双相不锈钢管焊接微观组织及力学性能研究
2507超级双相不锈钢的组织_性能及其焊接工艺
焊接技术第43卷第3期2014年3月2507超级双相不锈钢的组织、性能及其焊接工艺程巨强，李杰，弥国华，刘志学（西安工业大学材料与化工学院，陕西西安710021）摘要：介绍了2507超级双相不锈钢的组织、性能特点及其焊接工艺。
指出2507超级不锈钢焊接方法适应性较广，气体保护焊焊接效果较好，焊接热输入和冷却速率影响焊缝组织中铁素体和奥氏体相比例，焊接时，为保证焊缝组织中具有合适的相比例和良好的力学性能及其腐蚀性能，应该控制焊接热输入2～20k J /cm 之间，多道焊时道间温度控制在100℃以下，实际生产中通过调整焊接热输入及控制道间温度，可以得到合适的焊接接头组织及较好的性能。
关键词：2507双相不锈钢；组织与性能；焊接工艺中图分类号：TG457.11文献标志码：B文章编号：1002－025X (2014)03-0024-05收稿日期：2013-03-100引言双相不锈钢已成为一种重要的工程材料，广泛应用于石油化工、海上及海岸设施、油田设备、造纸、造船、环境保护等领域［1-2］。
2507双相不锈钢是在第二代双相不锈钢2205基础上发展起来的，目前有SAF2507，UR52N +，Zeron100，S32750，00Cr -25Ni7Mo4N 等牌号，2507组织由奥氏体和铁素体两相组织构成，兼有奥氏体不锈钢与铁素体不锈钢的双重特征，具有比奥氏体不锈钢更低的热膨胀系数和更高的热导率，它的孔蚀系数（PREN ）大于40，具有很高的耐孔蚀、耐间隙腐蚀、耐氯化物应力腐蚀开裂性能，同时具有高强度、高抗疲劳强度、低温高韧性等，是一种应用广泛的双相不锈钢。
近年来，随着双相不锈钢应用领域不断扩大，对焊接技术的需求增加，加速了焊接技术的发展。
因此，总结和探讨国内外对2507不锈钢焊接性的研究成果，对于2507双相不锈钢的应用具有重要的工程实用意义。
本文综述了2507双相不锈钢的组织和焊接工艺特点，为该不锈钢组织分析和焊接工艺提供参考。
双相不锈钢管焊接过程质量控制
双相不锈钢管焊接过程质量控制摘要：双相不锈钢管焊接过程质量控制研究是当前焊接技术领域中一个重要的研究方向。
然而，焊接过程中存在的质量控制问题常常导致焊接接头的疲劳寿命、耐腐蚀性和力学性能等方面的下降，进而影响整个工程项目的安全和可靠性。
因此，对于双相不锈钢管焊接过程的质量控制研究具有重要的意义。
关键词：双相不锈钢管；焊接质量；控制研究一、双相不锈钢工程使用特点双相不锈钢是一种具有双相结构的不锈钢，由奥氏体和铁素体相组成，具有奥氏体和铁素体所具有的良好特性，节省了用于支持结构的钢材，具有不错的经济性。
同时，双相不锈钢管的表面光滑，抗污染性能强，抗腐蚀性能好，因此不需要进行特殊的防腐处理，又能保证卫生要求，适合用于医药、食品等行业。
使用特点包括以下几个方面：1. 高强度：双相不锈钢管焊接后具有高强度和优良的抗拉伸性能，可用于承受高压载荷的工程结构。
2. 良好的耐腐蚀性：双相不锈钢管对酸、碱等腐蚀介质有着很好的耐腐蚀性，可以应用于化工、海洋等恶劣环境。
3. 良好的加工性能：双相不锈钢管可以较好地加工成不同的形状和尺寸，适用于多种工程应用场景。
4. 适用于高温环境：双相不锈钢管在高温下保持较好的机械性能和耐腐蚀性能，具有优异的使用特点。
二、焊接性焊接性是指材料在焊接过程中的性能表现，包括焊接接头的成型、力学性能和耐腐蚀性等。
