雙相不銹鋼中鐵素體與奧氏體約各占一半,具有高耐蝕性和韌性,且強度高,綜合性能好的特點(diǎn),目前被廣泛地應用在各種工程領(lǐng)域。其中的奧氏體相使得高鉻鐵素體鋼的脆性明顯地降低,又保持了其優(yōu)良的韌性性能,而鐵素體則有效地提升了鋼的屈服強度和抗腐蝕性能。雙相不銹鋼管件的屈服強度和耐腐蝕性能高于奧氏體不銹鋼管件,可很好地滿(mǎn)足綜合性能要求,具有較高的應用價(jià)值。雙相不銹鋼管件的特征之一為屈服強度可高于500MPa,在減輕結構體的重量,降低材料成本方面有明顯的優(yōu)勢。此外,在惡劣的介質(zhì)環(huán)境下,雙相不銹鋼管件的抗點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕及腐蝕疲勞性能明顯優(yōu)于普通不銹鋼。雙相不銹鋼彎頭中鉻、鉬和氮合金元素含量高,含碳量低,且焊接時(shí)一般填充材料的鎳含量較高,使得焊縫和HAZ顯微姐織中保持有充足的奧氏體,提高了焊接接頭的耐蝕性能和塑性。
雙相不銹鋼管件具有良好的焊接性能,與奧氏體不銹鋼相比,雙相不銹鋼彎頭焊接熱裂紋傾向較低,焊接后接頭也不容易脆化,熱影響區中鐵素體的晶粒粗化傾向也較小。雙相不銹鋼彎頭焊接時(shí),焊縫中會(huì )出現明顯的相變,這也會(huì )大幅度地影響到接頭的耐蝕性能。而雙相不銹鋼彎頭在焊接過(guò)程中應該注意到是,確保焊縫和熱影響區均保持有適量的鐵素體和奧氏體組織。在焊接過(guò)程中,焊接熱輸入較高情況下,焊縫冷卻速度較低,會(huì )促進(jìn)鐵素體相向奧氏體相的轉變,使得組織中奧氏體相的占比提高,會(huì )導致焊縫中鐵素體晶粒長(cháng)大,造成脆化,焊接接頭的塑性指標下降。而在焊接接熱輸入不足時(shí),冷卻速度較快,則會(huì )抑制鐵素體向奧氏體的轉變,也影響了奧氏體在焊縫組織中的占比,易造成淬硬組織并產(chǎn)生裂紋,對熱影響區的沖擊韌性同樣不利。
焊接時(shí),2205雙相不銹鋼管件首先凝固生成全鐵素體(δ)組織,且鐵素體相在高溫區間也表現出較高的穩定性,在溫度提高到固溶線(xiàn)溫度情況下轉變?yōu)閵W氏體相。在開(kāi)始凝固時(shí),首先鐵素體在液相中生成,當溫度降低到低于鐵素體固溶線(xiàn)溫度時(shí),奧氏體相沿著(zhù)鐵素體晶粒邊界成核并生長(cháng),一直到覆蓋鐵素體晶界,之后生成的奧氏體則以魏氏體側板條形態(tài)從晶界奧氏體析出,焊縫區域金相組織如圖所示。目前,國內外對雙相不銹鋼管件焊接主要涉及焊接工藝參數優(yōu)化方面的研究。主要焊接工藝有TIG焊、等離子焊、脈沖激光焊、攪拌摩擦焊、激光-MIG復合焊、藥芯焊與埋弧焊等。這些研究在保證焊接質(zhì)量的同時(shí),不同程度地提高了焊接速度,減少了能源消耗。
