雙相不銹鋼的焊接技術(shù)研究

吳海龍

1.前言

雙相不銹鋼是一類集優(yōu)良的耐腐蝕、高強(qiáng)度和易于加工制造等諸多優(yōu)異性能于一身的鋼種。它們的物理性能介于奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼之間。其耐氯化物孔蝕和縫隙腐蝕能力與鉻、鉬、鎢和氮含量有關(guān)，所有的雙相不銹鋼耐氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂的能力明顯強(qiáng)于300系列奧氏體不銹鋼，而且其強(qiáng)度也大大高于奧氏體不銹鋼，同時(shí)表現(xiàn)出良好的塑性和韌性。

2.雙相不銹鋼2205及配套ER2209

雙相不銹鋼2205，是第二代雙相不銹鋼的主要鋼種，廣泛用于海洋平臺(tái)等各種氯化物腐蝕環(huán)境，占所有雙相不銹鋼用量的80%以上。

研究2205雙相不銹鋼配套2209系列焊材，掌握雙相不銹鋼的焊接技術(shù)，是進(jìn)入潮汐電站方面的關(guān)鍵技術(shù)，為公司進(jìn)入海洋領(lǐng)域（富氯環(huán)境）提供技術(shù)儲(chǔ)備。

3.研究方法

3.1焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)

焊接熱影響區(qū)硬度試驗(yàn)是以熱影響區(qū)最高硬度來相對(duì)地評(píng)價(jià)鋼材冷裂傾向的試驗(yàn)方法。焊接熱影響區(qū)最高硬度比碳當(dāng)量能更好的判斷鋼種的淬硬傾向和冷裂的敏感性，因?yàn)槠洳粌H反映了鋼種化學(xué)成分的影響，而且也反映了金屬組織的作用。

試驗(yàn)試板厚度50mm，常溫下進(jìn)行焊接。焊接材料選用ER2209，保護(hù)氣體為95%Ar+5CO2。焊后選用載荷為HV5的維氏硬度的測(cè)定。測(cè)量了焊接熱影響區(qū)、母材和焊縫金屬硬度。測(cè)定的硬度值分布表3-1由此可以看出，2205在16℃熱預(yù)條件下的熱影響區(qū)、焊縫及母材的平均硬度值關(guān)系為：熱影響區(qū)硬度值最高，母材與焊縫硬度值趨于一致，且硬度值升高趨勢(shì)不大。說明2205在預(yù)熱16℃熱預(yù)情況下進(jìn)行焊接，是合理的，其淬硬傾向和冷裂的敏感性有一定增高，但情況不明顯。

3.2焊接區(qū)域鐵素體數(shù)（FN）測(cè)量

雙相不銹鋼中鐵素體與奧氏體含量可用的相比例（%，鐵素體比奧氏體的百分比）或鐵素體數(shù)（FN）來表示。相比例一般通過檢測(cè)化學(xué)成分+WRC圖確定，鐵素體數(shù)可用磁性測(cè)量?jī)x來測(cè)量。一般認(rèn)為，鐵素體比奧氏體為30%～70%的鐵素體比奧氏體時(shí)，可以獲得良好的力學(xué)及那腐蝕性能。而2205雙相不銹鋼母材中的相比例中鐵素體一般控制在40～50%。一般情況下焊縫金屬，熔合區(qū)和熱影響區(qū)的鐵素體數(shù)在30%～70%內(nèi)，力學(xué)及耐腐蝕性能認(rèn)為是可以接受。

分別選用2種焊接材料進(jìn)行焊接試驗(yàn)，利用磁性法對(duì)雙相不銹鋼2205焊接接頭的焊縫，熱影響區(qū)，母材進(jìn)行鐵素體數(shù)（FN）測(cè)量，測(cè)量結(jié)果見表3-4

從上表可以看出，焊縫鐵素體數(shù)小于熱影響區(qū)，母材，但均符合雙向不銹鋼母材對(duì)奧氏體-鐵素體相比例的要求

3.3焊縫的金相實(shí)驗(yàn)

雙相鋼2205對(duì)其熔合區(qū)，焊縫及母材進(jìn)行金相組織觀察，見圖3-1，3-2。

上圖的焊縫金相組織為鐵素體+奧氏體，奧氏體呈條狀或碎塊狀分布于鐵素體晶界或晶內(nèi)，鐵素體含量約為40～50%。

熱影響區(qū)金相組織為鐵素體+奧氏體，鐵素體呈等軸狀，奧氏體分布于鐵素體晶界呈網(wǎng)狀或分布于鐵素體晶內(nèi)呈碎塊狀，鐵素體含量約為55～70%。

3.4點(diǎn)腐蝕

將一組試樣放入按ASTM G48-2003 A法配制的三氯化鐵腐蝕溶液的燒杯中，在22℃連續(xù)侵泡72小時(shí)，試樣尺寸5.108cm×2.376cm×0.354cm，試驗(yàn)前重量33.22g，試驗(yàn)后重量33.20g，腐蝕率0.6763mg/cm2。

4、結(jié)論

4.1 遵循與母材等強(qiáng)度、等塑性、等韌性的原則，選擇了不同廠家的ER2209焊絲分別作為雙相不銹鋼2205的配套焊材，并通過試驗(yàn)證明選擇的配套焊材ER2209是可靠的。

4.2 雙相不銹鋼2205焊接性良好，熱影響區(qū)最高硬度、點(diǎn)腐蝕等試驗(yàn)方法證明2205其淬硬傾向和冷裂的敏感性有一定增高，但情況不明顯。試驗(yàn)證明了2205的焊接預(yù)熱溫度在16℃以上是合理的。

4.3 通過對(duì)雙相不銹鋼2205焊后接頭的金相分析、鐵素體數(shù)（FN）測(cè)量、點(diǎn)腐蝕等試驗(yàn)，焊縫及熱影響區(qū)鐵樹體數(shù)在35%～60%之間，符合雙相不銹鋼奧氏體相與鐵素體相平衡要求。