在双相不锈钢管的焊接过程中，焊接性能的良好与否直接影响整个管道的使用寿命和安全性 [1]。
因此，进行焊接过程质量控制的研究至关重要。
首先，焊接接头的成型是控制焊接质量的关键因素之一。
在双相不锈钢管的焊接过程中，通过合理的焊接工艺参数和设备的选择，可以获得理想的焊接接头形状和尺寸。
根据焊接实践经验，合适的电压、电流和焊接速度等参数的选择，可以避免焊接过程中出现缺陷，如焊缝太宽或太窄等问题。
其次，焊接接头的力学性能也是需要关注和控制的重要因素。
双相不锈钢管的焊接接头通常需要具备良好的强度和韧性。
《超级双相不铸钢S32750热变形行为及组织性能研究》范文
《超级双相不铸钢S32750热变形行为及组织性能研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，超级双相不铸钢因其优异的耐腐蚀性、高强度和良好的加工性能，在石油、化工、海洋工程等领域得到了广泛应用。
S32750作为其中的一种典型代表，其热变形行为及组织性能的研究对于指导实际生产和提高材料性能具有重要意义。
本文旨在研究S32750超级双相不铸钢的热变形行为及组织性能，为该材料的进一步应用提供理论依据。
二、材料与方法1. 材料准备实验所使用的材料为S32750超级双相不铸钢，其化学成分及相组成已在相关文献中报道。
2. 实验方法（1）热模拟实验：采用Gleeble热模拟技术，对S32750进行不同温度、不同应变速率下的热压缩实验。
（2）组织观察：通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对材料进行组织观察。
（3）性能测试：进行硬度测试、拉伸实验等，以评估材料的力学性能。
三、结果与分析1. 热变形行为（1）流变应力曲线分析：根据热模拟实验结果，绘制出S32750的流变应力曲线。
分析不同温度和应变速率对流变应力的影响，得出最佳热加工窗口。
（2）热变形激活能计算：通过Arrhenius模型计算S32750的热变形激活能，进一步揭示其热变形机理。
2. 组织性能研究（1）金相组织观察：通过OM和SEM观察S32750在不同热处理条件下的金相组织，分析其组织演变规律。
（2）相组成与分布：利用TEM对S32750的相组成和分布进行分析，明确各相的形态特征及分布规律。
（3）力学性能分析：通过硬度测试和拉伸实验，评估S32750的力学性能，并探讨其组织与性能之间的关系。
四、讨论1. 热变形行为对S32750的影响通过对S32750的热变形行为研究，发现其流变应力随温度和应变速率的变化而变化，这与其内部微观组织的演变密切相关。
最佳热加工窗口的确定为实际生产过程中的热处理工艺提供了指导。
2. 组织性能关系探讨S32750的力学性能与其金相组织、相组成和分布密切相关。
不锈钢PAW+GTAW组合焊接头微观组织与性能研究
［５］ 彭 章 祝 ，吴 志 明 ．城 轨 不 锈 钢 车 体 制 造 焊 接 工 艺 研 究 ［Ｊ］．现 代 机 械 ，２０１２（３）：１－５．
