核電用S32101雙相不銹鋼的焊接性研究

修延飛++王朋飛++董永志++朱躍德

摘 要：雙相不銹鋼S32101廣泛應(yīng)用于AP1000三代核電樓板結(jié)構(gòu)模塊抗腐蝕內(nèi)壁板，本文對(duì)雙相鋼焊接性進(jìn)行了研究，分析了不同線能量條件下接頭性能的變化，尤其是沖擊韌性的變化。

關(guān)鍵詞：三代核電；雙相不銹鋼；焊接性；金相組織

中圖分類號(hào)：G0T46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

雙相不銹鋼S32101廣泛應(yīng)用于核電站結(jié)構(gòu)模塊抗腐蝕內(nèi)壁板。 S32101雙相不銹鋼主要的合金元素是Cr、Ni、Mo、N、Cu，該材料以固溶狀態(tài)交貨，交貨狀態(tài)下其顯微組織為大約50%的鐵素體和大約50%的奧氏體的雙相組織。通過(guò)合理的焊接工藝，可以獲得鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼同樣的優(yōu)良的性能，且抗腐蝕性能優(yōu)于傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼，沖擊韌性優(yōu)于傳統(tǒng)鐵素體不銹鋼。2101在核電、石油化工、輸油輸氣管線及海水與廢水處理等領(lǐng)域獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。研究雙相鋼焊接工藝對(duì)于生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)作用。

1 雙相鋼焊接性及特點(diǎn)

1.1金相和力學(xué)理論分析

雙相不銹鋼是基于Fe-Cr-Ni系的雙相合金，這種材料微觀金相組織包含等量的α相鐵素體（體心立方bcc）和γ相奧氏體（面心立方fcc）。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)鐵素體和奧氏體相的比例達(dá)到50：50時(shí)，雙相不銹鋼焊接接頭具有最大的耐腐蝕性能和力學(xué)性能。然而，由于化學(xué)成分、焊接工藝、鋼的熱處理工藝的影響變素很多，要達(dá)到50：50的相平衡狀態(tài)是非常困難的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)鐵素體含量在35-60%之間時(shí)，雙相鋼能獲得比較理想的耐腐蝕性能和力學(xué)性能。通過(guò)焊接參數(shù)控制焊接線能量，從本質(zhì)上就是控制鐵素體與奧氏體的兩相平衡。

在鐵素體含量小于60%時(shí)，其沖擊性能處于較高的水平，當(dāng)鐵素體含量超過(guò)60%沖擊性能開(kāi)始明顯的下降。

1.2 熱輸入HI對(duì)雙相鋼焊接性能的影響

熱輸入顯著影響冷卻速度，而冷卻速度直接影響最終的金屬微觀組織。低線能量會(huì)導(dǎo)致金相組織產(chǎn)生更多的鐵素體，通常低的預(yù)熱（<75℃（167℉））和低的熱輸入產(chǎn)生比較理想的二相平衡，而且沒(méi)有過(guò)多的鐵素體產(chǎn)生。相反，高的熱輸入導(dǎo)致低的冷卻速度，增加生成焊縫和熱影響區(qū)內(nèi)晶間化合物或晶間沉淀的風(fēng)險(xiǎn)。

2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用厚度為12.7mm雙相不銹鋼板材，其碳含量控制得非常低，這是易于與含金元素相結(jié)合而合金碳化物影響鋼材耐腐蝕性能。焊材選用ER2209。試驗(yàn)采用GMAW氣體保護(hù)焊接方法，對(duì)三個(gè)典型線能量范圍下的接頭沖擊性能進(jìn)行試驗(yàn)，見(jiàn)表1.

