毕业设计（论文）-双相不锈钢焊接工艺分析.doc

双相不锈钢焊接工艺分析摘 要双相不锈钢广泛应用在化学工业、石油天然气等行业。双相不锈钢焊接工艺需要考虑各方面的因素，无论是材料选择、工艺措施等各焊接环节都要考虑，以提高双相不锈钢的焊接质量，提高材料的利用率本文介绍了双相不锈钢的发展历程，常见分类与牌号就双相不锈钢的性能，发展展开论述，分析双相不锈钢的焊接性能焊接特点以及焊接工艺。着重描述了SAF2205钢的焊接工艺，以及焊接过程中易遇到的问题，解决方式。关键词：双相不锈钢；焊接；工艺；SAF2205The analysis Duplex stainless steel welding processAbstractDuplex stainless steel is widely used in the chemical industry, oil and gas and other industries. The Duplex stainless steel welding process needs to consider various factors, either material selection or process measures must take into account all aspects of welding, the welding of duplex stainless steel in order to improve quality, improve material utilization This article describes the development process of duplex stainless steel common classification and properties of duplex stainless steel grades on the development start discussion, analysis of the welding of duplex stainless steel welding performance characteristics and welding process. This article focusing on description of SAF2205 steel welding process, the problems and solutions faced in the welding process.Keywords: duplex stainless steel; welding; process; SAF2205目 录摘 要Abstract插图清单插图清单第一章 双相不锈钢的介绍11.1双相不锈钢的诞生发展11.2双相不锈钢的分类及常见牌号21.3 双相不锈钢的应用3第二章 双相不锈钢的基本性能及应用特点52.1双相不锈钢的基本性能52.2双相不锈钢的使用要求7第三章 双相不锈钢的焊接性93.1 双相不锈钢的双相不锈钢的焊接的基本特征9第四章 双相不锈钢的焊接技术及工艺要求124.1焊接含氮的双相不锈钢的要点124.2焊接材料的选择134.3双相不锈钢的焊接方法15第五章 典型双相不锈钢（SAF2205）的焊接175.1 SAF2205的概述175.2 SAF2205 双相不锈钢的焊接特点175.3 SAF2205双相不锈钢的焊接技术185.4 2205双相不锈钢的焊接方法19总结27参考文献28致谢29插图清单图1-1 双相显微组织.6图3-1 不锈钢结晶裂纹敏感性与Creq/Nieq之间关系的曲线 .14图5-8 坡口形式. 26图5-13 MIG焊焊接线能量对焊缝金属冲击韧度的影响 .29图5-15 2205双相不锈钢焊接接头腐蚀速率和低温韧性随线能量的.30图5-16 不同连续冷却时间2205双相不锈钢模拟焊接热影响区的组织.30图5-17 不同两相冷却时间2205双相不锈钢模拟 .31图5-17 不同连续冷却时间2205双相不锈钢模拟焊接热影响区显微硬度显微硬度 .31图5-19 不同连续冷却时间2205双相不锈钢模拟焊接热影响区一次热循环冲击韧度.31图5-20 不同连续冷却时间2205双相不锈钢模拟焊接热影响区多次热循环冲击韧度.32表格清单表1-1 常用双相不锈钢各国牌号近似对照表.8表1-2 常用双相不锈钢材料化学成分.9表2-1 常用双相不锈钢材料机械性能. 