超级双相不锈钢SAF2507焊接热模拟组织的耐点蚀性

作者:刘洁;李睿;范光伟;李国平;崔卫则;王一鸣 刊名:材料热处理学报 上传者:胡斌

【摘要】采用Gleeble 3800热力模拟机对超级双相不锈钢SAF2507焊接热影响区组织进行模拟,研究了不同热输入条件下焊接热影响区显微组织和合金元素含量的变化,通过电化学循环伏安法评价了该组织的耐蚀性。研究结果表明,热输入由0.807 k J/mm增加至2.552 k J/mm时,模拟热影响区上奥氏体以晶内奥氏体、晶界奥氏体和魏氏奥氏体3种形貌析出,含量由40%增加到52%。各个热输入时奥氏体的PRE值均大于铁素体的PRE值,因此奥氏体含量的增加使热影响区组织的点蚀电位从1030 m V提高至1082 m V。但是继续增加热输入至2.965 k J/mm时,在两相交界处观察到有粒状的χ相析出。虽然该组织上奥氏体含量仍有增加,但是χ相的析出却导致组织的点蚀电位降至1065 m V。

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超级双相不锈钢是双相不锈钢中PRE指数大于40的一类钢种。与常规双相不锈钢相比,超低的含碳量、良好的相比例以及更高的合金元素含量,使超级双相不锈钢具备更优良的机械性能和更好的耐氯化物腐蚀性[1-3]。因此,在海洋油气田开采、海底管道铺设、船舶制造业和化学工业等高强度和高耐蚀性需求的领域中有着极为重要的应用[4-6]。双相不锈钢在焊接时,不但要考虑接头强度应与母材相匹配,还需考虑焊接接头的耐蚀性能是否满足要求。但是,不适当的焊接热输入不仅会使母材平衡的两相比例遭到破坏,也会使有害的金属间相如相、相、氮化物和碳化物析出,贫化了析出相周围有益的合金元素含量,从而降低双相不锈钢接头的耐蚀性能[7-11]。尤其是在温度变化程度较大的热影响区,焊接特有的快速加热和快速冷却过程可造成热影响区组织和成分变化十分不均匀,进而恶化接头的耐蚀性,成为双相不锈钢焊接接头的薄弱区[12-14]。因此,提高双相不锈钢焊接热影响区的耐蚀性尤为重要。针对双相不锈钢热影响区的研究多采用热模拟法进行。Chen等[15]采用热模拟技术研究了冷却速度对2304双相不锈钢的组织演变与耐蚀性的影响,结果表明奥氏体含量和耐蚀性均随着冷却速度的降低而提高。Yang等[16]通过采用热模拟试验表明,增加热输入能提高SAF2205双相不锈钢热影响区对点蚀的抵抗能力。1试验材料与方法热模拟试验所用材料为商业用SAF2507超级双相不锈钢热轧板,其化学成分见表1。将SAF2507板材加工成10mm10mm55mm的方形试样,在gleeble3800热力模拟机上进行焊接热循环试验。为了更好的模拟实际焊接情况,本次试验选择HANNERZ传热学模型作为热循环曲线[17-18]。试验参数如图1所示,试样以300/s的升温速度加热至峰值温度1350保持1s后,控制热输入分别为0.807、1.141、1.614、1.977、2.552和2.965kJ/mm进行冷却。表1SAF2507的化学成分(质量分数,%)Table1CompositionoftestedSAF2507steel(massfraction,%)CMnSiSPCrNiMoNFe0.021.20.370.0040.00925.486.953.810.27Bal.图1高温热影响区的热循环曲线Fig.1Thermo-cyclecurveforHAZathightemperature热模拟后的试样经5gFeCl3+50mLHCl+100mLH2O氯化铁盐酸水溶液侵蚀之后,用KEYENCEVHX-2000超景深光学显微镜观察试样的微观组织。析出相及化学成分鉴定由NovaNanoSEM430扫描电子显微镜(SEM)结合能谱仪(EDS)鉴别。相比例的测定按照《ASTME562用系统人工点计数法测定体积分数的试验方法》测得[19]。热模拟组织的耐点蚀性能由电化学方法进行测试。采用标准三电极体系的PARSTAT2273电化学工作站,按照《ASTMG61测量铁、镍或钴基合金的局部腐蚀敏感性的循环动态电位极化强度试验方法》进行动电位循环伏安极化曲线测试[20]。试验所用溶液为3.56%(mass%)氯化钠溶液,测试温度为(251)。试样在开路电位(Ecorr)下稳定1h后,开始以600mV/h的扫描速度进行阳极极化,当阳极的极化电流值达到1mA/cm2时开始反向回扫,直到滞后环闭合后停止扫描。取正向和逆向扫描时100A/cm2对应的电位作为试样的点蚀电位(Epit)和保护点位(Epro)。2结果与分析2.1热输入对组织的影响SAF2507母材的显微组织见图2。从高温冷

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