不銹鋼管焊縫中的鐵素體起著極其重要的作用,特別是奧氏體不銹鋼和鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼的焊縫組織。奧氏體不銹鋼焊縫中,常常需要形成一定量的鐵素體(通常是4%~12%)以防止焊縫產(chǎn)生凝固裂紋。雙相鋼中的鐵素體對(duì)提高耐蝕性特別是耐應(yīng)力腐蝕破裂和耐孔蝕是至關(guān)重要的。而在雙相不銹鋼焊縫中又必須限制過(guò)多的鐵素體(>70%),以保持焊縫金屬具有足夠需要的塑韌性和耐蝕性。因此在這兩種情況下,都要嚴(yán)格控制鐵素體量。而某些在低溫環(huán)境及特殊腐蝕介質(zhì)中使用的奧氏體鋼焊縫中的鐵素體要求盡量降低。現(xiàn)在已經(jīng)把焊接時(shí)快速冷卻形成的不銹鋼管焊縫組織與合金元素的鉻當(dāng)量(Creq)和鎳當(dāng)量(Nieq)值的關(guān)系圖:Schaeffler圖、Delong圖和 WRC圖,用做不同情況下預(yù)言焊縫組織、設(shè)計(jì)焊材成分和根據(jù)焊縫化學(xué)成分分析結(jié)果評(píng)定焊縫質(zhì)量的重要依據(jù)。各組織圖的鉻、鎳當(dāng)量計(jì)算公式列于表1-2中。
Schaeffler圖(圖1-3)是最早的焊縫組織圖,它適用于常規(guī)的不銹鋼管焊后自然狀態(tài)的焊縫,其精確度為±4%。
Delong 圖(圖1-4)是在Schaeffler圖的基礎(chǔ)上改進(jìn)的,此圖加入了奧氏體形成元素N2的作用,更適合于氣體保護(hù)焊及含氮或控氮不銹鋼的焊縫組織。Delong圖還進(jìn)一步改進(jìn)了估算鐵素體含量的精確度(2%),特別是對(duì)含有比正常氮含量高的熔敷金屬。Delong圖以鐵素體序數(shù)(FN)表示焊縫的鐵素體量,F(xiàn)N最大到18FN,不能滿足不斷發(fā)展的要求,特別是高鐵素體的雙相鋼及其焊縫組織的要求。
WRC(1992)圖(圖1-5)以鐵素體序數(shù)FN表示鐵素體含量,此圖是最新的估算鐵素體的組織圖,該圖已把FN擴(kuò)大到100FN(相當(dāng)80%的鐵素體)被認(rèn)為適合于判斷300系列奧氏體及雙相不銹鋼焊縫組織中的鐵素體含量。Schaeffler、Delong、WRC圖是歷年來(lái)根據(jù)焊縫金屬的奧氏體形成元素碳、氮、錳、鎳,以及鐵素體形成元素鉻、鉬、硅、鈮等對(duì)形成鐵素體的作用,計(jì)算鎳、鉻當(dāng)量,繪制相應(yīng)的組織圖,這些圖是在不同時(shí)期考慮了不同化學(xué)元素的影響繪制的,各有其特點(diǎn),使用時(shí)應(yīng)加以注意。
在奧氏體及雙相不銹鋼焊接結(jié)構(gòu)中,焊縫中的鐵素體的控制,根據(jù)使用條件,大致有以下界限,以FN表示:
①. 要求無(wú)磁性的 ≤0.1FN
②. 特別腐蝕要求的(如尿素級(jí)焊材)及使用于-150℃以下的環(huán)境 ≤0.5FN
③. 一般使用,非穩(wěn)定化焊縫金屬 -150 ~ +150℃ 4~12FN
④. 一般使用,穩(wěn)定化焊縫-150 ~ +150℃ 6~15FN
⑤. 在σ相形成溫度范圍,540~900℃ 3~8FN
⑥. 鐵素體-奧氏體雙相及超級(jí)雙相不銹鋼焊縫 30~70FN