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不鏽鋼中(zhōng)鐵素體(tǐ)的作用
來源: | 作者:pmt7f6ada | 發布時間: 2021-05-09 | 806 次浏覽 | 分(fēn)享到:
一(yī)、概述
1.1 不鏽鋼分(fēn)類—按組織結構分(fēn)爲：
奧氏體(tǐ)不鏽鋼是不鏽鋼焊材中(zhōng)重要的一(yī)類，因其良好的耐熱、耐蝕、耐低溫及好的加工(gōng)和焊接性被廣泛應用于各個領域，其産量約占不鏽鋼總量的70%。
奧氏體(tǐ)是C溶解在γ鐵形成的間隙固溶體(tǐ)，具有面心立方結構，無磁性;奧氏體(tǐ)不鏽鋼是主要通過冷作加工(gōng)使其強化(并産生(shēng)誘導馬氏體(tǐ)而導緻有磁性)的不鏽鋼。鐵素體(tǐ)是奧氏體(tǐ)不鏽鋼中(zhōng)的重要組成部，具有體(tǐ)心立方結構，有磁性，分(fēn)爲α鐵素體(tǐ)和δ鐵素體(tǐ)。

焊接時奧氏體(tǐ)不鏽鋼形成的鐵素體(tǐ)，是由液态向固态轉變時形成的鐵素體(tǐ)，此種鐵素體(tǐ)稱爲δ鐵素體(tǐ)(也叫高溫鐵素體(tǐ));而由奧氏體(tǐ)析出的鐵素體(tǐ)也就是α鐵素體(tǐ)，兩者因轉變溫度不同而有着 本質上的區别。
α鐵素體(tǐ)：C溶解在α鐵形成的間隙固溶體(tǐ)，常用符号F表示，是鐵素體(tǐ)不鏽鋼的主要組成;
δ鐵素體(tǐ)：C溶解在δ鐵形成的間隙固溶體(tǐ)，也稱高溫鐵素體(tǐ)，在奧氏體(tǐ)不鏽鋼焊縫中(zhōng)起着極其重要的作用;

1.2 鐵素體(tǐ)的形成機理
所有不同種類的不鏽鋼都是Cr含量12%以上的鐵基合金。不鏽鋼的組織結構由合金元素含量(也就是鉻、鎳當量)所決定。對不鏽鋼，合金元素可分(fēn)爲兩大(dà)類，即鐵素體(tǐ)形成元素(也稱鉻當量元素)和奧氏體(tǐ)形成元素(也稱鎳當量元素)，兩大(dà)類元素的平衡關系決定了組織中(zhōng)鐵素體(tǐ)含量的多少。奧氏體(tǐ)形成元素主要有C、N 、Mn、Ni、Cu等，鐵素體(tǐ)形成元素主要有Cr、Mo、Si、Nb、Al、Ti等。
合金元素對不鏽鋼的作用
鉻鎳奧氏體(tǐ)鋼凝固時，根據不同的化學成分(fēn)可能會有3種結晶模式，即A全奧氏體(tǐ)模式、AF(初析奧氏體(tǐ)并在凝固終了前，共晶生(shēng)成部分(fēn)鐵素體(tǐ))凝固模式和FA(初析鐵素體(tǐ)并在凝固終了前形成部分(fēn)奧氏體(tǐ))凝固模式。焊縫凝固模式不同，焊縫凝固的開(kāi)裂敏感性也不同。FA凝固模式抗凝固裂紋能力最強，全奧氏體(tǐ)凝固模式抗裂能力最差。
而鉻鎳奧氏體(tǐ)焊縫的凝固模式主要取決于焊縫金屬的[Cr/Ni]eq，有文獻研究表明當[Cr/Ni]eq>(1.47-1.58)時爲FA凝固模式，當(1.47-1.58)>[Cr/Ni]eq>(1.14-1.24)爲AF凝固模式，當[Cr/Ni]eq<1.14-1.24)爲全奧氏體(tǐ)凝固模式，可爲設計者提供參考。
成都不鏽鋼,不鏽鋼闆,不鏽鋼卷,不鏽鋼管,不鏽圓鋼
二、不鏽鋼中(zhōng)鐵素體(tǐ)的作用
奧氏體(tǐ)不鏽鋼中(zhōng)的δ相鐵素體(tǐ)有利于提高焊縫的抗晶間腐蝕性能，也能産生(shēng)σ相脆化和δ相選擇性腐蝕，不同行業對δ相鐵素體(tǐ)含量均有相關要求。下(xià)面簡要闡述奧氏體(tǐ)不鏽鋼中(zhōng)鐵素體(tǐ)利與弊。
奧氏體(tǐ)不鏽鋼焊縫中(zhōng)δ相鐵素體(tǐ)的作用
有利作用一(yī)：
防止熱裂紋機理：
鐵素體(tǐ)對P、S、Si、和Nb等元素溶解度較大(dà)，能防止這些不利元素偏析和形成低熔點共晶，從而阻止凝固裂紋産生(shēng)。
研究表明δ相超過3%可明顯提高奧氏體(tǐ)焊縫抗熱裂性能;

