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316L不锈钢储罐显微组织(母材与焊缝及热影响区的显微组织)

作者:镇田机械 时间:2019-04-03 09:46
316L不锈钢储罐显微组织 材料的化学成分和显微组织是影响不锈钢耐腐蚀性能的重要因素。已有研宄 表明[65],C和Cr的含量对于不锈钢的耐蚀性的影响最为显著,随着C含量的升 高和Cr含量的降低 信息摘要:

316L不锈钢储罐显微组织

材料的化学成分和显微组织是影响不锈钢耐腐蚀性能的重要因素。已有研宄 表明[65],C和Cr的含量对于不锈钢的耐蚀性的影响最为显著,随着C含量的升 高和Cr含量的降低,材料耐蚀性逐渐降低。试验用不锈钢取自箱式储罐的封头 部位,在使用过程中最高工作温度为200°C。长期服役过程中,特别是在长期的 应力诱导作用下,显微组织将发生一定的变化。因此本节将主要研宄316L不锈 钢储罐封头焊缝及母材的显微组织及元素分布,并探讨显微组织变化的原因。

一、母材的显微组织

为了研宄316L不锈钢在服役过程中显微组织的演化,首先取旋压后的新 316L不锈钢试样,观察其金相组织并进行XRD分析,结果见图4-1和图4-2。 结合金相照片和XRD分析结果可以看出,在母材组织由奥氏体和沿轧制方向呈 条状分布的5-铁素体组成(见图4-1(a))。为了清楚地观察试样中奥氏体组织的 形貌特征,选取5-铁素体含量较少的截面进行金相分析,结果如图4-1(b)和(d), 可见未经服役的母材中奥氏体为等轴状,且由于在制造过程中经过旋压,变形量 较大,因而在奥氏体组织中存在大量的变形带,并晶粒内部产生了大量的孪晶。

图4-3为服役15年后316L不锈钢储罐封头母材的显微组织。由图4-3可见 其显微组织同样由等轴奥氏体及条状5-铁素体组成。而在5-铁素体含量较少的截 面的OM和SEM照片中可以发现,与未经服役的母材相比,服役15年后在母 材有大量的碳化物等二次相析出(如图4-3),这些沉淀相呈颗粒状沿变形带分 布于奥氏体基体中,在条状5-铁素体的周围也发现有颗粒状的碳化物析出(如图4-3(e))。

316L不锈钢储罐显微组织(母材与焊缝及热影响区的显微组织)

(c)新母材显微组织SEM照片    (d)新母材显微组织SEM照片

图4-1 316L不锈钢储罐封头新母材组织

316L不锈钢储罐显微组织(母材与焊缝及热影响区的显微组织)

图4-2 316L不锈钢储罐封头新母材组织XRD分析结果

316L不锈钢储罐显微组织(母材与焊缝及热影响区的显微组织)

316L不锈钢储罐显微组织(母材与焊缝及热影响区的显微组织)

(e)服役后母材铁素体周围沉淀相SEM照片 图4-3 316L不锈钢储罐封头服役15年后母材组织

 

二、焊缝及热影响区的显微组织

幸运赛车官网 图4-4为316L不锈钢储罐封头焊缝组织的金相照片。焊缝采用多层多道焊 的方法焊接而成,图4-4(a)显示了不同焊道焊缝金属的显微组织。图4-4(b)右侧

为盖面焊缝金属的显微组织。由图4-4(a)可见,焊缝组织主要由柱状奥氏体和断 续分布在奥氏体基体上的骨架状铁素体组成。奥氏体不锈钢的凝固模式通常分为 四种,即全奥氏体凝固模式(A)、全铁素体凝固模式CF)、奥氏体-铁素体凝 固模式(AF)和铁素体-奥氏体凝固模式(FA)。奥氏体不锈钢焊缝的凝固模式 取决于Cr当量与Ni当量的比值(Creq/Nieq)。研宄表明,当Creq/Nieq <1.37时, 奥氏体不锈钢焊缝为全奥氏体凝固;当Creq/Nieq =1.38-1.5时,奥氏体不锈钢焊 缝为奥氏体-铁素体凝固;当Creq/Nieq =1.51-2.0时,奥氏体不锈钢焊缝为铁素体- 奥氏体凝固;当Creq/Nieq>2.0时,奥氏体不锈钢焊缝为全铁素体凝固[66]。不同凝 固模式下,焊缝金属的组织形貌和性能都有所不同,针对316L奥氏体不锈钢TIG 焊常用焊材,其Creq/Nieq—般在1.5-2.0之间,根据改进舍夫勒图[67]结合图4-5 中奥氏体和铁素体的形态可以确定本试验焊缝的凝固模式为FA模式。在FA模 式中,随着温度的降低,5-铁素体首先由液相中析出,当温度低于奥氏体生成温 度时,在焊缝中将依次发生包晶反应和共晶反应,即L+5—L+5+Y—5+Y。由FA 模式形成的焊缝组织热裂倾向小,韧性最好。由图4-4(b)可见,盖面焊缝金属组 织与填充焊缝金属组织相比,其晶粒尺寸较细小,柱状奥氏体方向行明显。

316L不锈钢储罐显微组织(母材与焊缝及热影响区的显微组织)

(a)填充焊缝金属显微组织    (b)盖面焊缝金属显微组织

图4-4 316L不锈钢储罐封头焊缝组织

 

一般而言,焊接热影响区是焊接接头性能最为薄弱的部分。图4-5为316L 不锈钢储罐封头焊接热影响区组织的金相照片。

从图4-5(a)中可以看出,在靠近熔合线的区域,在焊接热循环的作用下,奥 氏体晶粒发生了回复和再结晶作用,孪晶组织基本消失。图4-5(b)为熔合线附近 热影响区试样表面的SEM照片,由图4-5(b)可见在熔合线附近,热影响区中除 了等轴奥氏体晶粒外还存在部分5-铁素体组织,如图中箭头所示。这是由于在熔 合区附近加热温度较高,部分奥氏体发生了固态相变转化成5-铁素体,而在随后 冷却过程中,由于冷却速率较快,5-铁素体难以完全相变形成奥氏体,因此部分 3-铁素体被保留了下来,分布于熔合区附近。

316L不锈钢储罐显微组织(母材与焊缝及热影响区的显微组织)

⑻热影响区试样OM像    (b)热影响区试样SEM像

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