根據(jù)相關(guān)資料，雙相不銹鋼對(duì)焊接線能量較為敏感，線能量高影響韌性，線能量低影響其腐蝕性。本研究中采用幾種線能量對(duì)接頭性能進(jìn)行研究，以找出線能量對(duì)其機(jī)械性能的影響，以更好地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

3試驗(yàn)結(jié)果與分析

從表2可以看出，隨線能量的增加，焊縫的鐵素體含量有增加的趨勢(shì)，晶間腐蝕性能下降的趨勢(shì)，隨著鐵素體含量的增加，焊縫組織的沖擊韌性有下降的趨勢(shì)，同時(shí)，隨線能量的增加，焊縫晶粒有長(zhǎng)大的趨勢(shì)。

4結(jié)論

通過(guò)上述試驗(yàn)及相關(guān)分析，可以得出以下結(jié)論：

4.1 S32101雙相鋼焊接性良好，焊前一般不需預(yù)熱，焊后不需熱處理，就能得到優(yōu)質(zhì)滿意的接頭。

4.2 焊接線能量對(duì)接頭有重要影響，隨著線能量的增加，焊縫沖擊韌性有降低的趨勢(shì)，線能量的增加造成了晶粒長(zhǎng)大，斷口的擴(kuò)展區(qū)由韌窩斷裂過(guò)渡為韌窩+準(zhǔn)解理斷裂。

4.3 焊接過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制線能量，從而得到具有良好的沖擊韌性的接頭。

參考文獻(xiàn)

[1]Barry Messer， Vasile Operea， Andrew Wright Duplex stainless welding： best practice[J]Stainless Steel World 2007，53-63.

[2]方偉秉.鐵素體-奧氏體型雙相不銹鋼的焊接性[J]化工裝備技術(shù)，1997，18（3）：9-43.

[3]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)編.焊接手冊(cè).材料的焊接[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.endprint

摘 要：雙相不銹鋼S32101廣泛應(yīng)用于AP1000三代核電樓板結(jié)構(gòu)模塊抗腐蝕內(nèi)壁板，本文對(duì)雙相鋼焊接性進(jìn)行了研究，分析了不同線能量條件下接頭性能的變化，尤其是沖擊韌性的變化。

關(guān)鍵詞：三代核電；雙相不銹鋼；焊接性；金相組織

中圖分類號(hào)：G0T46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

雙相不銹鋼S32101廣泛應(yīng)用于核電站結(jié)構(gòu)模塊抗腐蝕內(nèi)壁板。 S32101雙相不銹鋼主要的合金元素是Cr、Ni、Mo、N、Cu，該材料以固溶狀態(tài)交貨，交貨狀態(tài)下其顯微組織為大約50%的鐵素體和大約50%的奧氏體的雙相組織。通過(guò)合理的焊接工藝，可以獲得鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼同樣的優(yōu)良的性能，且抗腐蝕性能優(yōu)于傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼，沖擊韌性優(yōu)于傳統(tǒng)鐵素體不銹鋼。2101在核電、石油化工、輸油輸氣管線及海水與廢水處理等領(lǐng)域獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。研究雙相鋼焊接工藝對(duì)于生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)作用。

1 雙相鋼焊接性及特點(diǎn)

1.1金相和力學(xué)理論分析

雙相不銹鋼是基于Fe-Cr-Ni系的雙相合金，這種材料微觀金相組織包含等量的α相鐵素體（體心立方bcc）和γ相奧氏體（面心立方fcc）。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)鐵素體和奧氏體相的比例達(dá)到50：50時(shí)，雙相不銹鋼焊接接頭具有最大的耐腐蝕性能和力學(xué)性能。然而，由于化學(xué)成分、焊接工藝、鋼的熱處理工藝的影響變素很多，要達(dá)到50：50的相平衡狀態(tài)是非常困難的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)鐵素體含量在35-60%之間時(shí)，雙相鋼能獲得比較理想的耐腐蝕性能和力學(xué)性能。通過(guò)焊接參數(shù)控制焊接線能量，從本質(zhì)上就是控制鐵素體與奧氏體的兩相平衡。

