對(duì)2507超級(jí)雙相不銹鋼焊接及熱處理工藝的相關(guān)探究

邵麗輝

（甘肅金陽(yáng)高科技材料有限公司，甘肅 蘭州 730100）

在對(duì)雙相不銹鋼進(jìn)行研究時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，此種工藝從初始到今已經(jīng)歷時(shí)三代了，由于其本身的不銹鋼材質(zhì)，使得其具有較高的防腐蝕性能，但是，由于其自身碳含量比較高，在焊接后使用性能無(wú)法得到有效的滿(mǎn)足，因而在具體的使用中仍然具有一定的局限性。雙相不銹鋼在經(jīng)過(guò)三代的發(fā)展，通過(guò)腐蝕性能測(cè)試、力學(xué)及金相的測(cè)試等，對(duì)焊接及熱處理工藝產(chǎn)生了一定的影響，也為相關(guān)工藝的發(fā)展與研究提供好了非常有力的技術(shù)支持。

1 焊接工藝

（1）坡口及焊道。在對(duì)這兩個(gè)方面進(jìn)行研究時(shí)，其形狀及分布情況如圖1所示。從圖中可以明確地看出，坡口呈現(xiàn)出的形狀時(shí)Y形狀，單變坡口的角度在37.5°。而在下圖中（b）1位置，采取的是不填絲的打的焊接方式，直接穿透坡口的鈍邊，這樣單面與雙面都可以進(jìn)行定型。之后在2～5的位置采取氬弧焊的填絲焊接方式，重點(diǎn)是對(duì)焊縫和蓋面進(jìn)行焊接。

圖1

（2）準(zhǔn)備工作及工作要求。首先，前期準(zhǔn)備。采取的是機(jī)械加工的方式，可對(duì)焊接縫隙的坡口進(jìn)行填充。其次，在焊接前進(jìn)行清理工作。在清理過(guò)程中，可以采取不銹鋼的鋼絲對(duì)坡口及其兩側(cè)大約0.3cm的范圍內(nèi)進(jìn)行油污和鐵銹的處理，還需要對(duì)氧化皮等物質(zhì)進(jìn)行清理。再次，做好設(shè)備的檢驗(yàn)工作。在模擬焊槍的行走過(guò)程中，要對(duì)焊接設(shè)備的送水與送氣裝置進(jìn)行檢驗(yàn)，可以保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，之后，對(duì)焊絲的規(guī)格、材料以及牌號(hào)等的匹配情況進(jìn)行檢驗(yàn)。最后，試板組對(duì)。采取的是手工TIG不填絲的焊接方式實(shí)現(xiàn)對(duì)試板的點(diǎn)焊和組隊(duì)，保證焊接之間不能留有縫隙。

（3）關(guān)于焊接工藝方面的要求。首先，對(duì)于雙相不銹鋼來(lái)說(shuō)，焊接線的能量與大小對(duì)于焊縫合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是有一定影響的，而且對(duì)焊金屬中的兩相比例也有影響，致使焊縫的性能與預(yù)期不吻合。因此，在焊接工藝的選擇上，應(yīng)該選擇較小線能量的焊接方式，并實(shí)現(xiàn)多層和多道次的焊接。其次，關(guān)于焊接的控制層之間的問(wèn)題，應(yīng)該控制在不高于100℃。最后，焊道層間要做好清理工作，可以采用角向砂輪機(jī)對(duì)焊道的表面和兩側(cè)出現(xiàn)的氧化皮或者油污等進(jìn)行清理，確保焊道表面可以呈現(xiàn)出銀白色，這就可以確保焊接的質(zhì)量了。

（4）焊接工藝方案及參數(shù)設(shè)置。在焊接工藝上，可以選擇TIG和PAW焊接工藝，在具體的實(shí)施中，采取焊接中心氣和保護(hù)氣兩種方式。