图 ５ｂ和 图 ５ｄ的 位 置 是 ＰＡＷ 打 底 焊 和 ＧＴＡＷ 盖 面焊 热 影 响 区 的位 置 ．从 图 中 可 以看 出两 个 区域 的焊 接 接 头 热 影 响 区 比较 窄 ．焊 缝 的组 织 结 构 较 为 细密 ．呈 现 方 向性 树 枝 趋 势 ．这是 焊 缝 金 属 在 特殊 凝 固 条 件 下 的 必 然 结 果 。 同 时 。在 ＰＡＷ 与 ＧＴＡＷ 热 影 响 区 均 有 少 量 沿 母 材 作 延 伸 状 生 长 的铁 素 体 ． 这 是 由于 在 冷 却 速 度 较 快 的 条件 下 ，铁 素体 来不 及 扩散 相 变 而 保 留 下来 但 ＧＴＡＷ 盖 面 焊 的热 量 又会 对 ＰＡＷ 热 影 响 区 的组 织 产 生一 定 影 响 ．相 比之 下 ． Ｇ ｒＡＷ 热 影 响 区铁 素 体含 量要 高 ２．２ 接头力 学 性能
参 考 文 献 ： ［１］ 陈 桂 兰 ．３１６Ｌ不 锈 钢 高 压 管 道 的 焊 接 技 术 ［Ｊ］．科 技 传 播 ，
２０１３（２４）： １８３—１８４． ［２］ 黄 嘉 琥 ．压 力 容 器 用 双 相 不 锈 钢 （三 ）［Ｊ］．压 力 容 器 ，２０１５（４）：
１—１１．
［３］ 陈 伟 翔 ．活性 气 体 保 护 焊 （ＭＡＧ）在 大 型 不 锈 钢 溶 液 储 罐 中 的 应 用 ［Ｊ］．科 技 创 新 导 报 ，２０１２（３４）：９０—９２．
2205双相不锈钢的焊接工艺研究综述(一)
中图 分 类 号 ：Ｔ ４ ７ Ｇ ５ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １０ － ９ ３ （ ０ ２ ９ ０ ７ － ３ ０ ６ ７ ７ ２ １ ）０ － ０ ９ ０
性好 、热裂倾 向小 ，钢 中含镍量较少 等优点 。由于其优 良的
性 能 ，２ ０ 双 相 不 锈 钢 已成 为 一 种 重 要 的 工 程 材 料 ，广 泛 ２ ５ 应 用 于 石 油 、 天 然 气 、 化 工 以及 船 舶 等领 域 ，是 目前 应 用 最
普 遍 的双相 不锈 钢 。 因此 ， 目前 已有 大量 的研 究工，选择 的工 艺不当会严重影 响
双 相 不锈 钢 的使 用 。 因 此 ，对 ２ ０ 双 相 不 锈 钢 的焊 接 工 艺 ２５ 研 究 十分 重要 。 本 文 就 ２ ０ 双 相 不 锈 钢 的焊 接 工 艺 对 其 性 ２５ 能 影 响 的相 关研 究 工作 开 展 了 详 细 的 综 述 。
（ 江 海 洋 学 院 船舶 与 建 筑 工 程 学 院 ，浙 江 舟 山 ３ ６０ ） 浙 １００ 摘 要 ：文 中详 细 地 综 述 了焊 接 工艺 （ 括 焊 接 方 法 、 热 处 理 、冷 却 时 问 以及 线 能 量 等 ）对 ２ ０ 包 ２ ５双 相 不 锈 钢 的焊
接性能 的研究进展 。结果表 明 ，焊 接工艺参数对于 ２ ０ ２ ５双相不锈钢 的焊接性能和组织具有显著 的影 响特性 ，合理
感 等 ，并且兼有奥 氏体不锈钢与铁素 体不锈钢 的双重特征 ，
与 奥 氏 体 不 锈 钢 相 比 具 有 导 热 系 数 大 、 线 膨 胀 系 数 小 ，可 焊
双相不锈钢异种金属的焊接工艺及接头组织性能研究
引 言
２ ２ ０ ５双 相 不锈 钢 是 种 中合 金 型 双 相 不 锈 钢 ． 因其 铬 元 素 这 两种 钢 材 的元 素 含 量 具 有很 大 的 不 同 ，在 焊接 时应 该 最 大 钨 极 惰 性 气体 保 护 焊 （ Ｔ Ｉ Ｇ） 其 优 点是 含有 ２ ２ ％， 也常被称作 ２ ２铬 双 相 不 锈 铜 。 其的固溶组织中． 铁 程 度 减 小焊 缝 处 稀 释 率 。 操 作方便 ： 没有熔渣 或很 少熔渣 ． 无需 素 体 与 奥 氏体 各 占 ５ Ｏ ％对 力 学 强 度 和 耐 腐 蚀 性 起 关 键 作 用 电弧 和 熔 池 可见 性 好 ， 质 量 高但 速度 较慢 。 如 果 焊 接 处能 形 成 很 好 的一 个 的 。因此 ， 其 具 有铁 素体 与奥 氏体 不锈 铜 的 双 重性 能 。这 不但 焊 后 清 渣 ，
