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馬氏體不銹鋼12Cr13(或美國(guó)品牌號(hào)AISI410)由于其強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、加工性能好、材料成本低,廣泛應(yīng)用于石油和天然氣設(shè)備。鋼的化學(xué)成分直接影響鋼的組織結(jié)構(gòu),從而影響鋼的機(jī)械性能。
12Cr13馬氏體不銹鋼的焊接問題
12Cr13馬氏體不銹鋼在焊接過程中會(huì)體現(xiàn)出一定的特性,這與不銹鋼的焊接質(zhì)量有關(guān)。從常溫組織在焊縫和熱影響區(qū)的表現(xiàn)來看,12Cr13不銹鋼是一種馬氏體組織,具有硬脆性、導(dǎo)熱性差、焊接殘余應(yīng)力大的特點(diǎn)。焊接接頭剛度大或焊接過程中氫含量高,容易引起氫裂紋。焊接后,直接從高溫冷卻至100℃下面,它也很容易導(dǎo)致裂縫。通過對(duì)焊接過程中的相變的分析,我們可以發(fā)現(xiàn),熱影響區(qū)域的金屬和熔化池金屬加熱到奧氏體相區(qū)域,焊接后從奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。隨著金屬的凝固,鐵素體,即馬氏體的焊接組織。
熱軋后,馬氏體和鐵素體區(qū)域可以沿著軋制方向均勻有序地排列。應(yīng)力可以均勻分布,不受厚度方向拉力的影響。然而,焊縫中的鐵素體具有分布混亂的特征,表面應(yīng)力導(dǎo)致應(yīng)力集中在某一區(qū)域,導(dǎo)致低應(yīng)變斷裂。此外,12Cr13馬氏體不銹鋼焊接性能差的影響,在不銹鋼焊接冷卻過程中,隨著碳熔化能力的迅速惡化和體積的不斷變化,導(dǎo)致不銹鋼塑性降低,硬度增加,硬化問題。12Cr13馬氏體不銹鋼存在的焊接問題,也要實(shí)現(xiàn)不銹鋼焊接工藝的改進(jìn),使不銹鋼的質(zhì)量得到有效的控制。
直徑4可用于焊接工藝試驗(yàn).7m,厚度10mm的圓筒形12Cr13馬氏體不銹鋼樣品,其C質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%,Cr11.78%的質(zhì)量分?jǐn)?shù),Si,P,S,Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.5%、0.69%、0.0.0.、0.5%、0..O7%。從力學(xué)性能的角度來看,試樣屈服強(qiáng)度≥2.25MPa,抗拉強(qiáng)度≥440MPa,伸長(zhǎng)率則≥硬度試驗(yàn)結(jié)果為20%HB≤200,HRB≤93,HV≤210,180°彎芯直徑是鋼板厚度的2倍。
由于Cr含量較高,12Cr13馬氏體不銹鋼的程度大大提高,因此焊接容易導(dǎo)致馬氏體組織的焊接位置,導(dǎo)致接頭冷裂紋更加敏感。因此,在焊接前,還應(yīng)加強(qiáng)預(yù)熱,以實(shí)現(xiàn)冷裂紋的有效預(yù)防。對(duì)于馬氏體不銹鋼,應(yīng)控制預(yù)熱溫度。馬氏體不銹鋼的C含量不超過O.在06%的情況下,預(yù)熱溫度和層間溫度是無法控制的。然而,C的含量在0.06%-0.30%之間要求預(yù)熱溫度不超過馬氏體相變的初始溫度,高于馬氏體相變的最終溫度。不銹鋼焊接的安全溫度為120℃,因此應(yīng)確保預(yù)熱溫度大于這個(gè)值。
在此范圍內(nèi),還應(yīng)適當(dāng)提高預(yù)熱溫度,以利用更高的能量來降低冷卻速度。層間溫度通常高于預(yù)熱溫度,需要與預(yù)熱溫度值相結(jié)合來確定。實(shí)際焊接,由于12Cr13馬氏體不銹鋼的相變初始溫度和最終溫度分別為330℃和100℃所以應(yīng)該選擇26左右,所以O(shè)-330℃預(yù)熱溫度和層間溫度范圍。
在12Cr在13馬氏體不銹鋼的焊接過程中,應(yīng)采用焊條電弧焊,加強(qiáng)電弧壓力控制,做好底層和覆蓋層的焊接工作。對(duì)于馬氏體不銹鋼,增加電弧電壓會(huì)增加電弧功率,增加工件的熱量輸入。同時(shí),隨著電弧長(zhǎng)度的延長(zhǎng)和分布半徑的增加,雖然可以降低熔深,但會(huì)導(dǎo)致熔寬的增加。為了加強(qiáng)馬氏體熔融控制,需要加強(qiáng)電弧電壓控制,避免電壓過大,可控制在27V以下。
