铁素体不锈钢在焊接领域的发展及研究意义

不锈钢在现代工业中是一种极其重要的材料,在我国工业生产中得到广泛应用。我国不锈钢产业在进入21世纪后飞速发展,工业生产的日新月异使得不锈钢在国内的的使用量逐年增长,不锈钢产量连年占据全球总产量的一半。据统计,在2015年全世界范围内不锈钢粗钢的总产量约为4220万吨,其中,我国约有2218万吨不锈钢总产量,占比约52.5%,超过全球一半,总体相比20142169.2万吨的产量略有提升。然而近两年中国宏观经济几近裹足不前,致使不锈钢消费量的提高面临窘境。在宏观经济增速逐渐缓慢等因素的影响下,我国不锈钢市场局面日益下行,预计2016年不锈钢产业竞争将空前剧烈,进而使得不锈钢材料的市场价格将受到钢厂成本波动的影响。不锈钢中的CrNi元素在国外是供过于求,而在我国则是处于供不应求的状态;不锈钢本身则是供过于求,盈余空间处于经常波动的情况。含Ni的奥氏体不锈钢由于开发时间较早,性能优异等因素,多年来在不锈钢使用量上占有较大的比重。过多的消耗造成我国Ni资源逐渐匮乏,含Ni的奥氏体不锈钢日益昂贵,这些因素使得怎样能够通过降低Ni元素的消耗来控制不锈钢的生产成本,成为国内现代工业发展及转型急需解决的问题。

铁素体不锈钢是一种Ni含量非常低的不锈钢,该钢种不仅在钢材市场上价格低,而且焊接性也很好,所以被广泛的应用在管道传输、汽车行业和建筑等领域。不锈钢通常以主导相的占比来分类,铁素体不锈钢中以铁素体基体为主导相,所含合金元素较多,其中较为重要的Cr含量约为11%~30%12%Cr铁素体不锈钢是国内TCS345不锈钢钢种经过工艺改良后制成的新型钢种,其Cr含量为12%CN的含量较低,还包括含量较少的MoMnTi等元素,所以该钢种拥有较为优良的综合力学性能以及耐腐蚀性能。其中Cr元素是防止金属表层氧化的重要元素,所以该钢种经常用于制造耐氧化性耐腐蚀的零部件。同时由于拥有良好的热膨胀系数和导热系数,还被广泛应用于热环境条件下。

焊接是铁素体不锈钢日常加工的重要处理工艺。铁素体不锈钢焊接接头是整个构件的薄弱环节,该区域的性能是焊接件正常使用寿命的重要影响因素。与其他型号的铁素体不锈钢相比,12%Cr铁素体不锈钢具有更加优异的焊接性,在同样的工艺参数条件下得到的焊接区域宽度和晶粒尺寸都有所减小,焊接部位的机械性能也得到了提高。

高频焊接技术是一种无填充材料的焊接工艺技术,其原理是利用电流的集肤效应和邻近效应将母材的边缘通过电阻加热,短时间内达到所需的熔化温度,在挤压力的作用下将材料进行挤压并重新凝固,从而实现材料的连接。由于该技术无填充材料,焊接热影响区尺寸极小,有助于改善传统焊接工艺下焊接接头的性能,具有生产效率高、成本低、易于自动化等特点。在实际生产中,高频焊接HFW具有生产效率高,焊接接头形貌美观等优点,在石油开采工业中的管道管路、天然气输送管道以及配气管路等方面得到广泛使用。高频焊管生产技术已成为一种成熟的制管技术,得到广泛应用。

本课题通过实际生产实验,采用八种焊接工艺方案,对12%Cr铁素体不锈钢进行高频焊接,观察焊接后的宏观形貌和微观组织,测定高频焊管的力学性能,研究焊接过程的组织转变以及对焊管使用性能的影响,对该钢种的实际生产提供理论指导。

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