不锈钢堆焊层金相组织分析
不锈钢堆焊层金相组织分析
过渡层显微组织
奥氏体 + 少量铁素体 + σ相
奥氏体 + 低碳马氏体回 火组织 + ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ量σ相
奥氏体 + 少量铁素体 + 少量σ相
奥氏体 + 铁素体 + 少量 σ相
注 : 热处理状态均为 690 ℃,6 h 低温退火 。
2 堆焊层显微组织分析 堆焊试样中不出现σ相和马氏体组织 ,则低温
退火后强度降低 ;如果堆焊试样中出现σ相及马氏 体组织 ,则冲击韧性降低 。2 种组织数量越多 ,其下 降幅度越大 。因此冲击韧性的高低主要取决于显微
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表 2 带极埋弧堆焊层金属化学成分
(4) 根据试验 ,堆焊层出现马氏体组织和σ相可 使其冲击韧性及抗腐蚀能力明显降低 。因此 ,堆焊 层冲击韧性主要取决于显微组织中有无σ相 、马氏 体组织及其数量多少 。 4 结语
σ相或马氏体组织可导致材料脆化 ,为防止其 对材料冲击韧性及抗腐蚀能力产生影响 ,应以控制 堆焊层化学成分为基点选取焊材 ,制定合理的焊接 工艺 ,以保证产品质量 。
的制造质量 。
同 ,堆焊层中的显微组织及力学性能也有差异 。堆
1 堆焊试验
焊层金属的化学成分见表 1 和表 2 ,表中 Creq和 Nieq
试验用的基体材料为 2125Cr21Mo 钢板 ,手工电 为 Cr 和 Ni 的当量 ,根据 Delong 焊缝组织图计算[2] 。
SAF2205双相不锈钢焊接热处理金相分析
SAF2205双相不锈钢焊接热处理金相分析1前言双相不锈钢的开发和应用始于20世纪30年代，至今已发展了三代双相不锈钢。
第一代双相不锈钢:(1)以美国在20世纪40年代开发的AISI329钢为代表。
含Cr、Mo高，抗局部腐蚀性能好，但含碳量高(C≤0.10%)。
焊接后其接头耐蚀性和韧性较差，限制了钢材的应用，仅适用于铸锻件。
(2)日本在美国329钢的基础上降低碳含量，开发了SUS329J1钢，可用作焊接用钢。
(3)60年代中期，瑞典开发出著名的3RE60钢，其特点是超低碳，Cr含量18%。
良好的焊接性和成型性，使其成为第一代双相不锈钢的代表钢种。
第二代双相不锈钢:(1)20世纪80年代，瑞典首次开发出不含Mo的超低碳双相不锈钢。
代表钢种为SAF2304钢。
(2)在第一代双相钢的基础上，开发了含氮超低碳双相不锈钢。
典型的钢种是瑞典开发的SAF2205钢，使双相钢得到广泛应用。
第三代双相不锈钢:(1)50年代后期开发出超级双相不锈钢，特点是碳含量低(≤0.03%)，钼和氮含量高(钼约4%，氮约0.3%)；钢中中等铁素体含量达到40 ~ 45%；具有优异的耐点蚀性，其PRE值大于40。
代表钢种为SAF2507钢。
双相不锈钢作为一种特殊的不锈钢材料，越来越广泛地应用于压力容器及其他相关设备中。
与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢在抗晶间腐蚀、点蚀、间隙腐蚀，尤其是氯化物引起的应力腐蚀开裂方面具有绝对优势。
在石油和化工领域的应用前景非常广阔。
如表1-1所示，部分双相不锈钢的牌号和化学成分为[1]。
表1-1双相不锈钢的等级和化学成分资料来源:2004年2月《焊接设备与材料》[J]。
焊接技术”2双相不锈钢双相不锈钢是指同时具有奥氏体(α)和铁素体(γ)组织的不锈钢，双相组织应独立存在且含量较大。