（5）焊縫的檢驗(yàn)。在實(shí)施了試板焊接后，要對(duì)焊縫進(jìn)行觀察或者進(jìn)行X射線的檢驗(yàn)，在檢驗(yàn)過(guò)程中，需要保證的是不能夠出現(xiàn)氣孔或者未融合和裂紋等情況，保證要達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2 熱處理工藝

（1）2507鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的過(guò)程。關(guān)于2507鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變是有一定過(guò)程的，在轉(zhuǎn)變過(guò)程中，要保證熱處理的溫度不能在1050℃以下，而在溫度達(dá)到900℃后，相析出的速率會(huì)出現(xiàn)逐漸增長(zhǎng)的情況。但是，在溫度升高后，相析出的速率就會(huì)逐漸地變小，而在溫度在升高到1050℃后，就會(huì)出現(xiàn)不再相析出的情況。

（2）關(guān)于熱處理工藝的實(shí)施方案。主要分為兩種實(shí)施方案，一種是當(dāng)熱處理的溫度達(dá)到了1050℃后，溫度截至14min左右時(shí)，采取淬水冷水的方法。而在溫度上升到在1100℃后，對(duì)其進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為50min，不可以超過(guò)55min，之后，采取淬水的方式進(jìn)行冷卻。

3 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果及分析

混合氣的焊接及熱處理在溫度達(dá)到1050℃以后，采取相應(yīng)的工藝處理方案，在方案上要采取一試樣。純氬焊接，熱處理工藝在溫度達(dá)到1100℃后采取方案二。

（1）焊縫拉伸的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在本次實(shí)驗(yàn)中，利用專(zhuān)業(yè)的拉伸壓縮機(jī)，對(duì)焊縫實(shí)施橫向的拉伸試驗(yàn)。在試驗(yàn)中把試樣的寬度確定在平均20mm，標(biāo)距20mm，保證試驗(yàn)執(zhí)行可以達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，混合氣焊接與熱處理的溫度都達(dá)到1050℃以上，按照工藝方案一實(shí)施，抗拉的強(qiáng)度值可以在瞬時(shí)間內(nèi)達(dá)到900MPa左右，這樣試樣可以瞬間出現(xiàn)斷裂的情況，延伸率概率為0，而且在焊接的位置上很容易出現(xiàn)斷裂的情況。一般純氬弧焊和熱處理在溫度達(dá)到1100℃以上實(shí)施工藝方案二，抗拉強(qiáng)度相比母材的強(qiáng)度要大一些，延伸率大約在20%左右，并且要求各性能都要滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且要求試樣斷裂位置要比焊縫的母材處遠(yuǎn)。

（2）焊接彎曲的試樣結(jié)果。從試驗(yàn)的結(jié)果中可以看出，試樣彎曲的角度幾乎沒(méi)有，可以說(shuō)是0，試樣是沿著焊縫的融合線進(jìn)行邊緣開(kāi)裂的，在彎曲度達(dá)到180°以上，對(duì)試樣進(jìn)行10倍放大，觀察其表面內(nèi)外有無(wú)裂紋的出現(xiàn)，更好地滿(mǎn)足試樣試驗(yàn)的要求。在混合氣體下，焊態(tài)的焊縫面彎試驗(yàn)是在靠近焊縫中心位置處出現(xiàn)裂紋的，而裂紋的長(zhǎng)度大概會(huì)達(dá)到70%以上，焊接中心位置處的晶粒相對(duì)來(lái)說(shuō)比較粗糙，所以呈現(xiàn)出了不斷開(kāi)裂的趨勢(shì)。這種情況也正說(shuō)明了在混合氣體下，焊接能夠使2507鋼焊接的力學(xué)性能逐漸降低。

