奧氏體不銹鋼壓力容器封頭焊縫裂紋分析

《奧氏體不銹鋼壓力容器封頭焊縫裂紋分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、奧氏體不銹鋼壓力容器封頭焊縫裂紋分析陳冰川、陳偉民摘要：對(duì)某奧氏體不銹鋼壓力容器封尖焊縫進(jìn)行了金相檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)焊縫熔合線附近存在微裂紋，分析了此裂紋的性質(zhì)、形成機(jī)理以及產(chǎn)生的主要原因，并提出了針對(duì)此類裂紋的防范措施。關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼；壓力容器；焊縫；裂紋0前言奧氏體不銹鋼壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)中的常用設(shè)備，廣泛應(yīng)用于食品、化工、醫(yī)藥等行業(yè)，運(yùn)行在髙溫高壓腐蝕性介質(zhì)環(huán)境下。在壓力容器、鍋爐和管道等設(shè)備制造屮，常常需要依靠焊接工藝達(dá)到兩部分母材間結(jié)合的目的,焊接質(zhì)y:對(duì)此類設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)和使用安全可靠性有直接影響，許多承壓設(shè)備事故都與焊接引起的缺陷有關(guān)。2009年12月，對(duì)某化工廠在役的反應(yīng)容器進(jìn)行

2、金相檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)在焊縫熔合線附近有微裂紋，檢測(cè)部位力容器下封頭拼接焊縫，如圖1,基體材質(zhì)為奧氏體不銹鋼316L。為此，我們對(duì)裂紋的萌生和擴(kuò)展進(jìn)行了進(jìn)一步的分析，現(xiàn)將研究結(jié)果介紹如下。圖1發(fā)現(xiàn)微裂紋的部位1.裂紋的性質(zhì)微裂紋主要出現(xiàn)在封頭拼接焊縫的熔合線附近上，宏觀上基本平行于焊縫，從微觀上看為許多網(wǎng)狀的微裂紋，微裂紋沿著晶界，從焊縫熔合線附近叫母材擴(kuò)展，如閣2所示。根據(jù)裂紋產(chǎn)生的位置、形態(tài)和特征，可以判斷這種微裂紋是一種焊接熱裂紋。圖2微裂紋的形貌IOOX2.裂紋形成的機(jī)理一般認(rèn)為m,焊接熱裂紋的形成是由于奧氏體不銹鋼中存在低熔點(diǎn)的共晶元素，在焊接過程中，這些元素被重新熔化，在焊縫金屬凝固過

3、程中，這些雜質(zhì)元素生成的低熔點(diǎn)共晶物結(jié)晶偏析富集于晶界，形成所謂的“液態(tài)薄膜”，在特定的敏感溫度（乂稱脆性溫度）區(qū)間，其強(qiáng)度極小，巾于焊縫凝固收縮以及其它外拉應(yīng)力（如封頭壓制成型時(shí)的裝配應(yīng)力）的共同作用，最終在晶間形成液化裂紋，示意圖如圖3所示。圖3在未混合熔化區(qū)與部分熔化區(qū)中產(chǎn)生晶間裂縫的示意圖（1?2未混合熔化區(qū)、2?3部分熔化區(qū)）熱裂紋為沿晶開裂，最為常見的情況是沿焊縫中心長(zhǎng)度方向開裂，稱為縱向裂紋，有時(shí)亦發(fā)生在焊縫內(nèi)部?jī)蓚€(gè)柱狀品之間，稱為橫向裂紋。所以在微觀上看，微裂紋的形貌通常為網(wǎng)狀。1.材料化學(xué)成分的影響材料化學(xué)成分的影響對(duì)焊接熱裂紋的主要是材料屮雜質(zhì)元素S、P的含量。當(dāng)S、P

