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316L不鏽鋼儲罐顯微組織(母材與焊縫及熱影響區的顯微組織)

作者:AG亚游集团機械 時間:2019-04-03 09:46
316L不鏽鋼儲罐顯微組織 材料的化學成分和顯微組織是影響不鏽鋼耐腐蝕性能的重要因素。已有研宄 表明[65],C和Cr的含量對於不鏽鋼的耐蝕性的影響最為顯著,隨著C含量的升 高和Cr含量的降低 信息摘要:

316L不鏽鋼儲罐顯微組織

材料的化學成分和顯微組織是影響不鏽鋼耐腐蝕性能的重要因素。已有研宄 表明[65],C和Cr的含量對於不鏽鋼的耐蝕性的影響最為顯著,隨著C含量的升 高和Cr含量的降低,材料耐蝕性逐漸降低。試驗用不鏽鋼取自箱式儲罐的封頭 部位,在使用過程中最高工作溫度為200°C。長期服役過程中,特別是在長期的 應力誘導作用下,顯微組織將發生一定的變化。因此本節將主要研宄316L不鏽 鋼儲罐封頭焊縫及母材的顯微組織及元素分布,並探討顯微組織變化的原因。

一、母材的顯微組織

為了研宄316L不鏽鋼在服役過程中顯微組織的演化,首先取旋壓後的新 316L不鏽鋼試樣,觀察其金相組織並進行XRD分析,結果見圖4-1和圖4-2。 結合金相照片和XRD分析結果可以看出,在母材組織由奧氏體和沿軋製方向呈 條狀分布的5-鐵素體組成(見圖4-1(a))。為了清楚地觀察試樣中奧氏體組織的 形貌特征,選取5-鐵素體含量較少的截麵進行金相分析,結果如圖4-1(b)和(d), 可見未經服役的母材中奧氏體為等軸狀,且由於在製造過程中經過旋壓,變形量 較大,因而在奧氏體組織中存在大量的變形帶,並晶粒內部產生了大量的孿晶。

圖4-3為服役15年後316L不鏽鋼儲罐封頭母材的顯微組織。由圖4-3可見 其顯微組織同樣由等軸奧氏體及條狀5-鐵素體組成。而在5-鐵素體含量較少的截 麵的OM和SEM照片中可以發現,與未經服役的母材相比,服役15年後在母 材有大量的碳化物等二次相析出(如圖4-3),這些沉澱相呈顆粒狀沿變形帶分 布於奧氏體基體中,在條狀5-鐵素體的周圍也發現有顆粒狀的碳化物析出(如圖4-3(e))。

316L不鏽鋼儲罐顯微組織(母材與焊縫及熱影響區的顯微組織)

(c)新母材顯微組織SEM照片    (d)新母材顯微組織SEM照片

圖4-1 316L不鏽鋼儲罐封頭新母材組織

316L不鏽鋼儲罐顯微組織(母材與焊縫及熱影響區的顯微組織)

圖4-2 316L不鏽鋼儲罐封頭新母材組織XRD分析結果

316L不鏽鋼儲罐顯微組織(母材與焊縫及熱影響區的顯微組織)

316L不鏽鋼儲罐顯微組織(母材與焊縫及熱影響區的顯微組織)

(e)服役後母材鐵素體周圍沉澱相SEM照片 圖4-3 316L不鏽鋼儲罐封頭服役15年後母材組織

 

二、焊縫及熱影響區的顯微組織

圖4-4為316L不鏽鋼儲罐封頭焊縫組織的金相照片。焊縫采用多層多道焊 的方法焊接而成,圖4-4(a)顯示了不同焊道焊縫金屬的顯微組織。圖4-4(b)右側

為蓋麵焊縫金屬的顯微組織。由圖4-4(a)可見,焊縫組織主要由柱狀奧氏體和斷 續分布在奧氏體基體上的骨架狀鐵素體組成。奧氏體不鏽鋼的凝固模式通常分為 四種,即全奧氏體凝固模式(A)、全鐵素體凝固模式CF)、奧氏體-鐵素體凝 固模式(AF)和鐵素體-奧氏體凝固模式(FA)。奧氏體不鏽鋼焊縫的凝固模式 取決於Cr當量與Ni當量的比值(Creq/Nieq)。研宄表明,當Creq/Nieq <1.37時, 奧氏體不鏽鋼焊縫為全奧氏體凝固;當Creq/Nieq =1.38-1.5時,奧氏體不鏽鋼焊 縫為奧氏體-鐵素體凝固;當Creq/Nieq =1.51-2.0時,奧氏體不鏽鋼焊縫為鐵素體- 奧氏體凝固;當Creq/Nieq>2.0時,奧氏體不鏽鋼焊縫為全鐵素體凝固[66]。不同凝 固模式下,焊縫金屬的組織形貌和性能都有所不同,針對316L奧氏體不鏽鋼TIG 焊常用焊材,其Creq/Nieq—般在1.5-2.0之間,根據改進舍夫勒圖[67]結合圖4-5 中奧氏體和鐵素體的形態可以確定本試驗焊縫的凝固模式為FA模式。在FA模 式中,隨著溫度的降低,5-鐵素體首先由液相中析出,當溫度低於奧氏體生成溫 度時,在焊縫中將依次發生包晶反應和共晶反應,即L+5—L+5+Y—5+Y。由FA 模式形成的焊縫組織熱裂傾向小,韌性最好。由圖4-4(b)可見,蓋麵焊縫金屬組 織與填充焊縫金屬組織相比,其晶粒尺寸較細小,柱狀奧氏體方向行明顯。

316L不鏽鋼儲罐顯微組織(母材與焊縫及熱影響區的顯微組織)

(a)填充焊縫金屬顯微組織    (b)蓋麵焊縫金屬顯微組織

圖4-4 316L不鏽鋼儲罐封頭焊縫組織

 

一般而言,焊接熱影響區是焊接接頭性能最為薄弱的部分。圖4-5為316L 不鏽鋼儲罐封頭焊接熱影響區組織的金相照片。

從圖4-5(a)中可以看出,在靠近熔合線的區域,在焊接熱循環的作用下,奧 氏體晶粒發生了回複和再結晶作用,孿晶組織基本消失。圖4-5(b)為熔合線附近 熱影響區試樣表麵的SEM照片,由圖4-5(b)可見在熔合線附近,熱影響區中除 了等軸奧氏體晶粒外還存在部分5-鐵素體組織,如圖中箭頭所示。這是由於在熔 合區附近加熱溫度較高,部分奧氏體發生了固態相變轉化成5-鐵素體,而在隨後 冷卻過程中,由於冷卻速率較快,5-鐵素體難以完全相變形成奧氏體,因此部分 3-鐵素體被保留了下來,分布於熔合區附近。

316L不鏽鋼儲罐顯微組織(母材與焊縫及熱影響區的顯微組織)

⑻熱影響區試樣OM像    (b)熱影響區試樣SEM像

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