . 6Cr9 . 2Ni3 . 6 Mo0 . 9 W0 . 6Cu0 . 23N WN :25 . 7Cr9 . 6Ni3 . 1 Mo2 . 3 W0 . 6Cn0 . 24N冷卻速度 : A :720°/ 分 ,B :360°/ 分C :180°/ 分°,D :90/ 分 , E :45°/ 分圖 9 超級(jí)雙相焊縫金屬的性能曲線121314何德孚等 :焊縫金屬中的二次相析出及對(duì)雙相不銹鋼焊管性能的影響 (上)第 27 卷第 5 期·35 ·stainless steel a

43、nd t he effect s of Ni and N J . Weldin g inter ,1991 ,5 (4) :277282Nilsso n J O. Microst ruct ural stability and mechanicalp reperties of a high nit rogen super duplex stainless steel C . Proc. Co nf . Hi gh Nit rogen Steel98 , Helsinki , Frn2 dand & Stockholm ,Sweden ,May 1998Van Nassau. Weldi

44、ng duplex and super duplex stainless steels - A guide for indust ryJ , Weldin g in t he World.1993 ,31 (5) :323343何德孚 ,曹志 . 不銹鋼焊管焊縫中心線凹陷凝固裂縫感性研究 J . 焊管 ,2003 ,26 (1) :1524第一作者何德孚 ,現(xiàn)任久立焊管技術(shù)研究所所長(zhǎng) , 曾任上海交通大學(xué)焊接教研室主任 、教 授 、博士生導(dǎo)師 ,上海焊接技術(shù)研究所所長(zhǎng) 。曾在焊管等國(guó)內(nèi)外期刊發(fā)表論文 60 余篇 。通訊地址 :15上海田 林 14 村 45 號(hào) 1101話 :021 - 640

45、84491郵 編 : 200233電1617(收稿日期 :2003 - 05 - 06)編輯 黃蔚莉歡迎訂閱管道技術(shù)與設(shè)備雜志信息量大 適用范圍廣 實(shí)用性強(qiáng)郵發(fā)代號(hào) :8 145 國(guó)內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào) : CN21 1312/ T H 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)刊號(hào) : ISSN1004 9614單價(jià) :3 . 8 元/ 冊(cè)全年價(jià) :22 . 8 元管道技術(shù)與設(shè)備雜志經(jīng)國(guó)家科委 、新聞出版署批準(zhǔn)的 ,國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行的國(guó)家級(jí)優(yōu)秀科技期刊 。本刊是國(guó)家科技論文統(tǒng)計(jì)用刊 ,中國(guó)學(xué)術(shù)期刊綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)源期刊 , 中國(guó)學(xué)術(shù)期刊 (光盤版) 、中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)、中國(guó)石油 文摘數(shù)據(jù)庫(kù)等多家著名數(shù)據(jù)庫(kù)收錄期刊 。管道技術(shù)與設(shè)備雜志

46、面向原油 、成品油 、天然氣 、化工 、熱力管網(wǎng) 、煤氣 、城市給水管網(wǎng) 、煤漿 、礦漿 、冶金等與管道 輸送有關(guān)的行業(yè) 。刊載內(nèi)容為應(yīng)用于管道系統(tǒng)的新技術(shù) 、新工藝 、新產(chǎn)品 、新經(jīng)驗(yàn)及發(fā)展動(dòng)態(tài) ,設(shè)置了設(shè)計(jì)與研究 、管件與 設(shè)備 、施工與焊接 、腐蝕與防護(hù) 、控制與測(cè)量 、清洗技術(shù) 、經(jīng)驗(yàn)與交流 、國(guó)外管道技術(shù) 、市場(chǎng)動(dòng)態(tài)信息等欄目 ,富于創(chuàng)新性 、實(shí)用性 ,特別適合于在科研單位 、大專院校和施工單位從事管道系統(tǒng)設(shè)計(jì) 、施工 、控制及維護(hù)的技術(shù)人員以及從事管道輸送工藝研究的技術(shù)人員 。管道技術(shù)與設(shè)備雜志國(guó)內(nèi)外發(fā)行 ,大 16 開(kāi)本 ,雙月 25 日出版 。全國(guó)各地郵局均可訂閱 。管道技術(shù)與