在此基礎(chǔ)上,需要對(duì)底層進(jìn)行焊接,使焊絲在熔池中連續(xù)過渡,通過降低電弧電壓來避免“正壓"為了避免接頭位置的斷開或凹問題43。焊接蓋面時(shí),應(yīng)加強(qiáng)層間溫度控制,使焊槍均勻擺動(dòng)。從焊接參數(shù)來看,焊接底層時(shí)需要將電流控制在90-100A并將焊接速度控制在8-10cm/min之間﹔電流應(yīng)控制在120-150的焊接蓋面上A并將焊接速度控制在10-12cm/min兩者之間;當(dāng)焊接密封底層時(shí),需要將電流控制在90-100A并將焊接速度控制在8-10cm/min之間。
在對(duì)12Cr13馬氏體不銹鋼焊接時(shí),為了確保焊縫具有與母材相匹配的力學(xué)性能,將使用與母材相同的馬氏體不銹鋼焊條進(jìn)行焊接。在馬氏體相變的過程中,馬氏體+鐵素體組織會(huì)出現(xiàn)在焊縫中,具有硬脆性的特點(diǎn),容易導(dǎo)致冷裂紋的出現(xiàn)。為了避免這個(gè)問題,有必要加強(qiáng)焊接后的熱處理。即使不銹鋼中的碳含量不超過0.1%,也會(huì)導(dǎo)致焊縫硬度高。結(jié)合這一特性,有必要加強(qiáng)對(duì)馬氏體組織的回火和熱處理,以放松殘余應(yīng)力。按照以的工藝,焊接后會(huì)立即加熱回火,導(dǎo)致碳化物沿奧氏體晶界沉淀,轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w,導(dǎo)致產(chǎn)生粗粒。
因此,需要在焊接后進(jìn)行冷卻,以確保奧氏體*分解。然而,焊接后的冷卻溫度不應(yīng)太低,以避免產(chǎn)生沒有回火的馬氏體。為此,焊接件應(yīng)不少于230個(gè)℃在條件下進(jìn)行熱處理。如果熱處理溫度低于6000,則采用回火處理。℃,降低硬度達(dá)到降低硬度的效果。通過提高溫度,可以縮短熱處理時(shí)間,更好地降低焊縫硬度。在熱處理中,需要使用650-750℃回火溫度,保存1個(gè)焊件h。如果焊后熱處理合理,可使12Cr進(jìn)一步提高了馬氏體不銹鋼的焊接質(zhì)量。
確定優(yōu)化12Cr13馬氏體不銹鋼焊接工藝效果,根據(jù)上述工藝完成三個(gè)試驗(yàn)件焊接,根據(jù)鋼壓容器焊接工藝評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)檢查焊接接頭,并根據(jù)壓力設(shè)備無損檢測(cè)線檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)確定焊接質(zhì)量,最后進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn),確定焊接性能。
12Cr13鋼的基本要素是Fe,主要元素有Cr.C.Si,Mn,Ni,P,S國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的化學(xué)成分和性能范圍如下:
從試驗(yàn)結(jié)果來看,如表1所示,通過了12Cr13馬氏體不銹鋼焊接工藝改進(jìn),可獲得機(jī)械性能良好的焊接件,以滿足不銹鋼產(chǎn)品的工藝生產(chǎn)要求。焊接接頭無任何缺陷,內(nèi)部質(zhì)量、強(qiáng)度、塑性和韌性良好,可滿足產(chǎn)品使用要求,可采用12種工藝Cr13馬氏體不銹鋼焊接。
通過研究可以發(fā)現(xiàn),12Cr13馬氏體不銹鋼焊接容易出現(xiàn)冷裂紋等質(zhì)量問題,不能滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)和使用的要求。為了解決這些問題,通過提高焊接工藝參數(shù),即通過加強(qiáng)預(yù)熱溫度、電弧電壓和焊接后熱處理溫度的控制,以獲得具有良好抗裂性的相變組織。從試驗(yàn)結(jié)果來看,該工藝可以更好地控制焊接質(zhì)量,然后更好地滿足12Cr13馬氏體不銹鋼焊接生產(chǎn)要求。
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