一般来说，奥氏体基体上铁素体≥15%或铁素体基体上奥氏体≥15%的奥氏体+铁素体双相不锈钢可称为双相不锈钢，本文简称为双相不锈钢。
双相不锈钢堆焊焊缝组织及性能的研究
摘要随着现代工业技术的发展，传统的奥氏体型不锈钢暴露出它在晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀方面的抗力不足，这些问题限制了奥氏体型不锈钢在化工、炼油等工业中的更广泛使用。
自20世纪30年代以来，各国冶金工作者为解决奥氏体型不锈钢抗腐蚀性问题进行了大量的研究工作，开发出新钢种—奥氏体-铁素体型不锈钢（简称双相不锈钢）。
双相不锈钢综合了奥氏体型不锈钢和铁素体型不锈钢两者的优点，具有良好的韧性、强度，其中屈服强度可达普通不锈钢的2倍；其优良的耐氯化物应力腐蚀性能远远超过18-8型不锈钢，并具有良好的抗点腐蚀和缝隙腐蚀的能力；同时该类钢中镍含量只有18-8型不锈钢含镍量的一半，一定程度上解决了世界上工业用镍资源的不足问题。
国外双相不锈钢己广泛地应用于各工业领域，诸如纸浆和造纸、陆上和海上的油气工业、化学加工工业、运输业（化学品船和槽车）、制药和食品工业以及建筑业等，多用制造反应容器，各种工业设备和输送管道等，如图1、2所示。
在大多数应用中，双相不锈钢被认为是具有性能成本效益的材料，填补了普通奥氏体不锈钢，如316和高合金奥氏体不锈钢之间的空白。
国内在这些方面没有推广使用，但利用双相不锈钢在中性氯化物溶液中有较好的耐点腐蚀、晶间腐蚀等局部腐蚀能力，开发了其在真空制盐和硝盐联产装置上的应用，20万～30万吨的制盐厂的大型盐水和芒硝蒸发罐采用了双相不锈钢的衬里和复合板。
图1 造纸工业图2 化学品船Fig.1 Duplex used for pulp and paper Fig.2 Duplex Used for Chemical Tankers双相不锈钢的焊接与奥氏体不锈钢的焊接比较，焊缝的热裂纹倾向低；与铁素体不锈钢的焊接性比较，焊接接头焊后状态的脆化程度低，而且焊接热影响区（HAZ）中单相铁素体相的粗化程度也较低。
双相不锈钢焊接的最大特点是焊接热循环对焊接接头组织的影响。
无论焊缝或是HAZ都会有重要的相变发生，这时焊件的塑性和耐腐蚀性都有很大的影响。
Q235钢表面TIG堆焊308L不锈钢的组织和性能研究
Q235钢表面TIG堆焊308L不锈钢的组织和性能研究张金彪;潘强;杨华;彭正昶;陆祥辉【摘要】为了提高Q235钢表面的耐腐蚀性和硬度等性能,使用TIG(非熔化极惰性气体保护焊)堆焊技术在Q235B钢表面堆焊不锈钢.进行了30组试验,选取其中堆焊效果好的4个试样,分析了堆焊层组织的宏观和微观形貌,比较了堆焊层的硬度.结果表明:Q235B钢板堆焊不锈钢进行表面改性后,钢板的表面硬度有明显提高,表面堆焊层的耐腐蚀性能比Q235B钢母材的耐腐蚀性能显著提高.【期刊名称】《石油化工腐蚀与防护》【年(卷),期】2017(034)004【总页数】4页(P18-21)【关键词】Q235钢;堆焊;不锈钢;组织性能【作者】张金彪;潘强;杨华;彭正昶;陆祥辉【作者单位】兰州兰石集团兰驼农业装备有限公司,甘肃兰州730314;兰州市兰石能源装备工程研究院,甘肃兰州730314;兰州市兰石能源装备工程研究院,甘肃兰州730314;兰州市兰石能源装备工程研究院,甘肃兰州730314;兰州市兰石能源装备工程研究院,甘肃兰州730314【正文语种】中文石油化工工业的许多设备及其关键零部件通常在高温、高压和腐蚀性介质中服役，经常选用不锈钢作为制造这类设备及零部件的材料。
但不锈钢材料价格昂贵，为了降低成本，在实际生产中常常采用碳素钢作为基体，在其表面堆焊不锈钢材料，以此来满足设备力学性能和耐腐蚀性能要求[1-3]。