在鐵素體含量小于60%時(shí)，其沖擊性能處于較高的水平，當(dāng)鐵素體含量超過(guò)60%沖擊性能開(kāi)始明顯的下降。

1.2 熱輸入HI對(duì)雙相鋼焊接性能的影響

熱輸入顯著影響冷卻速度，而冷卻速度直接影響最終的金屬微觀組織。低線能量會(huì)導(dǎo)致金相組織產(chǎn)生更多的鐵素體，通常低的預(yù)熱（<75℃（167℉））和低的熱輸入產(chǎn)生比較理想的二相平衡，而且沒(méi)有過(guò)多的鐵素體產(chǎn)生。相反，高的熱輸入導(dǎo)致低的冷卻速度，增加生成焊縫和熱影響區(qū)內(nèi)晶間化合物或晶間沉淀的風(fēng)險(xiǎn)。

2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用厚度為12.7mm雙相不銹鋼板材，其碳含量控制得非常低，這是易于與含金元素相結(jié)合而合金碳化物影響鋼材耐腐蝕性能。焊材選用ER2209。試驗(yàn)采用GMAW氣體保護(hù)焊接方法，對(duì)三個(gè)典型線能量范圍下的接頭沖擊性能進(jìn)行試驗(yàn)，見(jiàn)表1.

根據(jù)相關(guān)資料，雙相不銹鋼對(duì)焊接線能量較為敏感，線能量高影響韌性，線能量低影響其腐蝕性。本研究中采用幾種線能量對(duì)接頭性能進(jìn)行研究，以找出線能量對(duì)其機(jī)械性能的影響，以更好地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

3試驗(yàn)結(jié)果與分析

從表2可以看出，隨線能量的增加，焊縫的鐵素體含量有增加的趨勢(shì)，晶間腐蝕性能下降的趨勢(shì)，隨著鐵素體含量的增加，焊縫組織的沖擊韌性有下降的趨勢(shì)，同時(shí)，隨線能量的增加，焊縫晶粒有長(zhǎng)大的趨勢(shì)。

4結(jié)論

通過(guò)上述試驗(yàn)及相關(guān)分析，可以得出以下結(jié)論：

4.1 S32101雙相鋼焊接性良好，焊前一般不需預(yù)熱，焊后不需熱處理，就能得到優(yōu)質(zhì)滿意的接頭。

4.2 焊接線能量對(duì)接頭有重要影響，隨著線能量的增加，焊縫沖擊韌性有降低的趨勢(shì)，線能量的增加造成了晶粒長(zhǎng)大，斷口的擴(kuò)展區(qū)由韌窩斷裂過(guò)渡為韌窩+準(zhǔn)解理斷裂。

4.3 焊接過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制線能量，從而得到具有良好的沖擊韌性的接頭。

參考文獻(xiàn)

[1]Barry Messer， Vasile Operea， Andrew Wright Duplex stainless welding： best practice[J]Stainless Steel World 2007，53-63.

[2]方偉秉.鐵素體-奧氏體型雙相不銹鋼的焊接性[J]化工裝備技術(shù)，1997，18（3）：9-43.

[3]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)編.焊接手冊(cè).材料的焊接[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.endprint

摘 要：雙相不銹鋼S32101廣泛應(yīng)用于AP1000三代核電樓板結(jié)構(gòu)模塊抗腐蝕內(nèi)壁板，本文對(duì)雙相鋼焊接性進(jìn)行了研究，分析了不同線能量條件下接頭性能的變化，尤其是沖擊韌性的變化。

關(guān)鍵詞：三代核電；雙相不銹鋼；焊接性；金相組織

中圖分類號(hào)：G0T46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

雙相不銹鋼S32101廣泛應(yīng)用于核電站結(jié)構(gòu)模塊抗腐蝕內(nèi)壁板。 S32101雙相不銹鋼主要的合金元素是Cr、Ni、Mo、N、Cu，該材料以固溶狀態(tài)交貨，交貨狀態(tài)下其顯微組織為大約50%的鐵素體和大約50%的奧氏體的雙相組織。通過(guò)合理的焊接工藝，可以獲得鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼同樣的優(yōu)良的性能，且抗腐蝕性能優(yōu)于傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼，沖擊韌性優(yōu)于傳統(tǒng)鐵素體不銹鋼。2101在核電、石油化工、輸油輸氣管線及海水與廢水處理等領(lǐng)域獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。研究雙相鋼焊接工藝對(duì)于生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)作用。

1 雙相鋼焊接性及特點(diǎn)