11表2-2 钢铁双相不锈钢产品采用的相关标准. 12表2-3 双相不锈钢(DSS)代表牌号的主要化学成分和耐点蚀当量值(PREN).12表3-2 四种双相不锈钢焊接接头室温横向拉伸及弯曲试验结果. 16表3-3 四种双相不锈钢焊接接头室温冲击试验结果. 17表4-1 含氮双相不锈钢焊缝金属中的铁素体含量、化学成分和力学性能.18表4-2 各类双相不锈钢焊接材料的选用. 19表4-3 三种典型的双相不锈钢推荐的最佳焊接线能量和层间温度. 21表4-4 保护气中N2含量对焊缝金属中的N含量和奥氏体含量的影响.21表5-1 熔敷金属化学成分. 25表5-2 熔敷金属力学性能. 25表5-3 焊条电弧焊焊接参数. 25表5-4 AVESTA2205/AVESTA805熔敷金属化学成分.26表5-5 AVESTA2205/AVESTA805熔敷力学性能.26表5-6 2205双相不锈钢SAW焊焊接.26表5-7焊接参数焊接试板的焊缝和HAZ的冲击吸收功、铁素体含量、耐腐蚀性能. 27表5-9 焊缝金属及HAZ的冲击吸收功、铁素体含量、耐腐蚀性能.27表5-10 熔敷金属化学成分. 28表5-11 焊丝熔敷力学性能. 28表5-12 TIG焊焊接参数.29表5-14 MIG焊焊接线能量对焊缝金属和热影响区最大晶粒尺寸，铁素体含量最高硬度平均值的影响. 29第一章 双相不锈钢的介绍1.1 双相不锈钢的诞生发展双相不锈钢是组织中铁素体、奥氏体含量约各占一半，其中量少相的含量也要达到30%以上的不锈钢，如图1-1所示为双相显微组织。若C含量较低，Cr的含量应在18%28%，Ni的含量在3%10%。另外也存在Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。双相不锈钢兼具有奥氏体、铁素体不锈钢的性能特点。它的韧、比铁素体相都要高。且无室温脆性,因此可以用于厚板。此外它还有很好的耐晶间腐蚀性能和焊接性能。同时还具有铁素体不锈钢的较高的导热系数和475脆性，超塑性等。与它比奥氏体不锈钢含Ni量低，比强度高，价格便宜。而且其耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀也有明显增强。双相不锈钢还拥有良好的耐孔蚀性能。双相不锈钢与铁素体和奥氏体不锈钢的不同之处是在热处理过程中有相的转变，即改变了两相之间比例关系。双相不锈钢的自20世纪30年代以来已经历三代。第一代双相不锈钢为AISI329钢，它含钼、铬，都很高，耐局部腐蚀性能好，含碳量较高(0.1%)。为了满足在氯化物环境下的耐应力腐蚀断裂性能特别研制了3RE60双相不锈钢钢；虽然它具有很好的性能，但在焊接性不是很好。焊缝的热影响区由于铁素体过多韧性降低，而且它的耐腐蚀性也明显的比基体金属低，因此它只在一些特殊的非焊接状态下使用。氩氧脱碳的精炼工艺的发明催生了第二代双相不锈钢。此类钢基本都属超低碳型，并含有铜、钼或硅等耐蚀性的元素，其重要特点是加入了适量的氮从而形成了第二代新型含氮双相不锈钢，包括18Gr型、22Gr（SAF2205）型及25Gr型。第三代双相不锈钢（Super DSS）以AF2507、UR52N+、及Zeron100为代表。这类钢的特点是含碳量低（c0.01%0.02%）、高钼（约Mo4%）、高氮(约N0.3%)，铁素体含量为40%45%，其耐点蚀系数大于40。 图1-1 双相显微组织双相不锈钢的屈服强度可达到400550MPa，是普通不锈钢的两倍。因此能够降低成本，节约材料。且它有很强的抗腐蚀能力，可在比较恶劣环境下使用，如海水、氯离子含量较高的环境中，双相不锈钢的抗点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性和普通奥氏体不锈钢相比已有很大的增强，其性能可与高合金奥氏体不锈钢相比。现如今，双相不锈钢已被广泛应用于油气、化学工业，此外双相不锈钢在新能源工业，建筑业和沿海城建等领域也会有应用。新型的双相不锈钢产品也依然在的研发及拓展中。1991年确定了双相不锈钢钢种2205的化学成分、应用领域。