然而，在以碳素钢为基体堆焊不锈钢过程中，其熔合线附近会发生C和Cr 等元素扩散和迁移，形成脆性相析出层，影响堆焊质量。
为了使堆焊层获得理想的性能，就要保证其具有合适的合金含量，即控制焊缝合金元素稀释率。
堆焊是用焊接方式来增大或恢复焊件尺寸，或把耐磨、耐腐蚀等特殊性能的填充金属熔覆在基体金属表面而使焊件表面获得特殊性能的一种工艺方法。
各种熔化焊工艺，如焊条电弧焊、MIG (熔化极惰性气体保护焊)、埋弧焊及等离子弧焊等焊接方法都可以用于堆焊，但考虑到成本、效率、堆焊变形及焊缝稀释率等综合因素，这些方法各有优缺点，在堆焊时应改进与优化[4-6]。
马氏体不锈钢焊缝的 金相组织
马氏体不锈钢焊缝的金相组织
马氏体不锈钢焊缝的金相组织主要是马氏体组织。
具体来说，马氏体不锈钢在高温状态时的组织为奥氏体，经过淬火（快速冷却）后，奥氏体转变为马氏体。
这种转变赋予了马氏体不锈钢较高的强度和硬度。
在焊接过程中，焊缝区域会经历一个快速的加热和冷却过程，类似于淬火处理，因此在焊缝区域通常也会形成马氏体组织。
需要注意的是，在焊接马氏体不锈钢时，焊缝区域的快速冷却可能导致脆性相的形成，如δ铁素体或碳化物等，这些相的存在可能会影响焊缝的韧性和耐腐蚀性能。
因此，在实际的焊接操作中，通常会采取预热和后热处理措施来优化焊缝的组织和性能。
不锈钢和耐热钢的金相组织及检验课件
43
• 奥氏体耐热钢 • 4Cr14Ni14W2Mo钢中的铬镍含量较多，在
室温就可得到奥氏体组织，该钢组织为奥 氏体＋碳化物，在800℃下能耐热不起皮
44
45
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不锈钢和耐热钢的金相 组织及检验
中级班
1
不锈钢及其金相检验
. 不锈钢——在空气和弱腐蚀介质中抵抗腐 蚀的钢
. 耐酸钢——在酸、盐溶液等强腐蚀介质中 抵抗腐蚀的钢
统称不锈耐酸钢，简称不锈钢
2
. 金属腐蚀概念 化学腐蚀：金属和周围介质发生化学反映而
使金属损坏的现象。(不产生电流)
铸铁在高 温下氧化
3
11
12
13
• 2Cr13钢，淬火温度： 980~1000 ℃，经 1050 ℃油淬后，组织为马氏体＋少量残余 奥氏体，经650 ℃回火后，组织为索氏体
14
15
. 3Cr13、4Cr13，淬火温度一般为1050℃~ 1100 ℃ ，淬火组织为马氏体＋未溶碳化物， 回火后组织为索氏体＋碳化物
. 电化学腐蚀：金属与电解质溶液构成微电 池而引起的腐蚀。
4
5
. 提高金属抗蚀性的途径： • 加入Cr、Ni、Si等合金元素，使钢在室温下
得到单相的固溶体 • 加入的Cr、Ni等合金元素使钢表面形成致
密的氧化物防护膜 • 减少或消除钢中存在的应力、组织和成分
不均匀现象
6
. 不锈耐酸钢的分类 铁素体钢、马氏体钢、奥氏体钢、沉淀硬 化钢
31
. δ铁素体和σ相 . δ铁素体是在高温区域形成的相，形成原因
是加热温度过高，停留时间过久，化学成 分波动或形成铁素体与奥氏体的元素达不 到平衡等原因而形成。
对316L不锈钢金相组织的全面解析
对316L不锈钢金相组织的全面解析1. 简介316L不锈钢是一种常见的奥氏体系不锈钢，由于其优异的耐腐蚀性能、良好的机械性能以及易于加工的特点，在许多工业领域中得到了广泛的应用。
316L不锈钢中的“316”表示该材料属于不锈钢类别，“L”则代表低碳（通常指碳含量小于0.03%）。
本文档旨在对316L不锈钢的金相组织进行详细解析，以帮助读者更深入地理解其微观结构及其对材料性能的影响。
