S31803 (22-5型）雙相鋼焊接分析

雙相不銹鋼是近幾年發(fā)展比較快的一種新型不銹鋼材料，所謂的雙相不銹鋼是指不銹鋼中既有奧氏體組織又有鐵素體組織，在性能上兼有奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的特點，與鐵素體不銹鋼相比它的韌性高、脆性轉(zhuǎn)變溫度低、耐晶間腐蝕能力強等,焊接性能較好;與奧氏體不銹鋼相比,它的強度高,抗晶間腐蝕能力、耐應(yīng)力腐蝕能力,抗腐蝕疲勞能力等都有大幅度的提高。

S31803 (22-5型）屬于第二代雙相不銹鋼，它是一種含氮的超低碳不銹鋼，與第一代雙相不銹鋼(185型）相比，進一步降低C含量，提高Mo的含量，同時加人了奧氏體形成元素N，促進了雙相不銹鋼焊接接頭中單相鐵素體在冷卻過程中會形成適量的奧氏體，使焊接接頭的鐵素體組織與奧氏體組織的比例趨于平衡，這樣既改善了雙相不銹鋼焊接熱影響區(qū)的塑性和韌性，又保證了雙相不銹鋼的抗應(yīng)力腐蝕、點蝕的能力。S31803雙相不銹鋼中鐵素體(F)組織的含量一般在40%~50%之間，其余組織為奧氏體(A)。S31803雙相不銹鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1。

雙相不銹鋼的焊接目標(biāo)就是使焊縫和熱影響區(qū)的韌性、塑性和耐腐蝕性能與母材相同。但是由于焊接的特點,焊縫金屬凝固和冷卻時間很快,如果焊縫金屬的化學(xué)成分與母材相同，在高溫狀態(tài)下形成的鐵素體組織就來不及同母材那樣在1050~1100℃保溫并水淬處理,發(fā)生部分鐵素體組織轉(zhuǎn)變成奧氏體組織的過程。所以，對于焊后直接使用的雙相不銹鋼S31803，選用的焊接材料的化學(xué)成分與母材不能相同，其鎳含量要高于母材金屬,同時含有一定數(shù)量的氮元素,以促進焊接接頭熱影響區(qū)在高溫下形成的單相鐵素體組織冷卻時轉(zhuǎn)變成奧氏體組織。我們實際選用的焊絲牌號為:ER2209，其化學(xué)成分見表2。

通過大量的焊接試驗，對S31803這種雙相不銹鋼的性能特點和焊接特點有了一個比較清楚地了解，在此基礎(chǔ)上,進行了S31803雙相不銹鋼的焊接工藝評定，通過合格的焊接工藝評定來最終選擇適合S31803雙相不銹鋼焊接的焊接工藝。本次S31803雙相不銹鋼焊接所選擇的焊接工藝參數(shù)見表3,焊接工藝評定的試驗結(jié)果見表4。

S31803 (22-5型)雙相不銹鋼在性能上兼有奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的特點，同時鋼中C、s、P等雜質(zhì)元素含量較低，焊接熱裂紋.冷裂紋敏感性差。焊接接頭熱影響區(qū)的性能特點分析，雙相不銹鋼焊接接頭的性能，是由兩個相的比例關(guān)系來控制的。希望奧氏體(A)組織和鐵素體(F)組織的比例接近1:1，此時基本上與母材等性能，否則焊接接頭的力學(xué)性能、耐腐蝕性能都會受到很大的影響。奧氏體(A)組織和鐵素體(F)組織的平衡關(guān)系與合金元素的含量、焊接熱循環(huán)等密切相關(guān)。可以說，雙相不銹鋼的焊接是圍繞著如何保證雙相組織比例關(guān)系的平衡而進行的。

由Fe-Cr一Ni 三元相圖可知，雙相不銹鋼在高溫下是*的鐵素體，連續(xù)冷卻過程中會發(fā)生鐵素體組織向奧氏體組織轉(zhuǎn)化的相變，在平衡條件下或非快速冷卻條件下,部分鐵素體會保留到室溫,獲得了室溫奧氏體加鐵素體的雙相組織。但是,由于焊接過程是一個快速加熱.快速冷卻的熱循環(huán)過程,在焊接熱影響區(qū)的過熱區(qū)，溫度在1150~1140℃區(qū)間，此時會發(fā)生明顯的奧氏體向鐵素體的相變，過熱區(qū)的奧氏體含量大大降低，鐵素體含量增加，并且迅速長大。在焊后冷卻過程中,如果冷卻速度過快,則鐵素體組織向奧氏體組織的相變會被抑制,鐵素體含量就會大大增加,室溫狀態(tài)下，鐵素體含量最大可以達到70%，同時二次相變形成的奧氏體組織呈羽毛狀形態(tài)，具有魏氏體組織的特征，力學(xué)性能、耐腐蝕性能急劇惡化n如果焊后冷卻速度不是太快，使鐵素體組織向奧氏體組織的相變有足夠的時間充分完成，室溫下雙相不銹鋼焊接接頭的相比例就會達到一個比較理想的水平,但是，冷卻速度也不能太慢，如果冷卻速度過慢，一方面鐵素體組織晶粒粗大,另一方面可能產(chǎn)生6相析出現(xiàn)象,導(dǎo)致焊接接頭的韌性降低。所以,保證雙相不銹鋼焊接接頭良好的性能最重要的措施就是控制焊接接頭的冷卻速度。