现如今，在一些对耐腐性要求比较苛刻的环境中2205一般都是作为标准钢种使用。在诸多应用领域，双相不锈钢成功地取代了昂贵的316Mo、317L（M）（N）、904（L）（N）等钢种。双相不锈钢也正向着过去使用316Mo薄板产品的领域渗透。双相不锈钢易清洗、更清洁。如何用更经济的新钢种取代双相不锈钢2205成为现在双相不锈钢研发拓展的一个新的趋势，实际上在某些市场，经济型双相不锈钢2304已经取代了2205地位。现代产业也特别设计了超高级双相不锈钢，来应对更为苛刻的应用环境。超高级双相不锈钢主要应用于无缝管的制造。另外还有些专门为化肥厂等特殊应用领域而设计的超高级双相不锈钢产品。未来，新型钢种的研发有望在更低温度下得以应用（甚至焊接组织可以在100下应用），并可以在更宽的热输入条件下进行焊接。近年来，随着绿色能源的发展和可持续发展概念的提出对双相不锈钢产品的推广具有积极意义。未来发展对双相不锈钢设计研发的要求主要着手于提高生产效率，降低成本。1.2 双相不锈钢的分类及常见牌号目前最常用的双相不锈钢是铬镍型，可分为四类，第一类为低合金型，其代表牌号是UNS S32304（23Cr4Ni0.1N），不含钼。PREN（=Cr%+Mo3.3%N16%）值为2425，其耐应力腐蚀可与AISI304及AISI316相媲美使PREN=Cr%+Mo3.3%+N16%。第二类为中合金型，其代表牌号是UNSS31803（22Cr5Ni3Mo0.15N）。PREN值为3233，其耐腐蚀性能介于可替代及含6MoN的奥氏体不锈钢和AISI316之间。第三类为高合金型，此类钢一般含Cr为Cr25%,还含有Cu和W。代表牌号是UNS S32550（22Cr6Ni3Mo2Cu0.2N）。PREN值为3839，其耐腐蚀性高于含Cr为Cr22%双相不锈钢。第四类为超级双相不锈钢型，含高Mo和N。有的还含有Cu和W。代表牌号是UNS S32750（25Cr7Ni3.7Mo2Cu0.3N）。PREN值为大于40，有良好的耐腐蚀性及综合力学性能可相比于超级奥氏体不锈钢。表1-1及表1-2所示给出了典型双相不锈钢的几个主要国家的双相不锈钢的牌号和主要化学成分及各国主要双相不锈钢的牌号近似对照，表1-1 常用双相不锈钢各国牌号近似对照表 国家型号中国美国瑞典德国法国日本低合金型00Cr23Ni4NUNS S32304SS2327(ASF2304)W.Nr.1.4362UR35NDP 11中合金型00Cr18Ni5Mo3Si2UNS S31500SS2376(3RE60)W.Nr.1.4417UR45NDP 100Cr22Ni5Mo3N UNS S31803/S32205SS2377(ASF2205)W.Nr.1.4462DP 8高合金型00Cr25Ni5Mo2UNS S32900SS2324(10RE51)W.Nr.1.4460329J100Cr25Ni7Mo3WCuNUNS S31260W.Nr.1.4501329J21超级双相钢00Cr25Ni7Mo4NUNS S32750SS2328(SAF2507)W.Nr.1.4410UR47N+00Cr25Ni6Mo3WCuNUNS S32550W.Nr.1.4507UR52N+表1-2常用双相不锈钢材料化学成分钢号CMnSiSPCrNiMoCuN S32750(SAF2507)00Cr25Ni7Mo4N0.031.20.800.020.03524.0/ 26.06.0/8.03.0/ 5.00.50.24/ 0.32S31803/S32205(SAF2205)00Cr22Ni5Mo3N0.032.001.00.020.03021.0/ 23.04.50/ 6.502.50/ 3.500.08/ 0.20S31500(3RE60)00Cr18Ni5Mo3Si20.031.2/2.001.4/ 2.000.030.03018.0/ 19.018.0/ 19.02.50/ 3.000.05/ 0.101.3 双相不锈钢的应用双相不锈钢的应用实例 1.、炼油工业原油脱盐装置中管道和热交换器。加氢裂化装置。催化吸收解吸塔塔盘板、衬里、管等。汽油再热器。催化裂化装置。空泠器，水泠器的热交换器，脱硫反应器。加氢裂化装置。 2、石化工业（中性氯化物）聚氯乙稀（PVC）热交换器和汽提塔。