浙江至德鋼業(yè)有限公司研究了雙相不銹鋼管的TIG焊分析了TIG焊接工藝和活化劑成分對焊縫熔深的影響,當電流為200A,焊接速度為91cm/min,熱輸入為12KJ/mm時(shí),采用特定的活化劑能焊接雙相不銹鋼彎頭板而不需要額外的含有鉻、鎳、錳的填充材料。采用田口算法對2205雙相不銹鋼管件等離子焊(PAW)的焊接電流、焊接速度和引弧長(cháng)度進(jìn)行了優(yōu)化,利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )遺傳算法和田口技術(shù)預測熔寬與熔深,預測結果與試驗結果吻合。采用優(yōu)化的參數增強了焊縫的強度,降低了成本與時(shí)間。研究了工藝參數焊接速度、激光功率、焦點(diǎn)位置和脈沖頻率對雙相不銹鋼管件脈沖激光焊的影響,設計了四因素三水平的正交試驗,確定了最優(yōu)的參數設置。研究了2507超級雙相不銹鋼彎頭的多道攪拌摩擦焊,在攪拌區中觀(guān)察到鐵素體和奧氏體晶粒尺寸的細化,通過(guò)多道的焊接導致晶粒尺寸進(jìn)一步減小。通過(guò)3.5%氯化鈉的陽(yáng)極極化研究結果表明,處理后的樣品具有較好的耐蝕性。研究了活性鎢惰性氣體(ATIG)和鎢極惰性氣體(TIG)焊接工藝對雙相不銹鋼彎頭接頭應力腐蝕開(kāi)裂(SCC)的影響評價(jià)和比較。使用45%氯化鎂在155°C的溫度下,無(wú)論采用何種焊接工藝,焊接接頭的SCC電阻都不如母材。然而,ATIG焊接接頭表現出優(yōu)異的抗SCC性能,比TIG焊接接頭要好。采用藥芯焊(FCAW)與埋弧焊(SAW)對雙相不銹鋼管件進(jìn)行焊接,對焊接接頭的焊縫、熱影響區(HAZ)和母材進(jìn)行電化學(xué)測試。結果表明,氫的影響取決于焊接接頭區域的組織和類(lèi)型。氫滲入焊接接頭為最大量1mAcm-2。而在FCAW焊接接頭采用了較低的熱輸入。母材是焊接接頭中最耐腐蝕的部分,而氫氣的加入強烈地改變了焊接接頭HAZ和焊縫金屬的點(diǎn)蝕和一般腐蝕敏感性。至德鋼業(yè)采用鎢極氬弧焊方法制備了雙相不銹鋼管件焊接接頭。用熱力學(xué)方法計算了基體材料和焊縫的平衡相變過(guò)程。利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、能譜儀、透射電鏡等手段對DSS焊接接頭不同區域的組織進(jìn)行了表征。結果表明,焊縫中添加鎳顯著(zhù)促進(jìn)了奧氏體(γ)的形成,防止了Cr2N析出。焊縫中的初生奧氏體(γ1)和熱影響區(HAZ)主要由晶界奧氏體、魏氏奧氏體和晶內奧氏體組成。此外,焊縫和HAZ中都有兩種類(lèi)型的晶內和晶間奧氏體γ2。在HAZ中,Cr2N主要在晶粒內、邊界中析出。
目前雙相不銹鋼管件的焊接有多種不同形式工藝方法,為了在提升焊接速度的同時(shí)獲得良好的焊縫成形,滿(mǎn)足雙相不銹鋼管件低能耗高效焊接需求,浙江至德鋼業(yè)有限公司提出了雙絲脈沖高速焊工藝在雙相不銹鋼管件焊接中的應用。雙絲焊接技術(shù)能夠大幅提升熱量的輸入來(lái)確保母材和焊絲熔化形成熔池;同時(shí)熔池金屬液也在多路焊絲的共同作用下,劇烈攪拌起來(lái),能夠抑制過(guò)多液態(tài)金屬流向熔池尾部,促進(jìn)了穩定高速焊接。此外,雙絲焊接方式增加了一路電弧,大大改善了熔合區溫度場(chǎng)分布,熔敷效率和焊接速度得到了大幅提高,并減少了焊接時(shí)的熱輸入。