不锈钢焊接腐蚀试验 钢材焊缝力学性能测定
1 试验材料与试验方法
1．1 试验材料
试 验 材 料 为 ?300 mm × 25．4 mm 的UNS31803 双 相 不 锈 钢 管,选 用 ?2．6mm的E2209G16焊条作为焊材,母材和焊条的化 学 成 分如表1所示.
采用手工电弧焊(SMAW)进行焊接,单边V形坡口,坡口角度60°,钝边高度b＝1~2mm,根部间隙宽度c＝2~4mm.在焊接前仔细打磨坡口表面,并使用清理坡口表面的油污.
双相不锈钢焊接的关键在于如何保证相比例平衡,若热输 入 量 过 低,工 件 冷 却 速 度 过 快,不利于α→γ的二次相变,焊缝和热影响区会产生过多的铁素体和氮化物,从而降低焊接接头的耐蚀性能及韧性[9].若热输入量过高,工件冷却速度过慢,铁素体组织粗大,焊缝和热影响区可能析出σ相,也会使焊接接头的耐蚀性能及韧性降低[9].焊接时热输入量控制在0．5~1．5kJ??mm－1,层间温度不超过150℃,具体焊接工艺参数如表2所示.
1．2 金相检验及铁素体含量测定
根据 ASTM A923－14?检测双相奥氏体———铁素体不锈钢中有害金属相的标准试验方法?中的方法A对金相试样进行粗磨、细磨、抛光,将试样放在90~93 ℃的铁碱性溶液(30gKOH＋30gK3Fe(CN)6 ＋100mLH2O)中进行着色浸蚀,时间约为3min.着色浸蚀后采用OLYMPUSGGX51金相显微镜分别观察焊缝、热影响区和母材的显微组织。
采用 ASTM E562－11?用系统人工点计数法测定体积分数标准试验方法?中的标准结点法,通过人工数点 法 对 焊 缝、母材 及热 影 响 区 的 铁 素体含量进行测量.测试网格包含25个(5个×5个)等间距的点,每个区域共测试8个视场,合计200个点。
1．3 力学性能试验
1．3．1 拉伸试验
根据 ASMEBPVCSection Ⅸ－2017?焊接、钎焊和粘结评定?要求,在 WAWG1000C 型试验机上进行 2件 拉伸 试 验,拉 伸 试 样 形 状 及 尺 寸 如图1所示,试样数量为2件.
1．3．2 弯曲试验
根 据 ASME BPVC Section Ⅸ－2017,在WDWG300E型试验机上进行弯曲试验(侧弯).弯曲压头直径为38．1mm,弯曲角度为180°,弯曲试样形状及尺寸如图2所示,试样数量为4件.
1．3．3 夏比冲击试验
按照 ASMEBPVCSection Ⅸ－2017,在焊接接头 的 焊 缝、热 影 响 区 和 母 材 分 别 取10mm×10mm×55mm 的 V 型缺口冲击试样各一组(每组3件),在 JBWG300B 型 屏 显 冲 击 试 验 机 上进行－50 ℃低温冲击试验,冲击试样形状及尺寸如图3所示.
1．4 硬度测试
采用VHG5AC型维氏硬度计分别在距离试验件上下表面1mm位置处测量焊缝、热影响区和母材3个区域的维氏硬度,其中焊缝和母材的测点间距为1mm,热影响区的测点间距为0．5mm.加载载荷为98N(10kgf),加载时间为15s.
1．5 耐蚀性能试验
采用线切割法平行于焊接接头剖面进行切割,加工出15mm×25mm×50mm的试样3件,并用1000号砂纸对试样的6个加工面进行抛光.根据ASTMG48－15?使用三氯化铁溶液做不锈钢及其合金的耐点蚀和抗裂口腐蚀试验的标准方法?中的方法A 进行耐蚀性能试验,腐蚀液为1000mL 质量分数 为 6％ 的 FeCl3 溶 液,试 验 温 度 为(22±2)℃,腐蚀时间为72h.
2 试验结果与分析
2．1 组织形貌
2．1．1 低倍组织
UNS31803双相不锈钢焊接接头的宏观形貌如图4所示,可见焊缝表面形貌良好,无明显气孔、夹渣、未熔合、裂纹等缺陷.
2．1．2 显微组织
图5 为 母 材 的 显 微 组 织 形 貌,由 体 积 比接近1∶1的奥氏体(白色)和铁素体(黑色)双相组成,且两相沿钢管轧制方向呈带状交替分布.
焊缝的显微组织形貌如图6所示,图6a)为焊缝盖面位置组织形貌,图6b)为焊缝根部位置组织形貌.由图6可知,焊缝的显微组织由奥氏体和铁素体两相组成,无脆性σ相析出.奥氏体在铁素体基体上呈针状分布,奥氏体较为粗大,并有少量碎块状奥氏体.比较盖面和根部处的显微组织形貌,可见根部的奥氏体含量多于盖面处的,这是因为采用了多层多道焊的工艺,后续焊道对前层焊道有热处理作用,促使前层焊道金属中的铁素体转变成奥氏体[10G11],使奥氏体含量增多.
热影响区的显微组织形貌如图7所示,可见其由奥氏体和铁素体两相组成.奥氏体组织依然保留轧制态的带状组织特征,但带状奥氏体在厚度上有所增长,且在靠近焊缝位置出现细碎的块状奥氏体.相比焊缝区域,热影响区的奥氏体含量相对较低.这是因为在热影响区冷却阶段,高温区的铁素体相向奥氏体相的转变是不平衡的,奥氏体相大幅减少[6]
