双相不锈钢的焊接技术研究

吴海龙

1.前言

双相不锈钢是一类集优良的耐腐蚀、高强度和易于加工制造等诸多优异性能于一身的钢种。它们的物理性能介于奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢之间。其耐氯化物孔蚀和缝隙腐蚀能力与铬、钼、钨和氮含量有关，所有的双相不锈钢耐氯化物应力腐蚀断裂的能力明显强于300系列奥氏体不锈钢，而且其强度也大大高于奥氏体不锈钢，同时表现出良好的塑性和韧性。

2.双相不锈钢2205及配套ER2209

双相不锈钢2205，是第二代双相不锈钢的主要钢种，广泛用于海洋平台等各种氯化物腐蚀环境，占所有双相不锈钢用量的80%以上。

研究2205双相不锈钢配套2209系列焊材，掌握双相不锈钢的焊接技术，是进入潮汐电站方面的关键技术，为公司进入海洋领域（富氯环境）提供技术储备。

3.研究方法

3.1焊接热影响区最高硬度试验

焊接热影响区硬度试验是以热影响区最高硬度来相对地评价钢材冷裂倾向的试验方法。焊接热影响区最高硬度比碳当量能更好的判断钢种的淬硬倾向和冷裂的敏感性，因为其不仅反映了钢种化学成分的影响，而且也反映了金属组织的作用。

试验试板厚度50mm，常温下进行焊接。焊接材料选用ER2209，保护气体为95%Ar+5CO2。焊后选用载荷为HV5的维氏硬度的测定。测量了焊接热影响区、母材和焊缝金属硬度。测定的硬度值分布表3-1由此可以看出，2205在16℃热预条件下的热影响区、焊缝及母材的平均硬度值关系为：热影响区硬度值最高，母材与焊缝硬度值趋于一致，且硬度值升高趋势不大。说明2205在预热16℃热预情况下进行焊接，是合理的，其淬硬倾向和冷裂的敏感性有一定增高，但情况不明显。

3.2焊接区域铁素体数（FN）测量

双相不锈钢中铁素体与奥氏体含量可用的相比例（%，铁素体比奥氏体的百分比）或铁素体数（FN）来表示。相比例一般通过检测化学成分+WRC图确定，铁素体数可用磁性测量仪来测量。一般认为，铁素体比奥氏体为30%～70%的铁素体比奥氏体时，可以获得良好的力学及那腐蚀性能。而2205双相不锈钢母材中的相比例中铁素体一般控制在40～50%。一般情况下焊缝金属，熔合区和热影响区的铁素体数在30%～70%内，力学及耐腐蚀性能认为是可以接受。

分别选用2种焊接材料进行焊接试验，利用磁性法对双相不锈钢2205焊接接头的焊缝，热影响区，母材进行铁素体数（FN）测量，测量結果见表3-4

从上表可以看出，焊缝铁素体数小于热影响区，母材，但均符合双向不锈钢母材对奥氏体-铁素体相比例的要求

3.3焊缝的金相实验

双相钢2205对其熔合区，焊缝及母材进行金相组织观察，见图3-1，3-2。

上图的焊缝金相组织为铁素体+奥氏体，奥氏体呈条状或碎块状分布于铁素体晶界或晶内，铁素体含量约为40～50%。

热影响区金相组织为铁素体+奥氏体，铁素体呈等轴状，奥氏体分布于铁素体晶界呈网状或分布于铁素体晶内呈碎块状，铁素体含量约为55～70%。

3.4点腐蚀

将一组试样放入按ASTM G48-2003 A法配制的三氯化铁腐蚀溶液的烧杯中，在22℃连续侵泡72小时，试样尺寸5.108cm×2.376cm×0.354cm，试验前重量33.22g，试验后重量33.20g，腐蚀率0.6763mg/cm2。

4、结论

4.1 遵循与母材等强度、等塑性、等韧性的原则，选择了不同厂家的ER2209焊丝分别作为双相不锈钢2205的配套焊材，并通过试验证明选择的配套焊材ER2209是可靠的。

4.2 双相不锈钢2205焊接性良好，热影响区最高硬度、点腐蚀等试验方法证明2205其淬硬倾向和冷裂的敏感性有一定增高，但情况不明显。试验证明了2205的焊接预热温度在16℃以上是合理的。

4.3 通过对双相不锈钢2205焊后接头的金相分析、铁素体数（FN）测量、点腐蚀等试验，焊缝及热影响区铁树体数在35%～60%之间，符合双相不锈钢奥氏体相与铁素体相平衡要求。