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什么是异种钢接头脱碳层和增碳层 ?

来源:至德钢业 日期:2021-05-29 15:38:59 人气:273

 在异种钢焊接过程中,特别是在异种钢接头处于热处理及高温运行过程中,由于某些元素(特别是碳)的扩散,在熔合区中形成扩散层。在异种钢接头中广珠光体钢母材与奥氏体钢焊缝的界面可以明显看到碳的扩散层,在熔合区的珠光体钢一侧,碳通过熔合线向奥氏体焊缝扩散。在靠近熔合线的珠光体钢母材上形成了铁素体脱碳层而软化;在奥氏体焊缝一侧,则形成了高硬度的黑色增碳层。由于扩散层两侧性能相差悬殊,接头受力时,容易引起应力集中,从而降低接头高温持久强度和塑性。


  扩散层的形成与碳扩散能力相关,由于碳原子的尺寸很小点能与铁形成间隙固溶体,所以碳在钢中的扩散能力很强,无论在铁素体固溶体还是在奥氏体固溶体中,其扩散能力都比其他元素大104~106倍。在所有的温度下,碳在铁素体中扩散系数均比在奥氏体中高。碳在液态铁中的溶解度大大高于固态铁,碳在奥氏体中的溶解度大于铁素体。因此,碳在熔合区两侧的熔池和母材接触期间,由于碳在两侧溶解度不同而促使碳的扩散。在接触的两种金属中,碳化物形成元素含量较多也促使碳向其扩散,由于焊缝金属中一般含有碳化物形成元素,如铬,钛等,促使碳向焊缝金属中扩散。


 影响扩散层发展的因素如下:


1. 接头加热温度和在高温停留时间。焊后状态,特别是在单层焊缝的接头中,即使采用大功率的焊接规范,扩散层也是比较弱的。把接头重新加热到较高温度时,并保持到一定时间后,扩散层就开始明显得到发展,在600~800℃时最为强烈,800℃时达到最大值。随着加热时间加长,扩散层加宽。由此可知,在通常情况下,异种钢接头进行热处理(特别是在600~800℃的热处理)是不适宜的。


 2. 碳化物形成元素的影响。焊缝金属中碳化物形成元素的种类和数量对珠光体钢中脱碳层的宽度有不同的影响。碳化物形成元素按其对碳亲和力的大小,由弱到强按下列次序排列:铁、锰、铬、钼、钨、钒、铌、钛。当焊缝金属中处于自由状态的碳化物形成元素(未焊缝金属中碳结合的)数量相同时,对碳亲和力越大的碳化物形成元素,其在珠光体钢中形成的脱碳层越宽。对某一种碳化物形成元素,随其数量的增加,脱碳层加宽,但当达到某一极限浓度之后,继续增加元素的数量,对脱碳层的发展已无明显影响。对大多数碳化物形放元素而言,这个极限浓度是不大的,对铬来说,它接近于6%。因此,为了改善焊缝的其他性能,完全可以把高合金焊缝中碳化物形成元素的含量,提高到它的极限浓度之上而不会加剧扩散层的发展。珠光体钢中碳化物形成元素也能降低扩散层的发展,当其数量足够高时,也能防止出现扩散层。因此往珠光体钢中加入铬、钼、钒、钛等元素时,其数量要足以完全把碳固定在稳定碳化物中,是抑制异种钢接头熔合区扩散过程的有效手段之一。这种钢又叫做稳定珠光体钢。


 3. 母材含碳量的影响。碳从珠光体钢向含强烈碳化物形成元素焊缝的扩散,不是两者含碳量不同引起的,但钢中含碳量对扩散层的发展却是有影响的。在焊缝中存有碳化物形成元素的情况下,珠光体钢中含碳量愈高,扩散层的发展愈强烈。


 4. 镍的影响。镍是一种石墨化元素,它降低碳化物的稳定性,并削弱碳化物形成元素对碳的结合能力。因而提高焊缝中的镍含量,可以减弱扩散层。随着镍含量的增加,扩散层变窄。当用镍基合金为堆焊材料时,即使接头长期在450~550℃温度下停留,也不会出现明显的扩散层。可见提高填充金属的奥氏体化能力,也是一种抑制熔合区扩散过程的有效手段。


本文标签:异种钢接头 

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