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2205雙相不銹鋼

F51/2205/S31803/00Cr22Ni5Mo3N 在性能上的突出表現是屈服強度高和耐應力腐蝕。雙相不銹鋼比奧氏體不銹鋼的屈服強度高近1倍,同樣的壓力等級條件下,可以節約材料。比奧氏體不銹鋼的線性熱膨脹系數低,與低碳鋼接近。使得雙相不銹鋼與碳鋼的連接較為合適,這有很大的工程意義

名稱:2205雙相不銹鋼(F51)
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產品簡介:F51/2205/S31803/00Cr22Ni5Mo3N 在性能上的突出表現是屈服強度高和耐應力腐蝕。雙相不銹鋼比奧氏體不銹鋼的屈服強度高近1倍,同樣的壓力等級條件下,可以節約材料。比奧氏體不銹鋼的線性熱膨脹系數低,與低碳鋼接近。使得雙相不銹鋼與碳鋼的連接較為合適,這有很大的工程意義

  商業牌號是2205CodePlusTow,已納入ASTM和ASME的A240和A480中,UNS編號為S32205,屬于第二代雙相不銹鋼。2205CodePlusTow與UNS編號為S31803的同種雙相不銹鋼2205有所不同,它提高了氮含量的下限,并通過有害金屬相析出測試。2205CodePlusTow具有更高的強度、耐蝕性和焊后冶金穩定性,焊接接頭易于獲得平衡的兩相組織,高氮含量更有效抑制有害金屬相的析出,這對焊接是非常有利的。
 
2205已退火2205 3321
1 材料特性
1.1 成分特點
  第二代雙相不銹鋼一般稱為標準雙相不銹鋼,成分特點是超低碳、含氮,其典型成分為22%Cr+5%Ni+0.17%N(見表1)。與第一代雙相不銹鋼相比,2205進一步提高氮含量,增強在氯離子濃度較高的酸性介質中的耐應力腐蝕和抗點蝕性能。氮是強烈的奧氏體形成元素,加入到雙相不銹鋼中,既提高鋼的強度且不顯著損傷鋼的塑韌性,又能抑制碳化物析出和延緩σ相形成。
 
1.2 組織特點
  雙相不銹鋼在室溫下固溶體中奧氏體和鐵素體約各占半數(雙相不銹鋼2205鐵素體含量應為30%~55%,典型值是45%左右),兼有兩相組織特征,見圖1。它保留了鐵素體不銹鋼導熱系數大、線膨脹系數小、耐點蝕、縫隙及氯化物應力腐蝕的特點;又具有奧氏體不銹鋼韌性好、脆性轉變溫度較低、抗晶間腐蝕、力學性能和焊接性能好的優點。
 
1.3 性能特點
  在性能上的突出表現是屈服強度高和耐應力腐蝕。雙相不銹鋼比奧氏體不銹鋼的屈服強度高近1倍,同樣的壓力等級條件下,可以節約材料。比奧氏體不銹鋼的線性熱膨脹系數低,與低碳鋼接近。使得雙相不銹鋼與碳鋼的連接較為合適,這有很大的工程意義。鍛壓及冷沖成型性不如奧氏體不銹鋼。雙相不銹鋼2205的機械性能見表2。
 