羰基合成醇管道式环形反应器。氯乙烯装置中的氯乙烯再沸器、盘管式氧氯化反应器。甲醇合成反应器的催化剂管束、中压闪蒸罐顶冷凝器、物料流出物热交换器。醋酸等有机酸（甲酸、甲醛）的管道和生产装置。 3、海上、陆上油气工业（酸性油井管线和井管）输送集气管和管道。海上石油平台的稳水系统，喷水系统，供水系统，消防系统，热交换器、水处理。 4、制盐，造纸等轻工业间歇式蒸煮装置或连续式硫酸蒸煮。如：木屑预热器、蒸煮器、冷凝器、漂白设备等。盐硝联产和真空制盐装置， 5、化肥工业尿素工业。CO2压缩机冷却器管线。气提塔的气提管，高压分解塔的分解管及输送管道，高压冷凝器的冷凝管。甲铵泵泵体。磷肥工业。料浆输送管线、料浆循环及反应槽。 6、高强度结构件平台上钻井架的海底管道、张拉系统。蒸汽透过的驳船、平叶片、槽车等。第二章 双相不锈钢的基本性能及应用特点 2.1 双相不锈钢的基本性能双相不锈钢的性能综合了奥氏体和铁素体组织性能。它结合了奥氏体不锈钢优良的韧性和焊接性与铁素体不锈钢的耐氯化物应力腐蚀性和高强度。与含铬量超过Cr18%的铬铁素体不锈钢相比较，普通的铬镍奥氏体不锈钢在氯化物介质中的抵抗应力腐蚀裂纹的能力有限。但是铬铁素体不锈钢的焊接性很差。这是因为，一方面在焊缝金属，特别是在焊接热影响区中，铁素体组织有严重的晶粒长大的倾向；另一方面，铬铁素体不锈钢中碳含量超过C0.01%，就会形成马氏体。这两方面，均降低焊接接头的韧性，使冷裂敏感性增加、因对晶界腐蚀敏感，所以，碳含量为C0.1%0.2%的奥氏体-铁素体双相不锈钢，不能满足冲击韧度和耐腐蚀敏感性的要求。表2-1 常用双相不锈钢材料机械性能项目钢号热处理制度Rm(Mpa)Rp(Mpa)A(%)硬度布氏洛氏S32750(SAF2507)00Cr25Ni7Mo4N1025-1125水淬8005501531032S31803/S32205(SAF2205)00Cr22Ni5Mo3N1020-1100水淬6204502529030.5S31500(3RE60)00Cr18Ni5Mo3Si2980-1040水淬6304403029030.5为了解决上述问题，开发了一种低碳及氮合金化的奥氏体-铁素体Cr-Ni-Mo合金的双相不锈钢。它不仅具有良好的抗晶间腐蚀、缝隙腐蚀、点腐蚀及耐应力腐蚀裂纹的能力，而且焊接性也很好。与常用的Cr-Ni-Mo系奥氏体不锈钢相比较，只要焊接工艺合理，低碳双相不锈钢焊接接头就有更强的抗腐蚀能力，而且有更强的抗腐蚀能力，更高的抗拉强度、屈服强度及良好的韧性。这种钢中的奥氏体组织和铁素体组织含量基本相当。还有另一类型的双相不锈钢，Cr-Ni-N型双相不锈钢，但工程上用得比较多的还是Cr-Ni-Mo合金系的双相不锈钢。 双相不锈钢除了具有一般不锈钢性能外，也有其自身的特性，所以，不锈钢的选用过程中除了考虑一般不锈钢的性能要求，还需要考虑双相不锈钢自身的性能特点。 表2-1给出一些常见双相不锈钢的产品标准及性能 表2-2所示为ASTM标准双相不锈钢的牌号和主要化学成分，表2-3给出了双相不锈钢分类的PREN值的对比。 表2-2 钢铁双相不锈钢产品采用的相关标准材料名称无缝和焊接钢管棒材板材、带材锻件（法兰）铸件焊丝、焊条双相不锈钢ASTM A789ASTM A790ASTM A1016ASTM A999ASTM A928GB/T 14976GB/T 14975GB/T 13296ASTM A276ASTM A479ASTM A484GB 1220ASTM A240ASTM A182ASTM A788ASTM 815ASTM A351ASTM A995ASME/AWS A5.4ASME/AWS A5.9表2-3 双相不锈钢(DSS)代表牌号的主要化学成分和耐点蚀当量值(PREN)类别标准商业牌号CCrNiMoNCuWPRENPREW低合金型UNS S32304SAF 23040.032340.10.10.2-24WNrl4362UR35NSS 2327中合金型UNS S31803SAF22050.032252.80.15-32/33WNrl4462UR45NSS 2327UR45N+0.0322.863.30.18-35/36UNW S315003RE600.0318.552.70.1-29WNrl4417A903UNS