2. 金相组织金相组织是描述材料微观结构的一个术语，它包括了晶粒、晶界、相界、碳化物、氮化物等。
金相组织的分析对于了解材料的性能和应用具有重要意义。
2.1 晶粒316L不锈钢的晶粒主要是奥氏晶，这是由于其采用的奥氏体不锈钢生产工艺决定的。
奥氏晶是一种面心立方结构的晶体，具有良好的塑性和韧性。
晶粒的大小对材料的机械性能有重要影响，晶粒越细，材料的强度和硬度通常会越高，但韧性会降低。
2.2 晶界晶界是晶粒之间的边界，它在材料的力学性能和腐蚀性能中起着重要作用。
在316L不锈钢中，晶界通常富含铬和镍，这有助于提高材料的耐腐蚀性能。
2.3 相界相界是指材料中不同相之间的边界。
在316L不锈钢中，相界主要是指奥氏体相与其他相（如铁素体相或渗碳体相）之间的边界。
2.4 碳化物和氮化物316L不锈钢中的碳化物和氮化物主要分布在晶界和相界上，它们对提高材料的强度和硬度有重要作用，但过多可能会降低材料的韧性。
3. 影响金相组织的因素3.1 热处理热处理是影响316L不锈钢金相组织的重要因素之一。
通过调整热处理的温度和时间，可以控制晶粒的大小和形状，从而影响材料的性能。
3.2 冷加工冷加工（如轧制、拉伸等）也可以影响316L不锈钢的金相组织。
冷加工可以使晶粒变形，从而提高材料的强度和硬度，但会降低韧性。
3.3 合金元素316L不锈钢中的合金元素（如铬、镍、钼等）也对金相组织有重要影响。
这些元素可以提高材料的耐腐蚀性能，同时也会影响晶粒的大小和形状。
不锈钢金相检验
④． 双相不锈钢 （Cr18、Cr23、Cr22和Cr25 ）
⑤． 沉淀硬化不锈钢
三、不锈钢金相检验
• 1.试样的制备 • 不锈钢金相试样的制备过程和高合金钢基本相同。其中奥氏体不锈钢基体组织较软，韧性 较高和易产生加工硬化，试样制备难度较高，在抛磨过程中易产生机械滑移以及扰乱金属层组织 等假象而影响正常的金相组织分析和检验。半马氏体钢制样不当则会使奥氏体转变成马氏体，所 以制备试样不应使试样产生高热。磨光用力不应过大，抛光时间不宜过长。
图2 Cr13型钢退火组织 500 ×
图3 20Cr13钢退火组织500 ×
5.奥氏体不锈钢 奥氏体不锈钢基体以面心立方结构的奥氏体为主，无磁性。 一般含Cr：16-25% ，Ni：7-20% ，经适当热处理后，在室温下得到单一A，如图4为奥氏体 不锈钢。
图4. 18-8型不锈钢组织 170 ×
奥氏体不锈钢具有良好的高低温塑性、韧性和耐腐蚀性。缺点是晶间腐蚀和应力腐蚀倾向大， 切削加工性能差。
不锈钢金相检验概述
黄智斌
一、不锈钢定义
在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀、有较高稳定性的一种高合金钢，不锈钢耐腐蚀性能好、具有美观的表 面，不必经过镀色等表面处理，而发挥不锈钢所固有的表面性能,使用于多方面的一种钢铁。
从金相学角度分析，因为不锈钢含有较高的铬，铬在表面形成很薄的铬膜，这个膜隔离开侵入钢内的氧气，从而起 耐腐蚀的作用。
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的制造质量 。
同 ,堆焊层中的显微组织及力学性能也有差异 。堆
1 堆焊试验
焊层金属的化学成分见表 1 和表 2 ,表中 Creq和 Nieq
试验用的基体材料为 2125Cr21Mo 钢板 ,手工电 为 Cr 和 Ni 的当量 ,根据 Delong 焊缝组织图计算[2] 。
弧焊堆焊焊条规格为 312 mm ,过渡层焊条牌号为
为奥氏体 + 铁素体 ,控制铁素体含量小于 15 % ,在 工电弧焊堆焊和带极埋弧堆焊的表层及过渡层的显
