張彥睿， 衛(wèi)海瑞， 趙振鐸

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術(shù)中心， 山西 太原 030003）

雙相不銹鋼是指不銹鋼的固溶組織中鐵素體與奧氏體相約各占一半，一般較少相的含量至少達(dá)到30%。由于雙相不銹鋼具有良好的綜合力學(xué)性能和耐腐蝕性能，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，諸如造紙、石油、化工、運(yùn)輸、制藥、食品和建筑業(yè)，其中雙相不銹鋼2205 約占總應(yīng)用量的 80%[1，2]。

在雙相不銹鋼薄板焊接過程中，由于受焊接熱循環(huán)的作用，焊縫金屬中易析出氮，導(dǎo)致焊縫中氮含量降低，造成焊縫金屬的兩項比例發(fā)生變化，從而導(dǎo)致接頭的力學(xué)性能和耐腐蝕性能變差。本文題針對雙相不銹鋼2205的焊接特點，采用氬弧自熔焊，在惰性保護(hù)氣中添加不同含量的氮?dú)?，研究不同氮?dú)夂勘Ｗo(hù)氣體對焊接接頭組織性能的影響，以便深入了解該鋼的焊接特性，為焊接工藝及性能提升提供應(yīng)用基礎(chǔ)保證。

1 試驗方法

本實驗焊接試料為雙相不銹鋼2205，厚度為1 mm，為其化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表1所示。

表1 2205的化學(xué)成分 %

采用氬弧自熔焊對1 mm厚度的雙相不銹鋼2205薄板進(jìn)行焊接，焊接電流80 A，電壓為13.2 V,焊接速度為100 cm/min；采用不同的保護(hù)氣氛進(jìn)行焊接試驗，分別為 100%Ar、98%Ar+2%N2、95%Ar+5%N2（體積分?jǐn)?shù)），制備的試板分別為1號、2號、3號。從制備的焊接試板上取樣，對試樣焊接接頭的顯微組織、力學(xué)性能以及耐蝕性能進(jìn)行分析研究。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 焊縫顯微組織

雙相不銹鋼同時具有鐵素體和奧氏體兩相，兩相約質(zhì)量分?jǐn)?shù)各占50%，在實際焊接過程中應(yīng)保證焊縫每一相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%～65%，只有這樣才能充分發(fā)揮它的耐蝕性和強(qiáng)韌性。在焊接電流、焊接電壓以及焊接速度等焊接工藝參數(shù)恒定條件下[1]，不同氮?dú)夂勘Ｗo(hù)氣氛條件下的焊縫組織如下頁圖1所示，其中圖1-1為100%Ar保護(hù)氣體條件的焊縫顯微組織，雙相不銹鋼的焊縫組織為鑄態(tài)組織，且組織比較粗大，其中鐵素體組織比例含量大于奧氏體組織；隨著保護(hù)氣體中氮?dú)獾脑龆啵缚p組織中的奧氏體比例含量增多，當(dāng)保護(hù)氣體中氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)為2%時，焊縫組織中的奧氏體比例增加，如圖1-2所示；當(dāng)保護(hù)氣體種氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)進(jìn)一步增加到5%時，焊縫組織中的奧氏體比例增加，如圖1-3所示。

2.2 焊縫力學(xué)性能分析

由下頁表2可知，隨著保護(hù)氣氛中氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)的增加，焊接接頭的力學(xué)強(qiáng)度進(jìn)一步提高，其中1號試樣斷裂部位在焊縫處，2號、3號試樣斷裂部位在母材處。氮元素是一種強(qiáng)烈的奧氏體形成元素，同時對材料有強(qiáng)化作用，說明隨著保護(hù)氣氛中氮含量的增加，屈服和抗拉強(qiáng)度均得到提高。

下頁圖2為1號、2號、3號拉伸斷口形貌，由圖2可知，斷口均為韌性斷口，且韌窩數(shù)量多，成蜂窩狀隨著保護(hù)氣氛中氮?dú)夂康脑黾?，斷口呈現(xiàn)出大而深的韌窩，這說明增加氮?dú)夂刻岣吡瞬牧系乃茼g性。

圖1 不同氮?dú)夂勘Ｗo(hù)氣氛焊接條件下的接頭焊縫組織

表2 焊縫力學(xué)性能

圖2 不同氮?dú)夂勘Ｗo(hù)氣氛焊接條件下的拉伸斷口形貌

2.3 焊縫腐蝕性能分析

對不同氮?dú)夂勘Ｗo(hù)氣氛焊接條件下的焊接試板進(jìn)行了點蝕試驗，試驗條件為FeCl3溶液，50℃，24 h，點蝕試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同氮?dú)夂勘Ｗo(hù)氣氛焊接條件下的焊縫耐點蝕性

通過觀察焊縫處的宏觀表面，1號試樣焊縫表面存在明顯的點蝕坑，2號試樣焊縫表面點蝕坑數(shù)量減少，3號試樣焊縫表面點蝕坑不明顯，隨著保護(hù)氣氛中氮?dú)夂康脑黾?，溶入焊縫的氮元素進(jìn)一步提高了富氮奧氏體相的耐孔蝕能力，與富Cr、Mo的鐵素體相取得平衡，提高了材料整體的耐孔蝕性能；氮元素還能減輕Cr，Mo等元素在兩相中分布的差異，使奧氏體相的點蝕電位提高，降低選擇腐蝕的傾向性。

3 結(jié)論

1）在一定焊接工藝條件下，通過在保護(hù)氣體的加入適量氮?dú)饪筛纳齐p相不銹鋼薄板的焊縫性能。

2）在焊接雙相不銹鋼薄板2205時，適當(dāng)增加保護(hù)氣體中氮?dú)夂靠烧{(diào)節(jié)焊縫兩項組織比例；隨著保護(hù)氣體中氮?dú)夂康脑黾?，奧氏體組織比例含量也相應(yīng)增加。

3）在焊接雙相不銹鋼薄板2205時，適當(dāng)增加保護(hù)氣體中氮?dú)夂靠商岣吆缚p的力學(xué)性能；隨著保護(hù)氣體中氮?dú)夂康脑黾?，焊縫的力學(xué)強(qiáng)度得到提高。

4）在焊接雙相不銹鋼薄板2205時，適當(dāng)增加保護(hù)氣體中氮?dú)夂靠商岣吆缚p的耐點蝕性能；隨著保護(hù)氣體中氮?dú)夂康脑黾?，焊縫的耐點蝕能力得到提高。