S3290010RE510.08254.51.5-30WNrl4460SS 2324AISI 329UR500.06217.52.5-1.5-29UNS S32950Carp7Mo+0.03274.81.750.25-35高合金型UNS S32550Ferralium0.0525630.181.8-3738255UNS S31250DP30.0325730.160.50.33738UR47N0.03256.530.22-38/39WNrl4507UR52N0.03256.530.171.5-38VS250.03256.530.18-38超级DSSUNS S32760Zeron1000.032573.50.240.70.74041.5WNrl4501UNS S32750SAF25070.032573.80.28-41WNrl4410UR47N+SS 2328UNS S32550UR52N+0.032573.50.251.5-41WNrl4507UNS S32740DP3W0.0325730.27-2.03942.52.2双相不锈钢的使用要求mA k*v!机械技术,机械大全,机电行业,机械产品,机械设备,机械配件,机器人技术,机械常识,机械技术,机械大全,机电行业,机械产品,机械设备,机械配件,机械常识,工程材料,数控技术,机械设计,外贸论坛,外贸信息,机械加工,工程机械,木工机械,通用机械,纺织机械,包装机械,食品机械,仪器仪表1、需要控制相的比例，铁素体相和奥氏体相最适合的比例是约各占一半，某一相所占的比例最多不能超过65%，这样是为了保证双相不锈钢有最佳的综合性能。若两相比例失当，例如铁素体含量过高，易在焊接热影响区形成单相铁素体，易在一些特殊介质产生应力腐蚀破裂。 Qr#m*q机械技术,机械大全,机电行业,机械产品,机械设备,机械配件,机械常识,机械技术,机械大全,机电行业,机械产品,机械设备,机械配件,机械常识,工程材料,数控技术,机械设计,外贸论坛,外贸信息,机械加工,工程机械,木工机械,通用机械,纺织机械,包装机械,食品机械,仪器仪表2、掌握双相不锈钢的组织转变规律并熟悉他们的CCT、TTT转变曲线，这可以帮助双相不锈钢的热成型和热处理等工艺的制定，双相不锈钢要比奥氏体不锈钢更易析出脆性相。 ?;w-zW4U.z5C2B机械技术|机械大全|机电行业|机械产品|机械设备|机械配件|机械常识|工程材料|机器人技术|数控技术|机械设计|外贸论坛|外贸信息|机械加工|工程机械|木工机械|通用机械|纺织机械|包装机械|食品机械|仪器仪表3、双相不锈钢的连续使用温度范围为50250，它的下限温度和上限温度取决于钢的475脆性、脆性转变温度、且上限温度不能超过300。 4、双相不锈钢在固溶处理后需要做快冷处理，因为冷却缓慢会导致脆性相析出，而降低钢的韧性和耐局部腐蚀性能。 5_3gP4cH$F机械技术,机械大全,机电行业,机械产品,机械设备,机械配件,机械常识,机械技术,机械大全,机电行业,机械产品,机械设备,机械配件,机械常识,工程材料,数控技术,机械设计,外贸论坛,外贸信息,机械加工,工程机械,木工机械,通用机械,纺织机械,包装机械,食品机械,仪器仪表5、为避免加工过程因脆性相析出产生表面裂纹，高铬钼双相不锈钢的热加工与热成型的下限温度应950，超级双相不锈钢980，低铬钼双相不锈钢900。 6、双相不锈钢不能用常规奥氏体不锈钢650800的热处理消除应力。通常消除去应力会采用固溶退火的方法。而低合金双相不锈钢表面堆焊时，需要在600650整体热处理以消除应力，另外由于脆性相的析出其韧性、耐腐蚀性、耐局部腐蚀性能都会下降，所以要尽可能的减少这个温度区间内的加热时间。同时低合金钢和双相不锈钢复合板热处理时也需要考虑这个问题。 7、对于双相不锈钢的焊接，不能套用其他不锈钢的焊接方法，我们需要了解双相不锈钢的焊接规律。焊接工艺的正确掌握直接关系到设备使用的安全性。不当的焊接工艺可能导致焊接设备的失效。焊接接头存在焊缝金属和焊接热影响区，焊接接头性能跟奥氏体和铁素体的两相比例有关，对于焊接热影响区必须要维持必要的奥氏体的比例。对于焊接工艺，和奥氏体不锈钢焊接相比，应尽量选择多层焊，同时也要注意控制线能量不能过低，在采用TIG焊时必须要填丝等。 