2 焊接性[1]
  雙相不銹鋼2205具有良好的焊接性,焊接冷裂紋和熱裂紋的敏感性都較小。通常焊前不預熱,焊后不熱處理。由于有較高的氮含量,熱影響區的單相鐵素體化傾向較小,當焊接材料選擇合理,焊接線能量控制適當時,焊接接頭具有良好的綜合性能。
2.1 熱裂紋
  熱裂紋的敏感性比奧氏體不銹鋼小得多。這是由于含鎳量不高,易形成低熔點共晶的雜質極少,不易產生低熔點液膜。另外,晶粒在高溫下沒有急劇長大的危險。
2.2 熱影響區脆化
  雙相不銹鋼焊接的主要問題不在焊縫,而在熱影響區。因為在焊接熱循環作用下,熱影響區處于快冷非平衡態,冷卻后總是保留更多的鐵素體,從而增大了腐蝕傾向和氫致裂紋(脆化)的敏感性。
2.3 鐵素體475℃脆化
  雙相不銹鋼含有50%左右的鐵素體,同樣也存在475℃脆性,但不如鐵素體不銹鋼那樣敏感。
3 焊接冶金[2]
  雙相不銹鋼焊接過程中,在熱循環的作用下,焊縫金屬和熱影響區的組織發生著一系列的變化。在高溫下,所有的雙相不銹鋼的金相組織全部由鐵素體組成,奧氏體是在冷卻過程中析出的。奧氏體析出的多少受諸多因素的影響。
3.1 相比例要求
  雙相不銹鋼焊接接頭的力學性能和耐蝕性能取決于焊接接頭能否保持適當的相比例,因此,焊接是圍繞如何保證其雙相組織進行的。當鐵素體和奧氏體量各接近50%時,性能較好,接近母材的性能。改變這個比例關系,將使雙相不銹鋼焊接接頭的耐蝕性能和力學性能(尤其是韌性)下降。雙相不銹鋼2205鐵素體含量的最佳值是45%。過低的鐵素體含量(<25%)將導致強度和抗應力腐蝕開裂能力下降;過高的鐵素體含量(>75%)也會有損于耐蝕性和降低沖擊韌性。
  焊接接頭中鐵素體和奧氏體的平衡關系既受到鋼中合金元素含量的影響,又受到填充金屬、焊接熱循環、保護氣體的影響。 
  3.2.1 合金元素的影響 
  根據研究和大量試驗發現,母材中含氮是非常重要的。氮在保證焊縫金屬和焊后熱影響區內形成足夠量的奧氏體方面具有重要作用。氮和鎳一樣是形成奧氏體和擴大奧氏體元素,但是,氮的能力遠遠大于鎳。在高溫下,氮穩定奧氏體的能力也比鎳大,可防止焊后出現單相鐵素體,并能阻止有害金屬相的析出。 由于焊接熱循環的作用,自熔焊或填充金屬成分與母材相同時,焊縫金屬的鐵素體量急劇增加,甚至出現純鐵素體組織。為了抑制焊縫中鐵素體的過量增加,采用奧氏體占優勢的焊縫金屬是雙相不銹鋼的焊接趨勢。一般采取在焊接材料中提高鎳或是加氮這兩條途徑。通常鎳的含量比母材高出2%~4%,例如,2205填充金屬的鎳含量就高達8%~10%。用含氮的填充材料比只提高鎳的填充材料效果更好,兩種元素都可以增加奧氏體相的比例并使其穩定,但加氮不僅能延緩金屬間相的析出,而且還可提高焊縫金屬的強度和耐蝕性能。 
  目前,填充材料一般都是在提高鎳的基礎上,再加入與母材含量相當的氮。 對于雙相不銹鋼2205,鎢極氬弧焊選用Sandvik22.8.3.L(ER2209)焊絲,焊條

  2.3 工藝參數的影響 
  焊接工藝參數即焊接線能量對雙相組織的平衡也起著關鍵的作用。由于雙相不銹鋼在高溫下是100%的鐵素體,若線能量過小,熱影響區冷卻速度快,奧氏體來不及析出,過量的鐵素體就會在室溫下過冷保持下來。若線能量過大,冷卻速度太慢,盡管可以獲得足量的奧氏體,但也會引起熱影響區的鐵素體晶粒長大以及σ相等有害金屬相的析出,造成接頭脆化。 為了避免上述情況的發生,最佳的措施是控制焊接線能量和層間溫度,并使用填充金屬。 
  3.2.4 保護氣體的影響 鎢極氬弧焊時,可在氬氣中加入2%氮氣,防止焊縫表面因擴散而損失氮,有助于鐵素體與奧氏體的平衡。 
  4 焊接工藝 
  焊接工藝通常應規定出焊接線能量范圍和最高的層間溫度。Avesta公司建議線能量為110~215kJ/mm,層間溫度控制在150℃以下。鑒于此,焊接工藝評定采用的焊接工藝參數見表3。 對接坡口加工形式及焊接層次如圖2所示,第1層是鎢極氬弧焊,2~4層是焊條電弧焊。 
  5 性能評定 
  5.1 焊接工藝評定 按JB4708—2000進行焊接工藝評定,平均抗拉強度高達782MPa,塑性斷裂在熱影響區;4支側彎試樣無裂紋出現。 

  5.2 相比例評定 金相法觀察到的組織形貌是白色奧氏體基體上分布有淺灰色




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