2205双相不锈钢双面埋弧焊接头热处理作用对正面焊道熔合区相的影响.docxVIP

2205双相不锈钢双面埋弧焊接头热处理作用对正面焊道熔合区相的影响 随着我国原子能工业和造船业的快速发展，双相不锈钢的焊接性引起了人们的关注。2205双相不锈钢兼有奥氏体钢和铁素体钢的特性,奥氏体能够降低高铬铁素体钢的脆性,减小晶粒长大倾向,提高铁素体钢的韧性和可焊性;铁素体提高了奥氏体钢的屈服强度,同时使其具有抗应力腐蚀及热裂倾向小等特点,而常用于石油天然气输送、海洋工程、化学工业、发电等领域。 一般认为接头中γ奥氏体含量在40%~70%,接头性能良好。目前,几乎所有焊接方法都可用于双相不锈钢焊接,如激光焊、等离子弧焊、搅拌摩擦焊、MIG焊、TIG焊和埋弧焊,尤其是采用保护气体中含有一定量N2的MIG焊可以稳定奥氏体组织,提高强韧度和耐腐蚀性能,改善焊接性能,而常用于双相不锈钢的焊接。包晔峰采用TIG焊打底、埋弧焊填充的焊接工艺,研究了2205双相不锈钢钢管接头的金相组织及力学性能。结果表明:选用适当的焊丝并控制热输入和层间温度,所得接头金相组织为铁素体+奥氏体双相组织,其各项力学性能均符合要求。而埋弧焊工艺简单、生产效率高,Jerzy报道在焊接双相不锈钢时热输入高于3.0 kJ/mm时能够减少咬边、裂纹等焊接缺陷的产生,提高焊接接头性能;但是,采用单面埋弧焊时,由于焊接热输入较大,由此引起的焊接热应力和焊接变形较大,也容易形成较大的焊接残余应力集中,从而降低了焊接接头抗应力腐蚀的能力。同时,目前对于双相不锈钢厚板的双面埋弧焊接组织与性能的研究也比较少见,特别是针对焊接接头的薄弱环节——熔合区组织与接头性能之间关系的研究工作还比较薄弱。 本实验采用光学显微镜、X射线衍射分析(XRD)和显微硬度仪分析2205双相不锈钢厚板双面埋弧焊接头组织与显微硬度,并采用扫描电镜(SEM)观察–20℃下冲击和拉伸断裂特征。重点研究双面埋弧焊接时,反面焊道对正面焊道的再热处理作用对正面焊道熔合区σ相及其它第二相粒子析出的影响机制,以指导2205双相不锈钢厚板焊接工程实践。 1 焊接接头加工 2205双相不锈钢化学成分为:21.1%Cr,5.8%Ni,2.7%Mo,1.42%Mn,0.165%N,0.053%C,0.45%Si,S0.020%,P0.030%,余量Fe。在常温下其力学性能为屈服强度σs=580 MPa,抗拉强度σb=820 MPa,断后延伸率δ=33%。采用双面埋弧焊焊接2205双相不锈钢,焊丝为ER2209,焊剂为805焊剂,焊丝ER2209的化学成分为:22.7%Cr,8.30%Ni,3.20%Mo,1.64%Mn,0.16%Mn,C0.03%,余量Fe。 焊接接头坡口形式如图1所示,焊接工艺参数为:焊丝直径4.0 mm,焊接电流600 A,电弧电压32V,焊接速度36 cm/min。先焊正面焊道,然后反面清根后焊接反面焊道,层间温度控制在150℃以下,焊后不进行热处理。 取金相试样研磨、抛光,用王水腐蚀2~3 min,使用光学显微镜观察微观组织。按国家标准GB/T229-2007将接头加工成多个夏比缺口冲击试样(715 mm×10 mm×55 mm,V型缺口,–20℃),缺口分别位于熔合区和焊缝中心,在JB2300B试验机上进行冲击性能试验。根据国家标准GB/T228-2002将接头加工成拉伸试样在常温下用WE21000万能试验机进行抗拉伸性能试验,采用TESCAN VegaⅡLMUSEM扫描电子显微镜分析断裂特征。利用MC010-HV-1000显微维氏硬度计检测接头硬度分布及在熔合区的变化特征,载荷力9.80 N,载荷保持时间为10 s。 2 结果与分析 2.1 检测铁素体组织分布 从2205双相不锈钢双面埋弧焊接头的宏观照片(图2)可以得知接头熔合良好,没有气孔、裂纹、夹杂等焊接缺陷,从熔合线到焊缝中心的组织分别为靠近熔合线较细小的树枝晶,然后是较粗大的柱状晶,柱状晶一直生长到焊缝中心。 一般认为在Fe-Cr-Ni三元相图中从凝固点到1200℃为δ铁素体组织,1200~800℃奥氏体γ相从δ铁素体中析出,而在800~475℃将可能有中间相(σ相、碳化物、氮化物)析出。 2205双相不锈钢双面埋弧焊接头光学显微组织如图3所示,从图3a可知母材是由δ铁素体与γ奥氏体组成的带状组织,从焊缝组织图3d可以看到焊缝区是由“羽毛”状的奥氏体组织和条状、块状铁素体组织组成。 而熔合区组织较为复杂,结合焊接接头的XRD结果(如图4所示),图3b、3c熔合区组织中不但存在δ铁素体与γ奥氏体,而且存在一定量的σ相和二次奥氏体(γ2)。图3b、3c分别是反面焊道熔合区与正面焊道熔合区组织图,对比两图可以发现:图3b中δ相数量较多,以块状分布在γ基体上;而σ相数量较少,且紧挨着δ相成孤立块状分布状态。图3c中δ相数量减少,而σ相数量聚集增多