f*O4Z7(q1JG)T/wg机械技术,机械大全,机电行业,机械产品,机械设备,机械配件,机器人技术,机械常识,机械技术,机械大全,机电行业,机械产品,机械设备,机械配件,机械常识,工程材料,数控技术,机械设计,外贸论坛,外贸信息,机械加工,工程机械,木工机械,通用机械,纺织机械,包装机械,食品机械,仪器仪表8、钢在不同的腐蚀环境中的腐蚀性是相对的，尽管双相不锈钢的耐腐蚀性能很好，但其耐腐蚀性是相对于一定的介质范围内。所以对于介质环境（温度、介质浓度、PH值、压力等）在选择过程中都需要慎重的考虑。另外通过文献手册得到的数据往往和实际工程生产是有一定的差距的，这是因为这些数据的前提往往是在理想环境中获得的。所以在选材的是，最好在实际介质和现实环境中进行相应的实验。第三章 双相不锈钢的焊接性3.1 双相不锈钢的双相不锈钢的焊接的基本特征和铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢相比相不锈钢具有良好的焊接性能。由于焊接热影响区晶粒严重粗化易导致铁素体钢韧性大大降低，而奥氏体不锈钢则对焊接热裂纹比较敏感。双相不锈钢的优秀焊接性能根本在于其综合了铁素体、奥氏体两相性能。而其性能的关键则取决于两相的比例和分布。双相不锈钢在1000下平衡组织中奥氏体会逐步渐少铁素体会逐步增加。在固相线温度区间时（1350），平衡组织中铁素体比例会达100%。双相不锈钢有很多种类，但最常用的是SAF2205和SAF2507双相不锈钢，在工程中的使用量的SAF2205约占80%，超级双相不锈钢SAF2507D的使用约占13%。双相不锈钢常用焊接方法有钨极氩弧焊（GTAW）、手工电弧焊（SMAW）、等离子焊（PAW）、药芯焊丝电弧焊（FCAW），也会少量埋弧悍的使用。双相不锈钢在焊接时必须要注意，即若要使焊缝金属中铁素体含量在焊态与母材相当，其焊接材料的Ni含量需高于母材。双相不锈钢与奥氏体不锈钢一样有较好的焊接性。铁素体加热到600以上时，将迅速地催化。焊接热影响区与母材相比，由于固溶含N量少（因氮化物析出）而使腐蚀性下降，因此，希望采用小焊接线能量。一般无需预热和焊后热处理。但若在较低温度下焊接，为避免产生冷裂纹，最好预先预热处理。 1、双相不锈钢的热裂敏感性较低，抗热裂能力较高。图3-1给出了不锈钢结晶裂纹敏感性与Creq/Nieq之间关系的曲线。可以看出当Creq/Nieq之间比值在1.52.0时，裂纹总长度最小，既焊缝金属结晶裂纹敏感性处于两相区时最小。而且，熔池结晶时为铁素体，比奥氏体的结晶裂纹敏感性要小。双相组织阻止奥氏体晶粒长大。同时，还有铁素体相可以降低相间界面能，增大残余低熔点液相的接触角，阻碍润湿展开，并且可增大硫、磷的溶解度。因此，其热裂纹的敏感性也比较低。 图3-1 不锈钢结晶裂纹敏感性与Creq/Nieq之间关系的曲线 2、双相不锈钢中铁素体的含量接近50%，因此双相不锈钢也保存了铁素体不锈钢的一些特点，例如475脆性及高导热系数等特点，但是这些特点都不是很显著。 3、冷裂纹的敏感性：近年来研究认为双相不锈钢产生的冷裂纹与氢致延迟裂纹有关.它也可以满足氢致延迟裂纹的三个条件：即氢的存在；脆性相（双相不锈钢中的铁素体、475脆性和相脆性等）；高的拘束应力。一般认为铁素体含量超过60%就有产生氢致延迟裂纹的危险性。但是双相不锈钢比一般的低合金高强钢小很多。 4、双相不不锈钢的热影响区 焊接的热影响区过热区的组织由钢的化学成分及焊接工艺决定。焊接参数对于热影响区的影响主要是线能量的影响，当然也还要看钢种，另外母材内的铁素体/奥氏体的比例影响不锈钢的力学性能，这个比例也会影响焊接热影响区过热区的组织。母材中铁素体含量太高，会使材料变脆。若母材中铁素体偏高则可用稍大的焊接线能量，以使其冷速变缓，使铁素体向奥氏体转变充分点，若母材内铁素体含量偏低，则可用稍小的焊接线能量，以使冷却变快，使铁素体向奥氏体转变变弱。 5、双相不锈钢含有的各种合金元素，易在焊接时产生金属间相和碳氮化合物。焊接过程中会有金属间相碳氮化合物产生。它们对焊接接头的力学和耐腐蚀性能会有一定影响，其中最危险的是脆性相。 6、几种双相不锈钢焊接接头的性能 表3-2给出了四种双相不锈钢焊接接头室温横向拉伸及弯曲试验结果。表3-3所示为四种双相不锈钢焊接接头室温冲击试验结果。