不利作用：
易産生(shēng)脆化相，降低材料韌性。
機理：
高溫下(xià)δ相鐵素體(tǐ)容易轉化成σ脆化相，即使不在高溫下(xià)長時間工(gōng)作，多層焊接時即可産生(shēng)。δ相鐵素體(tǐ)含量越高，越易析出σ相;
鐵素體(tǐ)含量過高，極易産生(shēng)脆性相，将造成堆焊層材料脆化，降低材料韌性，造成脆性破壞;
也會使熱加工(gōng)裂紋傾向性增大(dà)。

有利作用二：
少量鐵素體(tǐ)可提高焊接接頭的耐腐蝕性能，尤其是耐晶間腐蝕和應力腐蝕破裂性能。
機理：
在奧氏體(tǐ)不鏽鋼中(zhōng)，鐵素體(tǐ)的存在可以打亂單一(yī)奧氏體(tǐ)組織的方向性，從而避免貧Cr層貫穿于晶粒之間構成腐蝕介質的集中(zhōng)通道;δ相鐵素體(tǐ)富Cr，碳化鉻可優先在δ相邊緣沉澱，不會在奧氏體(tǐ)晶粒表面形成貧鉻層，從而也有利于提高焊縫的抗晶間腐蝕性能。

不利作用：
過高的鐵素體(tǐ)降造成奧氏體(tǐ)抗點腐蝕和特殊介質中(zhōng)的腐蝕性能下(xià)降。
機理：
因其與奧氏體(tǐ)的電(diàn)極電(diàn)位不同，超過一(yī)定限度後，會使點腐蝕和δ相選擇性腐蝕傾向增大(dà);選擇性腐蝕與腐蝕介質有關，在硫酸和尿素介質中(zhōng)将優先腐蝕。

注：
① σ相(脆硬無磁性的Fe-Cr相化合物(wù)，500~900℃下(xià)長時間工(gōng)作，δ相鐵素體(tǐ)易産生(shēng)σ相，并分(fēn)布于晶界，嚴重降低塑性和韌性并會增大(dà)晶間腐蝕性能);
② 爲避免高溫脆化;此時需将鐵素體(tǐ)控制在3~8%，或固溶處理，将σ相溶解回基體(tǐ)。
三、鐵素體(tǐ)常見的檢測/預測方法
3.1 磁性法——JB/T 7853-95 鉻鎳奧氏體(tǐ)不鏽鋼焊縫中(zhōng)鐵素體(tǐ)數的測量
3.2 金相法——參照 GB/T 1594 鉻鎳奧氏體(tǐ)不鏽鋼焊縫鐵素體(tǐ)含量測量方法(或ASTM E562 系統人工(gōng)點計數法) 檢測
3.3.1 不同鐵素體(tǐ)預測圖的比較
3.4不同鐵素體(tǐ)測量方法比較

四、奧氏體(tǐ)不鏽鋼焊縫中(zhōng)鐵素體(tǐ)的控制
1、除了焊材成分(fēn)設計(即前面提到的Creq/Nieq比);
2、還有焊接過程的控制：
① 電(diàn)弧的高低、保護氣體(tǐ)的種類會顯著影響熔敷金屬的N含量，進而影響焊縫鐵素體(tǐ)含量;
② 焊接參數及工(gōng)藝的控制，會直接影響熔池溫度和焊縫凝固速度，進而影響焊縫鐵素體(tǐ)含量。
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