接在 一 起相 对 困难 ， 假如技术不 高， 在 焊 接 中 可 能 会 产 生 很 大概 率 的 焊 缝 稀 释 率 ， 且 最 大 的缺 点 就 是 在 焊 缝 处 容 易 出 现 气 孔 或 者 裂痕 等 情 况 。 因此， 本文使用 ２ ２ ０ ５双 相 钢 和 Ｑ ３ ４ ５ Ｒ低 合 金钢 为 实 验材 料 来 进 行 焊 接 工 艺 及 接 头 组 织 性 能研 究 。
１ 实验材料
试 验 材 料 是 经 过 熔 炼 与锻 造 后 的 ２ ２ ０ ５双 相 不 锈 钢
（ Ｓ Ａ Ｆ ２ ２ ０ ５ ） 和 低 合 金 高强 钢 Ｑ ３ ４ ５ Ｒ材料 ． 该 次 试 验 钢 材 化 学 使 用 合 金 元 素 Ｎｉ 就 能有 效 降 低 焊 点 附近 出现 的碳 元 素 迁 移 ． 含量详见表 ｌ ， 钢 材 的 力 学性 能详 见 表 ２ 。
S32750双相不锈钢焊接工艺试验研究
S32750双相不锈钢焊接工艺试验研究1. 引言1.1 背景介绍S32750双相不锈钢是一种具有优良耐蚀性和强度的特殊不锈钢材料，广泛应用于化工、海洋工程、石油和天然气开采等领域。
随着工程领域对材料性能要求的不断提高，S32750双相不锈钢焊接工艺研究变得愈发重要。
在实际工程应用中，S32750双相不锈钢焊接工艺的选择直接影响到焊接接头的质量和性能。
对S32750双相不锈钢的焊接工艺进行研究和优化，具有重要的工程意义。
通过本研究的实施，将为工程领域提供关于S32750双相不锈钢焊接工艺的指导，为相关行业的发展和进步提供技术支持和保障。
1.2 研究目的本研究的目的是探究S32750双相不锈钢焊接工艺的适用性和稳定性，分析其焊接接头性能、微观组织以及应力腐蚀性能，为提高S32750双相不锈钢焊接质量提供理论依据和实践指导。
通过深入研究S32750双相不锈钢焊接工艺选择、试验方法与过程等方面，寻找优化焊接工艺的方法，提高焊接接头的机械性能和耐蚀性能。
通过本研究，可以为工业生产中S32750双相不锈钢焊接提供参考，推动相关领域的发展和应用。
本研究旨在为S32750双相不锈钢焊接工艺提供技术支持和改进建议，促进其在工程领域的应用和推广，为提高不锈钢焊接质量，推动工程技术进步做出贡献。
1.3 研究意义双相不锈钢在工业生产中有着广泛的应用，而S32750双相不锈钢具有优良的耐腐蚀性能和高强度，是一种理想的焊接材料。
通过对S32750双相不锈钢焊接工艺进行实验研究，可以提高焊接接头的性能和稳定性，为工程实践中的应用提供基础支持和技术指导。
通过深入探究S32750双相不锈钢焊接工艺的选择、试验方法和过程、焊接接头性能、微观组织分析以及应力腐蚀性能，可以不断完善和优化焊接工艺，提高焊接接头的质量和可靠性。
研究S32750双相不锈钢焊接工艺的意义在于推动双相不锈钢焊接技术的发展，提高工业生产效率，降低生产成本，保障工程质量和安全。
双相不锈钢的焊接性及其焊接材料(PPT-19)20页PPT
氢致冷裂 低于低合 金钢因 A≈50% 可溶氢