根据两表数据显示，当焊缝金属强度与母材基本一致，焊接热影响区冲击值也与母材相当，催化倾向不大。国内研制的这四种双相不锈钢在使用合适的焊接材料时，焊接接头力学性能良好。双相不锈钢的关键是保持焊接接头中热影响区中相的理想比例；双相不锈钢焊接发展的趋向于提高焊缝金属区中奥氏体的含量。在焊接接头组织方面，焊接接头的耐腐蚀性的变化随着焊接接头热影响区、焊缝金属区中相比例的变化而变化。此外接头冷却时易与碳氮结合使得焊缝金属周围贫钝化，从而影响接头的耐腐蚀性。因此为了确保焊接接头的耐腐蚀性，在焊接过程中应合理控制两相的比例分布，尽量的阻止相聚集长大。表3-2四种双相不锈钢焊接接头室温横向拉伸及弯曲试验结果钢号板厚/mm焊接材料焊缝b/Mpa接头b/Mpa冷弯角度D=3a90反复弯曲次数00Cr18Ni5Mo3Si28奥022硅756843180超低碳奥31262363518000Cr22Ni5Mo3N822-7-37661802422-9-376890（侧弯）222-8-3T8268014.300Cr25Ni6Mo2N825-9-271018000Cr25Ni7WCuN625-11-3843180225-8-3T8328053.5 注：焊接材料中T表示为焊丝，其余为焊条表3-3四种双相不锈钢焊接接头室温冲击试验结果钢号板厚/mm焊接材料焊缝熔合线HAZ与熔合线距离/mm母材0.512300Cr18Ni5Mo3Si28奥022硅911109878105113超低碳奥312113100889610100Cr22Ni5Mo3N822-7-3799898939898982422-9-35310000Cr25Ni6Mo2N825-9-2858890869310000Cr25Ni7WCuN625-11-3939810610010010498 注：试样尺寸1010（024mm板），510（8mm板），410（6mm板）。 第4章 双相不锈钢的焊接技术及工艺要求双相不锈钢（A-F型）的焊接要遵守一定的焊接工艺，关键的是要有适宜的冷却速度。冷却速度太快，会在焊接热影响区产生过多的铁素体，冷却速度过慢，会在焊接热影响区形成过多粗大的晶粒及析出氮化铬等析出物。应在焊接材料的选择及焊接方法和焊接条件的配合上，使得焊缝金属中的铁素体含量达到30%40%，否则，也应使其焊接热影响区的铁素体含量在70%以下，否则易产生冷裂纹。4.1 焊接含氮的双相不锈钢的要点：1、填充金属应当用氮合金化，并且适当增加Ni含量（表4-1所示为含氮双相不锈钢焊缝金属中的铁素体含量、化学成分和力学性能）。2、焊接时，焊缝金属盒焊接热影响区过热区的冷却时间t12/8不能太短。应根据板厚选择合适的焊接线能量，板厚的焊接线能量应大些，薄板的焊接线能量应小些。3、不加填充金属的焊接应予避免，因为焊缝金属中易产生高铁素体含量。4、如果焊接热影响区较窄，而且晶粒细小，铁素体含量也不高，其抗腐蚀性及韧性应当较好。表4-1 含氮双相不锈钢焊缝金属中的铁素体含量、化学成分和力学性能编号铁素体含量（%）焊接方法力学性能化学成分（质量分数，%）0.2/Mpab/Mpa(%)AK/JCCrNiMoN其他11723SMAW62778623.6630.03420.839.152.710.1522936SMAW62279223.1590.03622.218.812.820.1334345SMAW64480822.6460.03422.798.212.840.1342837GMAW60880926.8980.03722.528.513.030.1452736SMAW69889232.0400.04826.047.442.070.33Mn4.50 注：SMAW线能量911KJ/cm；GMAW线能量2022KJ/cm，Ar+2.5%CO2 ,不预热，层间温度1001505、应当使富Ni的填充金属与低Ni的母材的熔合比要小，以避免焊缝金属含Ni量过低，铁素体含量太高，熔合比以低于35%为好。6、焊接材料要按规定烘干和保存。7、要避免焊缝金属扩散氢含量过高，以免诱发冷裂纹。8、一般不需要预热，对厚大件可预热到100150。9、厚度小于12mm的焊件，层间温度不能大于150，厚度大于12mm的焊件，层间温度不能大于180。10、焊件一般不锈钢固溶退火11、应在焊接过程中检测铁素体的含量，以便控制之。