4、含量高時(shí)，焊接熱裂紋的傾向大。S在鋼中主要以FeS形式存在，并與氧化鐵形成低熔點(diǎn)共晶體（熔點(diǎn)985°C）oP溶于奧氏體中，由于其原子直徑比鐵大很多，造成奧氏體晶格畸變嚴(yán)重，使塑性和韌性大大降低，脆性增大。另外，S、P在鋼屮還易形成其它多種低熔點(diǎn)共晶體，這些共晶體在敏感溫度區(qū)內(nèi)極易偏析，是奧氏體不銹鋼產(chǎn)生熱裂紋的主要原因［21。在Crl8Ni8系不銹鋼屮，雖然S、P的含量較低，但是由于奧氏體不銹鋼屮合金成分較復(fù)雜，不僅S、P、B、Sn、Sb等雜質(zhì)元素在焊接熔池中可以生成低熔點(diǎn)共晶體產(chǎn)生偏析，而且其它一些合金元素也因溶解度有限而形成低熔共晶體產(chǎn)生偏析。因此，在同樣雜質(zhì)含量條件下，奧氏體不銹鋼的

5、熱裂傾向比其它類碳鋼大得多。奧氏體不銹鋼中的C、Mn、Cu、Si等元素亦對(duì)熱裂紋的產(chǎn)生有較大影響，尤其C是引起熱裂紋的主要元素。合金元素Si在奧氏體不銹鋼巾的含量增加時(shí)，一方面Si易形成偏析，形成硅化物共晶；另一方面，Si容易形成硅酸鹽夾雜，從而增大熱裂傾向。焊材中的化學(xué)成分對(duì)熱裂紋的影響基本上與母材相同，一般選用的原則是參照母材材質(zhì)，采用低碳或超低碳以及含欽、鈮等穩(wěn)定化元素的焊材。1.防止裂紋的措施工藝措施對(duì)奧氏體不銹鋼焊接熱裂紋的影響不容忽視。奧氏體不銹鋼的某些物理性質(zhì)決定了它比一般的碳鋼和低合金鋼更容易產(chǎn)生熱裂紋。一是奧氏體不銹鋼液固相距區(qū)特別寬,結(jié)晶時(shí)間長(zhǎng)，易導(dǎo)致雜質(zhì)偏析，形成晶問

6、液態(tài)夾層；二是奧氏體不銹鋼本身導(dǎo)熱系數(shù)小，約為低碳鋼的1/2,而線膨脹系數(shù)大，比低碳鋼大50%左右，使焊縫區(qū)產(chǎn)生較大的溫差，產(chǎn)生收縮P、j應(yīng)力，所以在焊接時(shí)焊接線能S對(duì)熱裂紋影響很大m。焊接時(shí)線能fi越髙，則輸入的熱量越多，晶間低熔點(diǎn)共品物的熔化越嚴(yán)重，晶界處于液態(tài)的時(shí)間越長(zhǎng)，越容易促進(jìn)熱裂紋的產(chǎn)生。對(duì)此，應(yīng)當(dāng)采用相應(yīng)正確的焊接工藝，如采用小電流、大焊速、多層焊、窄焊道、強(qiáng)制冷卻等工藝措施，以防熱裂紋的產(chǎn)生。2.結(jié)論焊接熱裂紋的產(chǎn)生主要是巾于焊接熔池中的冶金效應(yīng)和內(nèi)外部拉應(yīng)力共同作用的結(jié)果。母材和焊材的化學(xué)成分將影響焊接熔池中的冶金效果，焊接工藝措施是確保減小拉應(yīng)力產(chǎn)生的有效手段。為了有效

7、地防止奧氏體不銹鋼壓力容器焊接熱裂紋的產(chǎn)生，首先是控制化學(xué)成分，采用低碳、低S、低P、加有穩(wěn)定化元素的母材和焊材；.其次采用合理的焊接工藝，尤其將焊接線能量控制在較低水平，防止產(chǎn)生大的內(nèi)應(yīng)力。[1]《熱加工工藝基礎(chǔ)（第2版）》嚴(yán)紹華高等教育出版社；[2]《金屬材料學(xué)》吳承建、陳國(guó)良、強(qiáng)文江編著冶金工業(yè)出版社。