（3）沖擊性試驗(yàn)的結(jié)果。在室溫情況下，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行沖擊性試驗(yàn)，從試驗(yàn)中可以看出，從上到下的三組試樣是母材、熱影響區(qū)域和焊縫區(qū)域。在試樣試驗(yàn)過(guò)程中，在沖擊值超過(guò)了3J后會(huì)出現(xiàn)斷裂的問(wèn)題，而且斷口是很整齊的，試驗(yàn)的數(shù)值則比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值要小。而在另一個(gè)試樣試驗(yàn)中，熱影響區(qū)域、母材和焊縫的沖擊平均值要比所規(guī)定的平均值大?？梢钥闯觯扇〖儦搴附雍蜔崽幚砉に嚂r(shí)，當(dāng)溫度達(dá)到了1100℃以上方案二更能夠滿(mǎn)足對(duì)沖擊韌性的要求。

（4）HAZ金相組織分析。從試驗(yàn)分析中可以看出，第三相析出情況相對(duì)嚴(yán)重，而且呈現(xiàn)出了黑色小塊狀物的狀況，主要分布在奧氏體和鐵素題晶界處，在該組織結(jié)構(gòu)中，鐵素體的體積分?jǐn)?shù)大概在35%左右，兩相比例的差異性比較大，這也是造成強(qiáng)度過(guò)高、焊接脆性不斷加大的重要因素，這種情況也會(huì)導(dǎo)致沖擊功率下降、延伸率受影響的問(wèn)題。而在試驗(yàn)中進(jìn)行觀察可以看出，靠近左側(cè)的木材區(qū)域，島狀的奧氏體在鐵元素的基體上進(jìn)行了分布，而母材熱軋帶組織比較明顯。右側(cè)位置與焊縫區(qū)域比較靠近，奧氏體會(huì)以針狀的方式呈現(xiàn)，生長(zhǎng)方向也相對(duì)明確，晶粒生長(zhǎng)整體與焊接組織之間會(huì)呈現(xiàn)相似性的特征，這時(shí)，組織中的鐵素體就會(huì)占整個(gè)體積分?jǐn)?shù)的一半以上。

（5）焊縫晶之間的腐蝕試驗(yàn)。對(duì)于晶間的腐蝕試驗(yàn)是嚴(yán)格地按照制定標(biāo)準(zhǔn)中的方法實(shí)施的，試驗(yàn)中采取的是化學(xué)浸蝕的方法，采取的是硫酸和硫酸銅溶液。在對(duì)該溶液進(jìn)行配比時(shí)，可以將純硫酸銅100g融入700ml的去氯離子水中，然后再加入100ml的等級(jí)較優(yōu)的硫酸銅，之后再用去氯離子水將其稀釋到1000ml，配置成腐蝕溶液。將試樣在溶液中煮沸，時(shí)間大概為16個(gè)小時(shí)，再將試樣彎曲到180°，在彎曲后對(duì)其進(jìn)行放大，觀察試樣的表面沒(méi)有裂紋，且檢驗(yàn)后符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在對(duì)2507超級(jí)雙相不銹鋼焊接及熱處理技術(shù)進(jìn)行分析后，對(duì)于試板要求采取焊接中心氣體為Ar和H2的混合氣時(shí)，而保護(hù)性氣體則為純Ar的焊接性工藝，在焊接的溫度達(dá)到1050℃后，保溫時(shí)間為14min左右時(shí)再進(jìn)行熱處理，對(duì)焊接試驗(yàn)的焊縫位置進(jìn)行分析，可以看出第三相析出比較嚴(yán)重，而且之間的相差比例比較大，這樣很容易導(dǎo)致焊縫的脆性變大，導(dǎo)致試樣無(wú)法滿(mǎn)足相關(guān)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。而采取純氬氣焊接，利用較小線能量的多層和多道次焊接工藝后，當(dāng)焊接后的溫度達(dá)到1100℃以上，保溫的時(shí)間達(dá)到50～55min時(shí)采取熱處理的方式，焊接試樣的焊縫位置比例可以出現(xiàn)均勻的情況，這樣可以保證焊接試樣的各項(xiàng)性能的完好，更好地滿(mǎn)足相關(guān)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的要求。