对2507超级双相不锈钢焊接及热处理工艺的相关探究

邵丽辉

（甘肃金阳高科技材料有限公司，甘肃 兰州 730100）

在对双相不锈钢进行研究时可以发现，此种工艺从初始到今已经历时三代了，由于其本身的不锈钢材质，使得其具有较高的防腐蚀性能，但是，由于其自身碳含量比较高，在焊接后使用性能无法得到有效的满足，因而在具体的使用中仍然具有一定的局限性。双相不锈钢在经过三代的发展，通过腐蚀性能测试、力学及金相的测试等，对焊接及热处理工艺产生了一定的影响，也为相关工艺的发展与研究提供好了非常有力的技术支持。

1 焊接工艺

（1）坡口及焊道。在对这两个方面进行研究时，其形状及分布情况如图1所示。从图中可以明确地看出，坡口呈现出的形状时Y形状，单变坡口的角度在37.5°。而在下图中（b）1位置，采取的是不填丝的打的焊接方式，直接穿透坡口的钝边，这样单面与双面都可以进行定型。之后在2～5的位置采取氩弧焊的填丝焊接方式，重点是对焊缝和盖面进行焊接。

图1

（2）准备工作及工作要求。首先，前期准备。采取的是机械加工的方式，可对焊接缝隙的坡口进行填充。其次，在焊接前进行清理工作。在清理过程中，可以采取不锈钢的钢丝对坡口及其两侧大约0.3cm的范围内进行油污和铁锈的处理，还需要对氧化皮等物质进行清理。再次，做好设备的检验工作。在模拟焊枪的行走过程中，要对焊接设备的送水与送气装置进行检验，可以保证设备的正常运转，之后，对焊丝的规格、材料以及牌号等的匹配情况进行检验。最后，试板组对。采取的是手工TIG不填丝的焊接方式实现对试板的点焊和组队，保证焊接之间不能留有缝隙。

（3）关于焊接工艺方面的要求。首先，对于双相不锈钢来说，焊接线的能量与大小对于焊缝合金元素的质量分数是有一定影响的，而且对焊金属中的两相比例也有影响，致使焊缝的性能与预期不吻合。因此，在焊接工艺的选择上，应该选择较小线能量的焊接方式，并实现多层和多道次的焊接。其次，关于焊接的控制层之间的问题，应该控制在不高于100℃。最后，焊道层间要做好清理工作，可以采用角向砂轮机对焊道的表面和两侧出现的氧化皮或者油污等进行清理，确保焊道表面可以呈现出银白色，这就可以确保焊接的质量了。

（4）焊接工艺方案及参数设置。在焊接工艺上，可以选择TIG和PAW焊接工艺，在具体的实施中，采取焊接中心气和保护气两种方式。

（5）焊缝的检验。在实施了试板焊接后，要对焊缝进行观察或者进行X射线的检验，在检验过程中，需要保证的是不能够出现气孔或者未融合和裂纹等情况，保证要达到相关标准。

2 热处理工艺

（1）2507钢连续冷却转变的过程。关于2507钢连续冷却转变是有一定过程的，在转变过程中，要保证热处理的温度不能在1050℃以下，而在温度达到900℃后，相析出的速率会出现逐渐增长的情况。但是，在温度升高后，相析出的速率就会逐渐地变小，而在温度在升高到1050℃后，就会出现不再相析出的情况。

（2）关于热处理工艺的实施方案。主要分为两种实施方案，一种是当热处理的温度达到了1050℃后，温度截至14min左右时，采取淬水冷水的方法。而在温度上升到在1100℃后，对其进行保温，保温时间为50min，不可以超过55min，之后，采取淬水的方式进行冷却。

