经济型双相不锈钢S32003焊接热影响区组织与韧性

作者:贾元伟 刊名:物理测试 上传者:苑玮琦

【摘要】采用热模拟试验机Gleeble-3800模拟了S32003双相不锈钢不同焊接线能量下的焊接热循环,研究了模拟焊接热影响区的组织与性能。结果表明:随着焊接线能量的增加,焊接热影响区的铁素体体积分数逐渐由88.7%减少到了58.7%,铁素体和奥氏体两相组织越来越粗大,焊接热影响区的冲击功先增大后减小;随着测试温度的降低,热影响区的冲击功逐渐降低,低温冲击韧性随着线能量增加下降得更为显著。

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双相不锈钢由于具有铁素体和奥氏体两相结构,二者的相含量约各占50%,因此具有优良耐腐蚀性和较高的力学性能,近年来在石油化工和海洋工程等制造领域应用越来越广。S32003是近年发展起来的新型经济型双相不锈钢之一,其耐蚀性优于奥氏体不锈钢316L,可以替代316L用于石化、储罐和核电站海水系统等领域[1-2]。在这些装备制造过程中,最广泛运用的加工手段即为焊接,焊接接头的薄弱环节常常是材料的焊接热影响区。近年来,围绕双相不锈钢的焊接特性、焊接方法和工艺等方面展开了大量研究,同时采用热模拟技术预测材料的性能和指导生产工艺日益成为了一种常规手段[3-8]。国内对其焊接性能研究很少,本文通过采用不同线能量的焊接热模拟试验研究了新型的经济型双相不锈钢S32003焊接热影响区的显微组织和冲击韧性,为该材料的应用和推广提供指导。1试验材料及方法1.1试验材料试验材料为工业生产的9mm厚的固溶退火后的酸洗板,化学成分如表1所示。纵截面的显微组织由黑色的铁素体组织和白色的奥氏体组织组成,铁素体比例为51.5%,如图1所示。表1S32003不锈钢的化学成分(质量分数)Table1ChemicalcompositionofS32003stainlesssteel%C0.016Si0.64Mn1.25P0.025S0.001Cr21.59Ni3.46Mo1.71N0.151.2试验设备Gleeble-3800热模拟试验机(美国DSI公司);LeicaDM4000M光学显微镜(德国徕卡公司);ZeissEVO18型扫描电镜(德国蔡司公司);ZBC-450B型冲击试验机(深圳新三思材料检测有限公司)。图1S32003板材显微组织Fig.1MicrostructureofS32003plate1.3试验方法焊接热模拟试验在热模拟试验机上进行,焊接热循环的具体参数见表2,每种热循环工艺做16个试样,其中15个试样开槽后用来测试冲击功,1个试样用来观察显微组织。模拟试样尺寸为5mm10mm55mm,模拟后热影响显示区域为2.5~3mm,如图2所示,沿着模拟区域中心线开V型槽进行冲击试验,冲击试验在材料试验系统上按GB/T2292007规范进行,试验数据电脑自动采集,试验温度为20、0、-20、-40、-60。S32003双相不锈钢母材及热模拟样品的金相组织侵蚀方法采用铁氰化钾碱性试液(20gKOH+15gK3Fe(CN)6+100mLH2O)在温度60~70下进行化学浸蚀,时间约为2min。采用光学金相显微镜对组织进行观察,采用IA32金相软件对金相组织进行铁素体含量的测量,至少测量5个视场然后取平均值。使用扫描电镜观察冲击断口形貌。表2焊接热循环参数Table2Parametersofweldingthermalcycle预热温度/400加热速度/(s-1)200峰值温度/1300高温停留时间/s1线能量/(kJcm-1)1、5、15、25、40图2焊接热模拟试样热影响区形貌Fig.2Heataffectedzonemorphologyofweldingsimulationspecimen2试验结果及讨论图3为不同焊接线能量下S32003模拟焊接热(a)1kJ/cm;(b)5kJ/cm;(c)15kJ/cm;(d)25kJ/cm;(e)40kJ/cm。图3不同焊接线能量下S32003模拟焊接热影响区的金相组织Fig.3MicrostructureofS32003heataffectedzoneatdifferentenergyinputs影响区的金相组织,线能量由1kJ/cm增加

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