存在脆性区 σ相（700～ 950℃） 475℃脆性 （α′相）工 作温度低于 250℃
焊接HAZ 快冷非平 衡多余铁 素体引起 腐蚀及脆 化
2.双相不锈钢的焊接性
焊后经检验如发现有σ相和 α′相（475℃脆性） 可用固溶处理消除。
双相不锈钢固溶处理及σ相、475℃脆性的温度范围
2304(Cr18)
E2209 E2304
E2209
2205(Cr22) E2209
E2209
255(Cr25) E2209
E2510
超级双相钢 E2209
E2510
304
E309LMo E309LMo
E2209
E2209
316
E309LMo E309LMo
E2209
E2209
低合金高强钢 E309L
瑞典 芬兰
0.03 0.04
18.5 4.9 2.7 21.5 6.5 1.5
1.7 -
2.0 -
-
Cu=1.0 ～2.0
第 二 代
SAF2205 DP-3
08X21H6M 2T
0Cr21Ni5Ti
瑞典 日本 俄国 中国
0.03 0.03 ≤0.08 0.06
22.0 25.0 21.0 22.0
5.5 6.5 6.5 5.8
不锈钢焊缝金相组织在舍菲尔组织图中的参考位置
1.双相不锈钢简介
双相不锈钢的最大优点
对氯化物、 硫化物有优 异的抗SCC
抗点蚀、缝 隙洞穴腐蚀 能力强
比奥氏体钢
σS高近一倍 塑韧性好
线胀系数比 奥氏体钢低 接近低碳钢
双相不锈钢的不足之处（与奥氏体钢相比）
2205双相不锈钢的焊接性能分析
2205双相不锈钢的焊接性能分析摘要：本文研究了2205双相不锈钢的母材成分及性能，并对其焊接性能进行了详细论述，选取了合适的焊接材料，制定了合理的焊接工艺参数，所得到的焊接接头各项性能指标均能满足使用要求。
关键词：2205双相不锈钢；焊接工艺；焊接性能1前言2205双相不锈钢是一种添加有非金属元素N的双相不锈钢，其合金是由21%的Cr、2.5%的Mo、4.5%的Ni以及0.17%的N所构成的复式不锈钢。
其组织是由40%~60%的铁素体和60%~40%的奥氏体组成。
2205双相不锈钢因其优良的机械性能、耐蚀性以及焊接性，得到广泛的应用与研究[1]。
22205双相不锈钢2.1 2205双相不锈钢母材成分及性能本试验中母材2205双相不锈钢，供货态为退火态，其化学成分如表1所示。
表1 双相不锈钢2205化学成分(%)元素CSiMnP S Ni Cr Mo N含量≤0.03≤1.0≤2.0≤0.03≤0.024.5~6.521.0~23.02.5~3.50.08~0.2从双相不锈钢2205的化学成分可以看出，此钢中的碳含量很低，同时稳定基体中奥氏体含量的Ni元素含量与普通奥氏体不锈钢相比也要低。
为了弥补Ni 元素的作用，基体中还含有相对少量的N元素，N元素强烈的奥氏体化作用可以使钢中两相组织的比例达到最佳，从而保证了双相不锈钢2205良好的力学性能和耐腐蚀性能。
2205双相不锈钢的金相组织为铁素体和奥氏体，它们都成多边形，并且两相在组织中的比例都接近50%。
由于其由铁素体与奥氏体两相组成，使其兼有奥氏体不锈钢与铁素体不锈钢的双重优点，它既有较高的强度，同时也兼有良好的塑韧性。
典型的2205双相不锈钢抗拉强度达680MPa，屈服强度达480MPa，延伸率达25%，硬度为290HB。
2.2 2205双相不锈钢焊接性分析焊接性，是指金属材料在采用一定的焊接工艺下，包括焊接方法、焊接材料、焊接规范及焊接结构形式等特定的条件下，获得优良焊接接头的难易程度。