3 实验的结果及分析

混合气的焊接及热处理在温度达到1050℃以后，采取相应的工艺处理方案，在方案上要采取一试样。纯氩焊接，热处理工艺在温度达到1100℃后采取方案二。

（1）焊缝拉伸的实验结果。在本次实验中，利用专业的拉伸压缩机，对焊缝实施横向的拉伸试验。在试验中把试样的宽度确定在平均20mm，标距20mm，保证试验执行可以达到相关的标准。在试验过程中，混合气焊接与热处理的温度都达到1050℃以上，按照工艺方案一实施，抗拉的强度值可以在瞬时间内达到900MPa左右，这样试样可以瞬间出现断裂的情况，延伸率概率为0，而且在焊接的位置上很容易出现断裂的情况。一般纯氩弧焊和热处理在温度达到1100℃以上实施工艺方案二，抗拉强度相比母材的强度要大一些，延伸率大约在20%左右，并且要求各性能都要满足相关标准的要求，并且要求试样断裂位置要比焊缝的母材处远。

（2）焊接弯曲的试样结果。从试验的结果中可以看出，试样弯曲的角度几乎没有，可以说是0，试样是沿着焊缝的融合线进行边缘开裂的，在弯曲度达到180°以上，对试样进行10倍放大，观察其表面内外有无裂纹的出现，更好地满足试样试验的要求。在混合气体下，焊态的焊缝面弯试验是在靠近焊缝中心位置处出现裂纹的，而裂纹的长度大概会达到70%以上，焊接中心位置处的晶粒相对来说比较粗糙，所以呈现出了不断开裂的趋势。这种情况也正说明了在混合气体下，焊接能够使2507钢焊接的力学性能逐渐降低。

（3）冲击性试验的结果。在室温情况下，按照相关标准进行冲击性试验，从试验中可以看出，从上到下的三组试样是母材、热影响区域和焊缝区域。在试样试验过程中，在冲击值超过了3J后会出现断裂的问题，而且断口是很整齐的，试验的数值则比标准规定的数值要小。而在另一个试样试验中，热影响区域、母材和焊缝的冲击平均值要比所规定的平均值大。可以看出，采取纯氩焊接和热处理工艺时，当温度达到了1100℃以上方案二更能够满足对冲击韧性的要求。

（4）HAZ金相组织分析。从试验分析中可以看出，第三相析出情况相对严重，而且呈现出了黑色小块状物的状况，主要分布在奥氏体和铁素题晶界处，在该组织结构中，铁素体的体积分数大概在35%左右，两相比例的差异性比较大，这也是造成强度过高、焊接脆性不断加大的重要因素，这种情况也会导致冲击功率下降、延伸率受影响的问题。而在试验中进行观察可以看出，靠近左侧的木材区域，岛状的奥氏体在铁元素的基体上进行了分布，而母材热轧带组织比较明显。右侧位置与焊缝区域比较靠近，奥氏体会以针状的方式呈现，生长方向也相对明确，晶粒生长整体与焊接组织之间会呈现相似性的特征，这时，组织中的铁素体就会占整个体积分数的一半以上。

（5）焊缝晶之间的腐蚀试验。对于晶间的腐蚀试验是严格地按照制定标准中的方法实施的，试验中采取的是化学浸蚀的方法，采取的是硫酸和硫酸铜溶液。在对该溶液进行配比时，可以将纯硫酸铜100g融入700ml的去氯离子水中，然后再加入100ml的等级较优的硫酸铜，之后再用去氯离子水将其稀释到1000ml，配置成腐蚀溶液。将试样在溶液中煮沸，时间大概为16个小时，再将试样弯曲到180°，在弯曲后对其进行放大，观察试样的表面没有裂纹，且检验后符合相关标准。

4 结语

综上所述，在对2507超级双相不锈钢焊接及热处理技术进行分析后，对于试板要求采取焊接中心气体为Ar和H2的混合气时，而保护性气体则为纯Ar的焊接性工艺，在焊接的温度达到1050℃后，保温时间为14min左右时再进行热处理，对焊接试验的焊缝位置进行分析，可以看出第三相析出比较严重，而且之间的相差比例比较大，这样很容易导致焊缝的脆性变大，导致试样无法满足相关的执行标准。而采取纯氩气焊接，利用较小线能量的多层和多道次焊接工艺后，当焊接后的温度达到1100℃以上，保温的时间达到50～55min时采取热处理的方式，焊接试样的焊缝位置比例可以出现均匀的情况，这样可以保证焊接试样的各项性能的完好，更好地满足相关执行标准的要求。