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钴基表面堆焊超低碳奥氏体不锈钢的金相试验分析

更新时间:2009-03-28

0 前言

w(C)不超过0.03%的奥氏体不锈钢具有优异的力学性能、耐晶间腐蚀性能,在工程领域应用广泛。与钴基合金利用表面堆焊方式结合,耐磨性能的加强更加扩大此种奥氏体不锈钢的适用范围。

依据材料标准:奥氏体不锈钢在w(C)超过0.03%时,应进行加速晶间腐蚀试验[1]。因而当在w(C)不超过0.03%时,奥氏体不锈钢被认为耐晶间腐蚀性能良好,延伸认为以w(C)不超过0.03%的奥氏体不锈钢为母材的耐磨钴基合金堆焊零件拥有良好的耐晶间腐蚀性能。经查阅相关文件:异种金属存在的碳含量差异在焊接过程会发生碳迁移[2]现象,耐晶间腐蚀性能将因此而下降。因此认为,超低碳奥氏体不锈钢耐磨钴基堆焊的耐晶间腐蚀性能值得研究。采用00Cr18Ni10N奥氏体不锈钢表面钴基堆焊后的零件进行晶间腐蚀前后2种状态进行金相试验,研究 w(C)低于 0.03%的奥氏体不锈钢钴基堆焊金相的变化,判断耐晶间腐蚀性能变化,以期为焊接领域的专家对该方面的研究提供一点有意义的参考。

1 堆焊工艺

焊接采用氧乙炔火焰堆焊,材料为超低碳奥氏体不锈钢(材料牌号00Cr18Ni10N),焊丝为钴基合金焊丝(AWS A5.21 ERCoCr-A), 母材和焊丝的化学成分见表1。

 

表1 母材和焊材化学成分(质量分数)(%)

  

材料牌号 C Si Mn S P Ni Cr Mo 00Cr18Ni10N ≤0.03 ≤1.0 ≤2.0 ≤0.015 ≤0.0309.0~10.018.5~20.0 —ERCoCr-A 0.8~1.4 ≤2.0 ≤1.0 — — ≤3.026.0~32.0 ≤1.0材料牌号 Cu Co B W Al N Nb+Ta Fe 00Cr18Ni10N ≤0.20 ≤0.10 ≤0.001 5 — ≤0.050≤0.080 ≤0.15 余量ERCoCr-A — 余量 — 3.0~6.0 — — — ≤3.0

堆焊后的后热处理分别采用3种常用形式:空冷、焊后350℃后热随炉缓冷和焊后700℃后热随炉缓冷。

2 试验设计方案

采用以下的试验方案进行对比验证。试验从不同焊接后热的试件进行对比检验,从晶间腐蚀试验前后金相组织进行对比,对比试验方案见表2。金相检测位置包括熔合线、热影响区和母材。晶间腐蚀前后的金相组织主要对比是否存在组织变化,其用以分析堆焊对母材晶粒的变化及晶间腐蚀的存在情况。

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各试件进行晶间腐蚀试验前对焊缝位置进行金相观察,对比之间的差异,金相照片如图2所示。

 

表2 对比试验方案

  

*:腐蚀试验依据GB/T 4334—2008方法E《不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法》进行。

 

试验项目晶间腐蚀试验后金相检测*1焊后空冷 √ √2 焊后3 5 0℃后热随炉缓冷 √ √ 后热保温8 h 3 焊后7 0 0℃后热随炉缓冷 √ √ 后热保温8 h序号 试件状态备注晶间腐蚀试验前金相检测

  

图1 试验检测示意图

3 金相检验

3.1 晶间腐蚀试验前

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图2 不同试件金相照片(腐蚀试验前) 200×

金相观察分析:不同焊后热处理的堆焊试件在母材和热影响区上均未发现晶间腐蚀裂纹。在熔合线靠母材的位置上均存在晶间腐蚀裂纹,裂纹沿熔合线的走向分布在奥氏体晶界位置上,晶间腐蚀区域的宽度约0.2~0.4 mm,不同试件的腐蚀程度无明显差异。

3.2 晶间腐蚀试验后

腐蚀试验依据GB/T 4334—2008方法E《不锈钢晶间腐蚀试验方法》进行,所有试件的腐蚀工况一致,不同试件晶间腐蚀后金相组织如图3所示。

  

图3 不同试件金相照片(腐蚀试验后) 200×

金相观察分析:不同焊后热处理温度的钴基堆焊所在热影响区和母材上的金相组织无明显差异,在熔合线附近的晶界相对于母材均存在一定渗碳现象,晶界相对于母材变宽。

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4 分析与结论

(1)堆焊工艺相同,而焊后热处理温度不同,对焊件母材和热影响区的金相影响不大,组织均为奥氏体组织,组织形貌一致,无明显差异。

(2)晶间腐蚀后的金相图片显示不同焊接后热试件的母材和热影响区均无晶间腐蚀倾向。

(3)在 00Cr18Ni10N钢上进行钴基合金堆焊,由于2种材料的化学成分差异大,存在碳迁移现象,并在熔合线靠母材的熔合区均存在渗碳现象,宽度约为0.2~0.4 mm。经晶间腐蚀试验表明,在熔合线靠母材的渗碳区(约0.4 mm范围内)均有晶间腐蚀倾向,不同焊后热处理的试件腐蚀无明显差异。

参考文献:

[1]法国核岛设备设计、建造及在役检查规则协会.压水堆核岛机械设备设计和建造规则(2000版+2002补遗)[S].中科华核电技术研究院有限公司,译.

[2]黄本生,黄龙鹏,李 慧.异种金属焊接研究现状及发展趋势[J].材料导报 A, 2011(12): 118-121.

 
喻松,郑勇,胡文盛,于新娜
《焊接技术》 2018年第05期
《焊接技术》2018年第05期文献

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