堆焊层与基体的交界处 (即熔合区) 靠母材一侧有深 微组织见表 3 。
收稿日期 : 2003204217 作者简介 : 王惠斌 (19522) ,男 (汉族) ,天津人 ,工程师 ,从事金属材料检验和失效分析等工作 。
(2) 比较手工电弧焊堆焊与带极埋弧堆焊可以 看出 ,带极堆焊过渡层中熔合区所形成的马氏体黑 带比手工堆焊的要宽 ,说明带极堆焊的线能量比手 工堆焊大 。但是当手工电弧焊堆焊的线能量过大 时 ,会使基体熔化过多造成稀释率增大以及铬元素 烧损 ,导致马氏体黑带加宽 ,甚至充满整个过渡层 。
(3) 根据有关资料 ,铬当量控制在 20 %左右 、镍 当量控制在 11 %～13 %时 ,焊接后进行低温退火复 层内不会出现σ相 。而铬当量控制在 23 %左右 ,镍 当量控制在 13 %左右时 ,焊后低温退火后容易出现 σ相 。当铬当量降至 16 %左右 ,镍当量在 10 %左右 时 ,堆焊层将会出现马氏体组织 。
H2 + H2S腐蚀以及连多硫酸的应力腐蚀 ,其内壁大多 带规 格 为 60 mm ×015 mm , 过 渡 层 焊 材 材 质 为
堆焊不锈钢复层 。堆焊方法有带极埋弧堆焊和手工 00Cr25Ni13 ,表层为 00Cr20Ni10Nb ,带极用于形状位置复 剂分别为 HJ107 和 HJ107Nb ,使用前经 200 ℃×1 h
图 2 手工电弧焊堆焊层显微组织 (400 ×)
图 3 手工电弧焊堆焊层σ相 (400 ×) 表 3 堆焊层显微组织
试件号 1# 2# 3# 4#
表层显微组织
奥氏体 + 少量铁素体 + σ相
奥氏体 + 铁素体 + 少量 σ相
奥氏体 + 少量铁素体 + 少量σ相
奥氏体 + 铁素体 + 少量 σ相
杂的部位 。在堆焊过程中 ,为防止产生热裂纹 ,堆焊 烘干 。堆焊试件共 4 件 ,堆焊按先过渡层后表层的
层中的铁素体一般控制在 3 %～10 %。堆焊层能有 顺序进行 ,试件规格为 450 mm ×350 mm ,试件 1 # 、
效防止上述腐蚀 ,但在低温退火或长时间高温条件 2 # 为手工电弧焊堆焊 ,3 # 、4 # 为带极埋弧堆焊 。堆
第 32 卷 第 2003 年 9 月
5
期
P E石TRO 2油CH EM化IC A工L E Q设UIP M备ENT
V ol1S3e2pt 1N2o01053
文章编号 : 100027466 (2003) 0520045202
不锈钢堆焊层金相组织分析
(2) 堆焊试样宏观检查 堆焊层分过渡层及表
表 1 手工电弧焊堆焊层金属的化学成分
%
试件号
C
Mn
标准要求值
表层
1#
表层
2#
过渡层
2#
≤0105 01042 2100 01032 1199 01070 1113
Si
S
P
Cr
Ni
Nb
Mo
Ti
Creq/ Nieq
1810～2110 810～1110 ≥10 ×ω(C)
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层 2 次堆焊 。经酸蚀后堆焊层宏观断面层次分明 , 度不一的脱碳层 ,而靠堆焊层一侧则有增碳区和铬
一次结晶枝晶状组织清晰可见 ,未发现焊接缺陷 。 (3) 堆焊层显微组织 堆焊层的显微组织一般
的稀释带 ,在熔合区一般容易出现低碳马氏体黑带 , 见图 1 和图 2 。堆焊层中σ相组织形貌见图 3 。手
显微硬度的测定说明 ,在熔合区形成的马氏体 黑带及过渡层增碳区的显微硬度高于其它区域 。 3 讨论