固溶处理对2205双相不锈钢FCAW接头组织及力学性能的影响
固溶处理对2205双相不锈钢FCAW接头组织及力学性能的影响0 前言2205双相不锈钢含有铁素体和奥氏体两相组织，简称α+γ双相不锈钢，且两相比例通常接近1∶1，具有良好的力学性能和耐腐蚀性能，在石油化工、海洋工程、核电等领域得到了广泛的应用[1]。
铁素体和奥氏体的相平衡和耐腐蚀性能通常通过调整铬(Cr)、镍(Ni)和氮(N)的含量来实现[2]。
由于大量的合金元素的存在，两相的微观结构可能会不稳定，例如在焊接等热加工过程中，许多沉淀相(χ相、σ相和二次奥氏体γ2等)会析出[3-8]，这些析出相富含Cr，Mo和Ni等元素，使邻近的基体缺少这些元素，从而导致力学性能和耐腐蚀性能的恶化[1]。
另外，合金元素在铁素体中的扩散速率大约是奥氏体的100倍[4-5]，这说明铁素体不稳定，会优先析出各类碳化物、氮化物和沉淀相等。
药芯焊丝具备焊接工艺适应性强、熔敷率高、飞溅率低和经济效益好等诸多优点，具有良好的应用前景[6]，但其引入活性气体和流动性太强导致的气孔以及由于药芯焊丝本身的杂质导致的夹渣在所难免，在国内应用比例较小，针对药芯焊丝焊接接头研究也相对较少。
文中采用ER2209药芯焊丝焊接2205双相不锈钢，通过1 050 ℃固溶处理对焊接接头组织结构进行改变，对比了固溶处理后焊缝区和热影响区组织和力学性能的变化，对理论研究和实际生产具有指导意义。
1 试验材料及方法试验母材采用12 mm厚的2205双相不锈钢，焊接材料采用1.2 mm的ER2209药芯焊丝，母材和焊丝主要化学成分见表1，可以看出焊丝Ni含量明显高于母材，Ni为强奥氏体化元素，能够提高铁素体向奥氏体的转变温度。
表1 母材2205及焊丝ER2209化学成分( 质量分数,%)材料CSiMnPSNMoNiCr22050.0150.371.390.0130.0020.153.225.6622. 35ER22090.0210.661.070.0120.0040.163.337.9822.56焊前用不锈钢专用砂轮片打磨坡口及坡口两侧各30 mm范围，并用丙酮清洗，以除去氧化膜、油污、杂质等。
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双相不锈钢管焊接微观组织及力学性能研究
摘要 本文根据工程需要采用钨极氩弧焊打底、盖面、背部充氩
保护的焊接工艺,对saf2205双相不锈钢管焊接接头的金相组织及
力学性能进行了试验和分析。结果表明,选用适当的焊丝及合理的
焊接工艺参数并控制热输入和层间温度,所得的焊接接头的焊缝及
焊缝热影响区域的金相组织为满足需求的铁素体加奥氏体双相组
织,其各项力学性能及理化试验结果均理想。
关键词 双相不锈钢;力学性能;理化试验
中图分类号tg2 文献标识码a 文章编号
1674-6708(2010)30-0132-02
双相不锈钢是指金相组织由铁素体与奥氏体两种组织构成的不
锈钢。双相不锈钢不仅具有奥氏体不锈钢的优良韧性、良好的加工
性、焊接性,而且还具有铁素体不锈钢的高强度和良好的耐氯化物
腐蚀等性能,被广泛用于石油、化工、海洋及电力等行业中,核电建
设在红沿河海水淡化和田湾核电中都有应有,是非常具有发展前景
的材料之一。双相不锈钢焊接的最大难点是焊接过程中不均匀加热
和冷却对焊接接头中组织的影响。因此,有必要研究双相钢的焊接
