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浅谈奥氏体不锈钢中的异类铁素体

发布时间:2023/11/22 12:46:08   
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石油化工中常见的奥氏体不锈钢,如、L、L、、等,均含有弱磁性,这种磁性与材料中含有的铁素体有关,同样焊缝熔覆金属中有含有一定量的铁素体。查看国内化工行业的相关标准,要求进行焊接接头铁素体测量的主要针对双相(奥氏体-铁素体)不锈钢,而只有SH中对含Mo元素的奥氏体不锈钢要求了铁素体含量小于5%,且也只是设计根据使用工况条件有要求时才进行检测(如中高温工况)。

对于奥氏体不锈钢中的“异类”铁素体该如控制呢?

众所周知,奥氏体不锈钢焊接存在的主要问题是热裂纹,也就是焊接过程中的凝固裂纹。

凝固裂纹首先与奥氏体不锈钢的导热系数小、线膨胀系数大有关,在焊缝结晶过程产生较大的收缩变形和拉伸应力,这是产生凝固裂纹的必要条件。此外,凝固裂纹的另一个主要原因就是某些容易形成低熔点共晶的元素如S、P、Si、Nb等,在奥氏体基体中溶解度很低,偏析形成低熔点共晶液态薄膜,在收到收缩拉应力时,发生沿晶开裂。奥氏体不锈钢中的铁素体能够吸收S、P,防止偏析或形成低熔点化合物,从而避免产生凝固裂纹。

当不锈钢焊缝中铁素体的Cr元素含量远大于奥氏体中的Cr元素,在冷却过程中,铁素体中的Cr元素可以及时析出,减少了晶界贫铬区的形成,提高焊缝和热影响区晶间腐蚀的能力。

但铁素体在焊缝金属中同样存在一些负面影响,如易产生σ相催化,造成材料的脆性增大,不利于不锈钢的可焊性和低温韧性;

一般情况对于奥氏体不锈钢焊缝中的铁素体体积分数为3%-5%。AWS10.4中提出奥氏体不锈钢填充金属防止凝固裂纹的最低铁素体含量要求:EL、EL的最低铁素体含量为3FN,E的最低铁素体含量为6FN。

在某石化建设过程中,就曾出现TP管道焊后出现凝固裂纹情况,经过铁素体分析,发现焊缝的铁素体含量低于4FN。下图是AWSD10.4中对铁素体的要求。

API中也对铁素体做了规定,对于不锈钢焊缝熔覆金属的铁素体不小于5FN,对于其他系列的奥氏体堆焊最后一层铁素体含量要求介于3FN-10FN。

焊后需要进行热处理或在高温服役时,焊缝金属铁素体数(FN)焊后热处理前测量不超过10FN。且热处理后必须进行铁素体检测。

NB/T中也要求不锈钢焊缝金属稳定化热处理后,铁素体含量不超过9FN。

综上,对奥氏体不锈钢焊缝熔覆金属的铁素含量也要重点

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