(1) 对堆焊层中的低碳马氏体组织 ,主要通过其 显微组织形态 、化学成分 、硬度及计算铬镍当量值进 行正确鉴别 。波谱曲线分析表明 ,堆焊层中有马氏 体组织的部位 C 元素的曲线峰值明显上升 ,说明在 堆焊的稀释部位 C 元素的迁移随着焊接热输入量 的增大而加宽 。
(4) 根据试验 ,堆焊层出现马氏体组织和σ相可 使其冲击韧性及抗腐蚀能力明显降低 。因此 ,堆焊 层冲击韧性主要取决于显微组织中有无σ相 、马氏 体组织及其数量多少 。 4 结语
σ相或马氏体组织可导致材料脆化 ,为防止其 对材料冲击韧性及抗腐蚀能力产生影响 ,应以控制 堆焊层化学成分为基点选取焊材 ,制定合理的焊接 工艺 ,以保证产品质量 。
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
·46 ·
石 油 化 工 设 备 2003 年 第 32 卷
图 1 带极埋弧堆焊层马氏体黑带 (400 ×)
参考文献 : [ 1 ] 须永寿夫 1 不锈钢损坏及其防护[M] . 耿文范 1 北京 :机械工业
出版社 ,19811 [2 ] 陈德和 1 不锈钢的性能与组织 [ M] . 北京 : 机械工业出版社 ,
19771 (杜编)
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
下 ,铁素体容易转变为σ相[1] ,它与堆焊层中出现的 焊过渡层用的钢带及焊条相当于 SR309L ,表层相当
马氏体组织都是 1 种脆化相 ,会降低堆焊层的冲击 于 SR347L 。
韧性及其抗腐蚀能力 。为此 ,笔者对不锈钢堆焊层
(1) 堆焊层的化学成分 试验发现 ,采用同 1 种
的金相组织进行分析 ,以便改进焊接工艺 ,提高设备 焊条或钢带堆焊时 ,堆焊层金属的化学成分可能不
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表 2 带极埋弧堆焊层金属化学成分
组织 ,而化学成分对显微组织的组成起决定作用[2] 。 不锈钢堆焊层中存在σ相及马氏体组织不仅降低了 堆焊层的冲击韧性 ,而且严重影响其抗腐蚀能力 。
堆焊层中马氏体带的宽度随焊接过程中热输入 量的增大而加宽 ,其奥氏体晶粒度也随着热输入量 的增大而长大 。如果焊接的热输入量过大 ,将使整 个过渡层出现马氏体组织 ,见图 2 。
%
试件号
C
Mn
标准要求值
表层
3#
表层
4#
≤0105
01031
0173
01030
0194
Si
S
P
Cr
Ni
Nb
Creq/ Nieq
1810～2110 810～1110 ≥10 ×ω(C)
0160
01012
01012
19151
8189
0159 21161/ 10119
0147
01005
01016
20132
王惠斌
(兰州石油化工机械设备集团公司 , 甘肃 兰州 730050)
关 键 词 : 加氢反应器 ; σ相 ; 马氏体 ; 腐蚀 ; 冲击韧性 中图分类号 : TG 455 ; TG 444 文献标识码 : B
在加氢反应器的设计与制造中 ,为了防止高温 SR309L ,表层焊条牌号为 SR347L 。带极埋弧堆焊焊
过渡层显微组织
奥氏体 + 少量铁素体 + σ相
奥氏体 + 低碳马氏体回 火组织 + 少量σ相
奥氏体 + 少量铁素体 + 少量σ相
奥氏体 + 铁素体 + 少量 σ相
注 : 热处理状态均为 690 ℃,6 h 低温退火 。
2 堆焊层显微组织分析 堆焊试样中不出现σ相和马氏体组织 ,则低温
退火后强度降低 ;如果堆焊试样中出现σ相及马氏 体组织 ,则冲击韧性降低 。2 种组织数量越多 ,其下 降幅度越大 。因此冲击韧性的高低主要取决于显微