工艺,确定焊接工艺参数,保证焊接接头具有良好的力学性能和抗
腐蚀性能。文中研究了saf2205双相不锈钢钨极氩弧焊打底及盖面
并背部充氩的焊接工艺,并对焊接接头进行了多项高科技试验。
1 焊接材料与方法
1.1 母材与焊接材料
焊接母材为规格457×14mm的saf2205双相不锈钢管。实验中采
用钨极氩弧焊打底、盖面的焊接方法,背部采用充氩的气体保护,氩
气纯度≥99.99%。
焊接材料选用镍质量分数高于母材的双相钢焊接材料,以确保焊
缝中奥氏体相占有优势,焊缝中的铁素体质量分数控制在30%~45%。
焊丝选用er2209￠2.0及￠2.4的焊丝,焊缝坡口角度35°,坡口形
式为双v型,对口间隙2mm~3mm。管材与焊接材料主要元素相比较管
材的cr、ni、mo的质量分数分别为22.0、5.0、3.0,焊材的cr、
ni、mo的质量分数分别为21.5/23.5、7.5/9.5、2.5/3.5。
1.2 焊接工艺参数
saf2205双相不锈钢的焊接性能良好,热裂纹倾向低,脆化倾向小
[1]。为使焊缝和焊接热影响区能有合适的奥氏体数量以保证焊接
接头有良好的力学与腐蚀综合性能,焊接时必须控制线能量和层间
温度,一般控制在0.5kj/mm~2.5kj/mm。多层多道焊时,控制层间温
度可避免冷却速度过低而引起析出相的产生,焊接时严格制定焊接
工艺参数,焊接电流、电压均参考此专用焊丝的推荐参数,单层焊道
的厚度及整体焊缝的焊接层数都严格计算并在过程中严格控制。
焊接时,焊接位置6g,保护气体为体积分数99.99%的氩气,熔池保
护气体体积流量为10l/min,背面保护气体体积流量为5l/min,层间
温度不超过100℃。当焊至第三层的时候可撤掉背部保护气体。测
量层间温度时用远红外测温枪,测3点以上的数据,避免使用直接接
触式测温以免高温烫伤。焊接记录见表1。
1.3 焊后外观检验及射线检验
焊接后焊缝的外观经检查,符合规范要求,采用摇摆焊盖面的双
相钢焊缝的外观呈均匀的鱼鳞状波纹。外观合格的焊缝经过rt检
验结果为rt检验ⅰ级合格(标准为dl/t821-2002)。检验合格后的
试件拿到精加工车间加工金相及力学性能试验所需的试块。
2 试验方法及结果分析
2.1 金相组织观察
对试样进行了宏观金相,观察了saf2205双相不锈钢管道焊接接
头的焊缝、热影响区和母材的显微组织,见图1-1。
从图1-1可以看出,焊缝与母材之间熔合良好,未见裂纹及未熔
合。从图1-2可以看出,母材saf2205的微观结构中具有铁素体和
奥氏体双相组织。从图1中的1-3~1-6可以看出,焊缝及热影响区
微观组织均为奥氏体+铁素体双相组织,并且为观察到晶间碳化物
和沉淀相。
图1-1中灰色基体为铁素体,白色为奥氏体组织。由于根部冷却
速度快,中部冷却速度慢,使得铁素体转变成奥氏体较充分,所以焊
缝中部的奥氏体量比根部要多一些。另外,后续焊道对前层焊道有
热处理作用,焊缝金属中的铁素体进一步转变为奥氏体,故焊缝中
部奥氏体量高于焊缝底部的奥氏体量。
2.2 力学性能试验
2.2.1 拉伸试验
根据9001标准进行试样制备及拉伸试验,试验机型号为济南材料
试验机厂制造的wwe-60。试样形状及其尺寸见图2,拉伸试验结果
见表2。
拉伸试验结果表明,断裂均发生在母材部位,焊接接头的抗拉强
度符合要求,且焊缝强度比母材更好(母材抗拉强度为680mpa),说
明接头抗拉强度优于母材,其原因有以下两方面:1)由图可以看出,
