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    304/304L與316/316L奧氏體不銹鋼焊接性能對比分析

    來源:小編 發布時間:2021-07-19 次瀏覽


    比較了304/304L和316/316L奧氏體不銹鋼的化學成分和力學性能,通過氬弧焊、藥芯氣保焊和埋弧焊三種焊接工藝測量了焊接材料、焊接參數和焊接參數。變量進行了比較。電弧焊的組織結構和力學性能。

    304L 和316L 低碳奧氏體不銹鋼具有獨特的優勢,它們可以在低至-196C 的溫度下使用。特別是近年來,全球對液化天然氣(LNG)的需求不斷增加,LNG設施的建設需求逐漸增加,304L和316L奧氏體不銹鋼的使用越來越普遍。

    1 化學成分和力學性能比較

    304 和304L 與316 和316L 之間的主要區別在于碳含量。含碳量越高表示耐高溫和抗氧化性能越好,含碳量越低表示抗晶間腐蝕性能越好。 316和304的主要區別是增加了Ni的含量并添加了Mo,具有很好的抗氯化物侵蝕的能力,所以更多地用于海洋環境。本文所用基材均為ASTM A358 304/304L,本應采用316/316L進行的試驗,也用304/304L基材代替316/316L,實際成分見下圖表格1。其他力學性能數據見表2(E批次試驗未使用,本項目316/316L鋼作對比)。

    2 焊接工藝評定

    以304/304L和316/316L奧氏體不銹鋼為例,根據實際現場,綜合考察選擇了GTAW、GTAW+FCAW、GTAW+SAW三種工藝。

    2.1 家居設計

    壁厚小于22mm的基板采用常規單V型槽(a),壁厚大于22mm的基板采用復合槽(b)參照ASMEB31.3-2008設計。圖1。

    2.2 焊接材料

    項目選擇了三種工藝,所用的焊接材料為GTS-308L、GFS-308L和GWS-308L/GXS-300,對于316/316L不銹鋼壁厚,選擇了兩種工藝:GTAW和GTAW+FCAW。已經使用的焊材為TGS-316L和GFS-316L。如表3所示,化學成分與相應鋼相似,Cr、Ni含量略高于母材,316/316L焊材Mo含量達到2.18%。

    2.3 焊接參數

    不銹鋼的焊接不應使用大量的熱輸入,因此應選擇小電流和快速焊接。實際試驗中的焊接參數等工藝細節見表4。

    除以下參數外,焊接前應清潔坡口,避免油脂污染,防止焊接時產生氣孔和滲碳。在焊接過程中,只有不銹鋼絲刷才能清潔坡口和焊縫表面。每次試驗的預熱溫度應為10或更高,層間溫度應為175或更低。焊槍保護氣和后保護氣均為99.99%純Ar。氣流量是15-25L/s。氬弧工藝常用的焊絲直徑為2.0和2.4mm,因此參數通常較小,電流集中在80-140A之間,而分子氧和埋弧的工藝參數相對依次增加。在純氬弧焊工藝的情況下,最高的熱量輸入發生在底環時,因為焊接開始時焊接速度往往較慢,以保證后蓋的質量。

    3 焊接性能比較

    經無損檢測、結構分析和力學性能檢測,上述檢測均順利通過焊接工藝評定,力學性能等檢測結果良好。

    3.1 組織結構分析

    奧氏體不銹鋼一般都含有一定量的鐵素體,鐵素體的含碳量極低,因此具有良好的塑性和韌性,其在S、P、Si、Nb等元素中的高溶解度使得防止這些元素成為可能。能夠。低熔點共晶的偏析和形成防止了凝固裂紋(熱裂紋)的發生,而鐵素體對提高焊縫抗晶間腐蝕和應力腐蝕的能力有顯著的作用。

    綜合匯總測試的FN結果如表5所示。從表中可以看出,總鐵素體含量約為5.7,滿足項目3-8的要求。由于測試所用基材為ASTM A358 304/304L,可見316L系列焊材的包覆金屬鐵素體含量略低于308L系列焊材。從焊接工藝來看,鐵素體含量與焊接工藝沒有直接關系。

    3.2 力學性能比較

    不銹鋼的彈性功比較小,沖擊性能主要花在塑性變形和裂紋擴展和斷裂上。因此,單純用沖擊功作為衡量沖擊韌性的指標是不合適的。

    目前LNG項目一般采用ASME B31.3標準的規定,奧氏體不銹鋼在-196的沖擊橫向膨脹值大于0.38mm,部分不需要ASME規范的項目也采用。這項規定。但是ASME標準并沒有明確要求沖擊能,當然還有很多歐洲LNG項目對沖擊能有具體要求。例如,TV 標準設計和施工項目往往要求沖擊能量大于32 J。

    焊縫細節對相應焊縫金屬的韌性有不同程度的影響,316/316L不銹鋼焊接試驗中-196的沖擊功和橫向膨脹值見圖2(a) .從圖中可以看出,沖擊能值越大,橫向膨脹值也越大,兩者之間存在一定的對應關系。值得一提的是,316/316L(實際上是304/304L)鋼和316系列焊絲在相同測試中的沖擊功存在顯著差異。試驗1的橫向膨脹值為0.87-1.43,試驗3為1.07-1.1 .56,但試驗3的沖擊功為138-159J時,試驗1低至23-39J。對于每個測試集,采樣點1、2 和3 分別代表三個位置:焊接金屬、熔線和熔線+2。如圖2所示,可以看出焊縫金屬的沖擊功和橫向膨脹值最低,越靠近母材沖擊功和橫向膨脹值越高。實驗2和實驗3使用同一批母材,但分別采用純氬弧和氬弧+藥芯氣體保護焊工藝,求出氬弧焊的沖擊功和橫向膨脹值。遠高于藥芯氣保焊。

    對于304/304L不銹鋼,本文選取試驗5、7、8作為分析標準,根據表6,試驗5、7、8采用氬弧、氬弧+藥芯氣保焊。和氬弧焊+埋弧焊工藝,分別。三個沖擊值和橫向膨脹值如圖2(b)所示,可以看出圖中三個過程的沖擊能量依次遞減,橫向膨脹值的變化趨勢大致如下。沖擊能量不是線性的,而是.

    從整體來看,304/304L的橫向膨脹和沖擊值高于316/316L,除試驗1外,氬弧工藝的沖擊和橫向膨脹值最高,其次是浸沒電弧工藝,而雙氧工藝的性能最差。測試1是氬弧工藝,根據上面的分析,沖擊值應該比較高,但實際情況正好相反。由于實驗1和實驗4使用的是同一批基材,圖3比較了兩者的效果和橫向膨脹。對比顯示,兩者的沖擊和橫向膨脹值較低,但304/304L的測試值略高,證實304/304L也具有較高的橫向膨脹和沖擊值。比316/316L;同時,必須證明沖擊能量大,橫向膨脹值不一定高。數值偏低的原因在于基材,從表4可以看出,該批號基材的沖擊功僅為30J。

    4。結論

    304/304L和316/316L都是奧氏體不銹鋼,但有一些區別。 1)316和304的主要區別是Ni元素含量增加,Mo添加2-3%,316/316L不銹鋼具有更高的耐腐蝕性。 2)316/316L的包層金屬的鐵素體含量比304/304L低,鐵素體含量與焊接工藝沒有直接關系。 3)304/304L的橫向膨脹值高于316/316L,橫向膨脹值與沖擊功有一定的吻合,但沖擊功值的增加并不表示橫向膨脹。價值也應該增加。



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