47、設(shè)備雜志竭誠(chéng)為您推廣新技術(shù) 、新材料 、新產(chǎn)品 ,提高產(chǎn)品知名度 ,擴(kuò)大企業(yè)的影響 。為您提供優(yōu)質(zhì)服 務(wù) ,幫您開(kāi)拓市場(chǎng) 。熱忱歡迎您刊登廣告 。通訊地址 :沈陽(yáng)市大東區(qū)北海街 242 號(hào)編輯部電話 :024 - 88718630廣告部電話 :024 - 88524579 88718436郵編 :110043傳真 :024 - 88524579稿件 E2mail :info i2s. co m. cn廣告 E2mail :ad i2s. co m. cn歡迎登陸 http :/ www. pipel inenet . com 瀏覽更詳細(xì)內(nèi)容歡迎訂閱 2005 年金屬制品期刊中國(guó)期刊方陣“雙百期

48、”全國(guó)冶金系統(tǒng)優(yōu)秀科技期刊全國(guó)優(yōu)秀科技期刊河南省優(yōu)秀科技期刊金屬制品是鄭州金屬制品研究院主辦 ,全國(guó)金屬制品行業(yè)唯一國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行的專業(yè)科技期刊 ,重點(diǎn)報(bào)道鋼絲 、鋼繩 、鋼纖維 、焊絲 、鐵釘 、鋼絲網(wǎng)等產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù) 、工藝裝備 、科研成果 、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)技術(shù)動(dòng)態(tài) ,設(shè)有生產(chǎn)工藝 技術(shù)研究 、產(chǎn)品開(kāi)發(fā) 、設(shè)備研制與使用等欄目 ,以其較強(qiáng)的權(quán)威性 、導(dǎo)向性 、實(shí)用性 ,成為金屬制品及相關(guān)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步 、創(chuàng)新發(fā)展不可多得的資源 ,備受廣大讀者的青睞 。金屬制品還可為企業(yè)及設(shè)備等相關(guān)企業(yè)發(fā)布廣告 ,其影響范圍廣 ,宣傳力度大 ,已被眾多廣告刊戶近年來(lái)所獲得 良好的社會(huì) 、經(jīng)濟(jì)效益所證實(shí)

49、。在本刊彰顯企業(yè)風(fēng)采 ,展示企業(yè)實(shí)力是您最佳的選擇 。雙月刊 ,1972 年創(chuàng)刊 ,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 連續(xù)出版物號(hào) : ISSN1002 4226 國(guó)內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào) : CN41 1145/ T G本刊為大 16 開(kāi) 64 版 ,雙月底出版 ,全年訂價(jià) (含郵費(fèi) 40 元) ,自辦發(fā)行 。地址 :河南省鄭州市中原西路 142 號(hào) 郵編 :450007電話 :0371 - 7611142 7634401 傳真 :0371 - 7634374 E2mail :jszp bjb 125 . co m單位 :鄭州金屬制品研究院銀行 :建行桐柏路支行 賬號(hào) :41001519010050001604 匯入地 :河南

50、省鄭州市第 27 卷第 5 期英 文 摘 要·75 ·st ru2ct ures a cross slide block , Indust rial co nt rol co mp uter , co nt rol interface circuit ,V ID EO - PCI - XR image collectio n card and CCD sensor AC4064 I/ O board ,etc. . It is t hrough informatio n management of weld seam , t he movement of co nt rol

51、 executing mechanism during t he welding to achieve t he effect of weld seam t racking. The t racking system co m2 bines sut ra P ID co nt rol and ambiguous co nt rol to auto matic t racking to t he out side weld seam and imp rove t he t racking system accuracy.Key words :spiral welded pipe welded s

52、eam intelligence t racking ambiguous co nt rolEff ecting Factor Analysis to Wel ded Sea m Impacting Tough2ness of ERW Wel ded PipeFeng Zhaot an g , X ie S hi qi ang , S u Ten gt ai ( 22)Abstract :How to increase t he welded seam impacting tough2 ness of ERW pipe is a great p roblem amo ng t he technology of pipe manufact ure. The article analyzes t hat all factors effect impacting tou