1.1金相和力學(xué)理論分析

雙相不銹鋼是基于Fe-Cr-Ni系的雙相合金，這種材料微觀金相組織包含等量的α相鐵素體（體心立方bcc）和γ相奧氏體（面心立方fcc）。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)鐵素體和奧氏體相的比例達(dá)到50：50時(shí)，雙相不銹鋼焊接接頭具有最大的耐腐蝕性能和力學(xué)性能。然而，由于化學(xué)成分、焊接工藝、鋼的熱處理工藝的影響變素很多，要達(dá)到50：50的相平衡狀態(tài)是非常困難的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)鐵素體含量在35-60%之間時(shí)，雙相鋼能獲得比較理想的耐腐蝕性能和力學(xué)性能。通過(guò)焊接參數(shù)控制焊接線能量，從本質(zhì)上就是控制鐵素體與奧氏體的兩相平衡。

在鐵素體含量小于60%時(shí)，其沖擊性能處于較高的水平，當(dāng)鐵素體含量超過(guò)60%沖擊性能開(kāi)始明顯的下降。

1.2 熱輸入HI對(duì)雙相鋼焊接性能的影響

熱輸入顯著影響冷卻速度，而冷卻速度直接影響最終的金屬微觀組織。低線能量會(huì)導(dǎo)致金相組織產(chǎn)生更多的鐵素體，通常低的預(yù)熱（<75℃（167℉））和低的熱輸入產(chǎn)生比較理想的二相平衡，而且沒(méi)有過(guò)多的鐵素體產(chǎn)生。相反，高的熱輸入導(dǎo)致低的冷卻速度，增加生成焊縫和熱影響區(qū)內(nèi)晶間化合物或晶間沉淀的風(fēng)險(xiǎn)。

2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用厚度為12.7mm雙相不銹鋼板材，其碳含量控制得非常低，這是易于與含金元素相結(jié)合而合金碳化物影響鋼材耐腐蝕性能。焊材選用ER2209。試驗(yàn)采用GMAW氣體保護(hù)焊接方法，對(duì)三個(gè)典型線能量范圍下的接頭沖擊性能進(jìn)行試驗(yàn)，見(jiàn)表1.

根據(jù)相關(guān)資料，雙相不銹鋼對(duì)焊接線能量較為敏感，線能量高影響韌性，線能量低影響其腐蝕性。本研究中采用幾種線能量對(duì)接頭性能進(jìn)行研究，以找出線能量對(duì)其機(jī)械性能的影響，以更好地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

3試驗(yàn)結(jié)果與分析

從表2可以看出，隨線能量的增加，焊縫的鐵素體含量有增加的趨勢(shì)，晶間腐蝕性能下降的趨勢(shì)，隨著鐵素體含量的增加，焊縫組織的沖擊韌性有下降的趨勢(shì)，同時(shí)，隨線能量的增加，焊縫晶粒有長(zhǎng)大的趨勢(shì)。

4結(jié)論

通過(guò)上述試驗(yàn)及相關(guān)分析，可以得出以下結(jié)論：

4.1 S32101雙相鋼焊接性良好，焊前一般不需預(yù)熱，焊后不需熱處理，就能得到優(yōu)質(zhì)滿意的接頭。

4.2 焊接線能量對(duì)接頭有重要影響，隨著線能量的增加，焊縫沖擊韌性有降低的趨勢(shì)，線能量的增加造成了晶粒長(zhǎng)大，斷口的擴(kuò)展區(qū)由韌窩斷裂過(guò)渡為韌窩+準(zhǔn)解理斷裂。

4.3 焊接過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制線能量，從而得到具有良好的沖擊韌性的接頭。

參考文獻(xiàn)

[1]Barry Messer， Vasile Operea， Andrew Wright Duplex stainless welding： best practice[J]Stainless Steel World 2007，53-63.

[2]方偉秉.鐵素體-奧氏體型雙相不銹鋼的焊接性[J]化工裝備技術(shù)，1997，18（3）：9-43.

[3]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)編.焊接手冊(cè).材料的焊接[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.endprint