母材中铁素体和奥氏体组织沿轧制方向呈带状分布,而焊缝金属和
热影响区中的铁素体和奥氏体互相交错,方向各异,晶界增多,能够
锁定位错从而使钢强化;2)焊缝中的cr、mo、ni原子经高温重熔后
能够置换晶格中的fe原子,扰乱了原来的晶格排列,使位错移动困
难,从而使钢强化。因此,焊缝金属经过多种强化方式后,其强度优
于母材。
2.2.2 冲击试验
根据astma370的要求对试样焊接接头的焊缝、熔合区和母材进
行了-20℃的低温冲击试验。冲击试样尺寸为10mm×10mm。冲击试
验结果见表3。
实验要求在-20℃下,试样的平均冲击吸收功为50j。试验的焊缝、
熔合线及母材的冲击韧性均符合要求。双相不锈钢焊接接头由于奥
氏体的存在具有良好的冲击韧性,奥氏体不仅能抑制已产生裂纹的
继续扩展,而且能阻止高温加热时铁素体晶粒的长大。另外,碳、氮
等间隙元素在奥氏体相中的溶解度高,与单相铁素体不锈钢相比,
高温冷却时不易析出碳和氮的化合物,从而抑制了晶界脆化。
由于冲击试验的结果可见,焊缝和熔合线的冲击功都小于母材,
这是由母材金相结构决定的。母材中铁素体和奥氏体两相组织约各
占一半,并呈带状交替分部,较好地抑制了裂纹的扩展。
2.2.3 弯曲试验
根据asme ix的标准,对试样进行了侧弯试验,弯曲角度180°。
试验结果为4个试样结果均合格。根据规定,认定弯曲试验合格。
2.3 接头硬度测试
采用fv-7b数字维氏硬度计测量了焊缝、热影响区以及母材3个
区域中共计27个点的维氏硬度,测试载荷为10kg。测试点的位置见
图3,硬度分部见图4。试验要求焊缝和热影响区的硬度值均应小于
310hv10,母材硬度值不超过285hv10,测量结果表明焊接接头硬度
符合要求。
从图4可以看出,焊接接头热影响区中靠近熔合线的侧量点的硬
度值高于热影响区远离熔合线的测量点的硬度值。这是因为铁素体
的显微硬度高于奥氏体的显微硬度,由于焊接热循环的作用,靠近
熔合线部分的组织中含有较多的铁素体,硬度也随之升高。焊缝区
的硬度由顶部到底部大体呈升高的趋势,这和焊缝区金相组织是相
对应的。焊缝底部打底采用的线能量较小,铁素体转变成奥氏体不
充分,故硬度值稍高。受后续焊道的热处理作用,相比焊缝中部,焊
缝顶部含有较多的奥氏体组织,故硬度值低。
2.4 晶间腐蚀
依据gb/t4334-2008,加工试样并将样品在晶间腐蚀试验装置中
进行浸泡、煮沸试验后,在200倍显微镜下观察,未发现晶间腐蚀裂
纹。
2.5 铁素体含量测定
依据gb/t13305-2008,加工试样并对试样进行研磨、抛光,在500
倍显微镜下测定试样检查面上铁素体相面积百分含量。如下表所示,
对焊缝部位选取5个视场测定铁素体含量,记录测定值并计算平均
值。
3 结论
对saf2205双相不锈钢管进行氩弧焊焊接,当选用比母材镍质量
分数高的双相钢焊接材料,线能量在1.5kj/mm以下,层间温度控制
在100℃以下时,可获得性能良好的焊接接头。焊接接头的各项力学
性能均符合标准,焊缝强度比母材更好,具有良好的冲击韧性,焊缝
和热影响区的硬度较母材偏高。晶间腐蚀及铁素体含量的测定更加
肯定了双相钢焊缝组织完全符合要求。
参考文献
[1]吴玖,姜世振,韩俊媛,等.双相不锈钢[m].北京:冶金工业出
版社,1999:31-48,366.
[2]金晓军.双相不锈钢管道焊接质量控制和安全评定的研究[d].
天津:天津大学,2004.