12、不可在母材或焊缝金属上引弧，因为引弧区冷却速度太大，易导致引弧区铁素体含量太高，易超过80%。易导致引弧区抗腐蚀性降低。13、非合金钢或低合金钢与双相不锈钢焊接时均可采用双相不锈钢的填充金属。奥氏体钢与双相不锈钢焊接时也可以选择双相不锈钢作为填充金属。4.2焊接材料的选择 双相不锈钢在焊接时应选择化学成分与母材化学成分相接近的焊接材料进行焊接，焊缝金属结晶时初始的组织同城为单相铁素体。随着温度的下降，发生铁素体向奥氏体的转变及碳化物和氮化物的析出。由于焊缝金属从高温向低温快速冷却，铁素体是在非平衡状态下向奥氏体的转变的，铁素体向奥氏体的转变不完全，焊缝金属中的铁素体仍占大多数，甚至于出现单一铁素体组织的现象。这样，焊缝金属中产生的是粗大的铁素体组织，其韧性和腐蚀性都较低，与母材不相匹配。在双相不锈钢研究的初期，大多采用奥氏体焊接材料，如E309SiL、E309MoL、E316等。这种奥氏体焊缝金属基本上能够满足一些双相不锈钢的需求，至今仍有应用。暗示，焊缝金属与母材在化学成分和组织上的差异，焊缝金属的强度比母材低，耐腐蚀性能也不匹配。现在国内外已研制出适应于各种双相不锈钢的焊接材料，其特点是焊缝金属组织为奥氏体占优势的铁素体奥氏体双相组织，主要耐腐蚀元素（Cr、Mo等）含量与母材相当，从而保证焊缝金属与母材有相当的耐腐蚀性。为了保证焊缝金属中的奥氏体含量，通常都要提高其Ni和N的含量，也就是提高约2%4%的镍含量。双相不锈钢母材中，一般都含有一定量的N，因此在焊接材料中也应有一定的N含量，但氮含量不能太高，否则会有气孔产生。因此，焊接材料的Ni含量比母材高就是一个主要差别。由于双相不锈钢发展时间不长，各国和不同厂家对焊接材料的选用差别较大，表4-2所示为各类双相不锈钢焊接材料的选用表4-2各类双相不锈钢焊接材料的选用类型母材焊接方法AWS国内SandvikMetrodeCr1800Cr18Ni5Mo3Si3RE60TIGER309MoLH00Cr25Ni13Mo3MIGH00Cr20Ni10Mo3焊条电弧焊E309MoLE309MoLA022SiCr1800Cr18Ni6MoSiNbTIGH00Cr18Ni14Mo2MIGH00Cr20Ni10Mo6焊条电弧焊E3061E309MoLCr220Cr21Ni5TiSAF2304TIGER220923.7LER329NMIG22.8.3L焊条电弧焊E2209E220923.8LRE309MoL22.9.3LR00Cr22Ni5Mo3NbSAF2507TIGER2209H00Cr22Ni8Mo3N22.8.3LER329NMIG焊条电弧焊ER2209TE220922.9.3LR2205XKS22.9.3LBULTRAMET2205FCAWE2209E309MoL22.9.3LTSUPERCODE2205Cr2500Cr25Ni6Mo5SAF2507TIG25.10.4LMIG焊条电弧焊25.10.4LR250XKS25.10.4LBULTRAMET250700Cr25Ni6Mo3CuNUR52NFerralium225TIGER2553MIG焊条电弧焊E2553E2553ULTRAMETB255300Cr25Ni7Mo3CuNZERON100TIGZERON100MMIG焊条电弧焊25-11-3SUPERMET2507Cu25-9-2注：FCAW药芯焊丝电弧焊；L焊丝；LR碱性焊条；LT药芯焊丝4.3双相不锈钢的焊接方法4.3.1 焊接时的注意要点1、焊接线能量和层间温度。过低的焊接线能量会使奥氏体的转变量减少，甚至于会抑制焊后冷却过程中的铁素体向奥氏体转变，而得到单相铁素体组织，使其失去双相不锈钢的特点，而降低其使用性能。因此，激光焊、电子束焊和等离子含等高能束焊不适于双相不锈钢的焊接。焊接线能量过高会使焊缝金属及焊接热影响区过热区的晶粒粗大，韧性降低。SMAW、TIG、MIG可用来焊接双相不锈钢。为了获得双相不锈钢焊接接头的最佳性能，除了合理地选用焊接材料外，还必须选择最佳的焊接线能量和层间温度，一般要控制焊缝金属中的奥氏体含量在60%70%。表4-3给出了三种典型的双相不锈钢推荐的最佳的焊接线能量和层间温度。表4-3 三种典型的双相不锈钢推荐的最佳焊接线能量和层间温度2、适宜采用多层焊，多道次，低熔合比。3、避免使用焊后热处理。因为焊