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304/304L与316/316L奥氏体不锈钢焊接性能对比分析

来源:小编 发布时间:2021-07-19 次浏览


比较了304/304L和316/316L奥氏体不锈钢的化学成分和力学性能,通过氩弧焊、药芯气保焊和埋弧焊三种焊接工艺测量了焊接材料、焊接参数和焊接参数。变量进行了比较。电弧焊的组织结构和力学性能。

304L 和316L 低碳奥氏体不锈钢具有独特的优势,它们可以在低至-196C 的温度下使用。特别是近年来,全球对液化天然气(LNG)的需求不断增加,LNG设施的建设需求逐渐增加,304L和316L奥氏体不锈钢的使用越来越普遍。

1 化学成分和力学性能比较

304 和304L 与316 和316L 之间的主要区别在于碳含量。含碳量越高表示耐高温和抗氧化性能越好,含碳量越低表示抗晶间腐蚀性能越好。 316和304的主要区别是增加了Ni的含量并添加了Mo,具有很好的抗氯化物侵蚀的能力,所以更多地用于海洋环境。本文所用基材均为ASTM A358 304/304L,本应采用316/316L进行的试验,也用304/304L基材代替316/316L,实际成分见下图表格1。其他力学性能数据见表2(E批次试验未使用,本项目316/316L钢作对比)。

2 焊接工艺评定

以304/304L和316/316L奥氏体不锈钢为例,根据实际现场,综合考察选择了GTAW、GTAW+FCAW、GTAW+SAW三种工艺。

2.1 家居设计

壁厚小于22mm的基板采用常规单V型槽(a),壁厚大于22mm的基板采用复合槽(b)参照ASMEB31.3-2008设计。图1。

2.2 焊接材料

项目选择了三种工艺,所用的焊接材料为GTS-308L、GFS-308L和GWS-308L/GXS-300,对于316/316L不锈钢壁厚,选择了两种工艺:GTAW和GTAW+FCAW。已经使用的焊材为TGS-316L和GFS-316L。如表3所示,化学成分与相应钢相似,Cr、Ni含量略高于母材,316/316L焊材Mo含量达到2.18%。

2.3 焊接参数

不锈钢的焊接不应使用大量的热输入,因此应选择小电流和快速焊接。实际试验中的焊接参数等工艺细节见表4。

除以下参数外,焊接前应清洁坡口,避免油脂污染,防止焊接时产生气孔和渗碳。在焊接过程中,只有不锈钢丝刷才能清洁坡口和焊缝表面。每次试验的预热温度应为10或更高,层间温度应为175或更低。焊枪保护气和后保护气均为99.99%纯Ar。气流量是15-25L/s。氩弧工艺常用的焊丝直径为2.0和2.4mm,因此参数通常较小,电流集中在80-140A之间,而分子氧和埋弧的工艺参数相对依次增加。在纯氩弧焊工艺的情况下,最高的热量输入发生在底环时,因为焊接开始时焊接速度往往较慢,以保证后盖的质量。

3 焊接性能比较

经无损检测、结构分析和力学性能检测,上述检测均顺利通过焊接工艺评定,力学性能等检测结果良好。

3.1 组织结构分析

奥氏体不锈钢一般都含有一定量的铁素体,铁素体的含碳量极低,因此具有良好的塑性和韧性,其在S、P、Si、Nb等元素中的高溶解度使得防止这些元素成为可能。能够。低熔点共晶的偏析和形成防止了凝固裂纹(热裂纹)的发生,而铁素体对提高焊缝抗晶间腐蚀和应力腐蚀的能力有显着的作用。

综合汇总测试的FN结果如表5所示。从表中可以看出,总铁素体含量约为5.7,满足项目3-8的要求。由于测试所用基材为ASTM A358 304/304L,可见316L系列焊材的包覆金属铁素体含量略低于308L系列焊材。从焊接工艺来看,铁素体含量与焊接工艺没有直接关系。

3.2 力学性能比较

不锈钢的弹性功比较小,冲击性能主要花在塑性变形和裂纹扩展和断裂上。因此,单纯用冲击功作为衡量冲击韧性的指标是不合适的。

目前LNG项目一般采用ASME B31.3标准的规定,奥氏体不锈钢在-196的冲击横向膨胀值大于0.38mm,部分不需要ASME规范的项目也采用。这项规定。但是ASME标准并没有明确要求冲击能,当然还有很多欧洲LNG项目对冲击能有具体要求。例如,TV 标准设计和施工项目往往要求冲击能量大于32 J。

焊缝细节对相应焊缝金属的韧性有不同程度的影响,316/316L不锈钢焊接试验中-196的冲击功和横向膨胀值见图2(a) .从图中可以看出,冲击能值越大,横向膨胀值也越大,两者之间存在一定的对应关系。值得一提的是,316/316L(实际上是304/304L)钢和316系列焊丝在相同测试中的冲击功存在显着差异。试验1的横向膨胀值为0.87-1.43,试验3为1.07-1.1 .56,但试验3的冲击功为138-159J时,试验1低至23-39J。对于每个测试集,采样点1、2 和3 分别代表三个位置:焊接金属、熔线和熔线+2。如图2所示,可以看出焊缝金属的冲击功和横向膨胀值最低,越靠近母材冲击功和横向膨胀值越高。实验2和实验3使用同一批母材,但分别采用纯氩弧和氩弧+药芯气体保护焊工艺,求出氩弧焊的冲击功和横向膨胀值。远高于药芯气保焊。

对于304/304L不锈钢,本文选取试验5、7、8作为分析标准,根据表6,试验5、7、8采用氩弧、氩弧+药芯气保焊。和氩弧焊+埋弧焊工艺,分别。三个冲击值和横向膨胀值如图2(b)所示,可以看出图中三个过程的冲击能量依次递减,横向膨胀值的变化趋势大致如下。冲击能量不是线性的,而是.

从整体来看,304/304L的横向膨胀和冲击值高于316/316L,除试验1外,氩弧工艺的冲击和横向膨胀值最高,其次是浸没电弧工艺,而双氧工艺的性能最差。测试1是氩弧工艺,根据上面的分析,冲击值应该比较高,但实际情况正好相反。由于实验1和实验4使用的是同一批基材,图3比较了两者的效果和横向膨胀。对比显示,两者的冲击和横向膨胀值较低,但304/304L的测试值略高,证实304/304L也具有较高的横向膨胀和冲击值。比316/316L;同时,必须证明冲击能量大,横向膨胀值不一定高。数值偏低的原因在于基材,从表4可以看出,该批号基材的冲击功仅为30J。

4。结论

304/304L和316/316L都是奥氏体不锈钢,但有一些区别。 1)316和304的主要区别是Ni元素含量增加,Mo添加2-3%,316/316L不锈钢具有更高的耐腐蚀性。 2)316/316L的包层金属的铁素体含量比304/304L低,铁素体含量与焊接工艺没有直接关系。 3)304/304L的横向膨胀值高于316/316L,横向膨胀值与冲击功有一定的吻合,但冲击功值的增加并不表示横向膨胀。价值也应该增加。



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