【正文】 于 AISI 316L 和 6%Mo+N 奧氏體不銹鋼之間。據(jù)不完全統(tǒng)計， 1999 年雙相不銹鋼國內(nèi)的消費量約 2020t，近兩年的年消費量達(dá)到 4000t，翻了一番。 SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 表 11 部分雙相不銹鋼的牌號與化學(xué)成分 鋼號 國別 C Cr Ni Mo Mn Si N 第一代 3RE60 瑞典 3 18.5 ≤2.0 Uranus50 芬蘭 4 21.5 第二代 SAF2205 瑞典 3 22.0 ≤2.0 4 DP3 日本 3 25.0 0 08X21H6M2Ti 俄羅斯 ≤0.08 21.0 0Cr21Ni5Ti 中國 6 22.0 ≤0.8 第三代 SAF2507 瑞典 3 25.5 0 DP3W 日本 3 25.5 2 0Cr21Ni5Mo3 中國 ≤0.08 26.5 ≤1.5 數(shù)據(jù)來源： 2020 年 2 月《焊接設(shè)備與材料 [J].焊接技術(shù) 》 2 雙相不銹鋼 雙相不銹鋼系指不銹鋼中既有奧氏體（ α），又有鐵素體（ γ）組織結(jié)構(gòu)的鋼種，而且此二相組織要獨立存在，且含量較大。 (2) 而后在第一代雙相鋼的基礎(chǔ)上開發(fā)了含氮的超低碳型雙相不銹鋼。SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 1 前言 雙相不銹鋼發(fā)展應(yīng)用開始于 20世紀(jì) 30年代，至今已發(fā)展了三代雙相不銹鋼。典型鋼種是瑞典開發(fā)的 SAF2205 鋼，使雙相鋼應(yīng)用范圍很廣。一般認(rèn)為，在奧氏體基體上有 ≥15%鐵素體或在鐵素體基體上有 ≥15%的奧氏體，均可稱為奧氏體 +鐵素體雙相不銹鋼，本文簡稱為雙相不銹鋼。隨著應(yīng)用的發(fā)展，國內(nèi)產(chǎn)品滿足不了要求，尤其一些工程項目，主要仍是靠進(jìn)口。 高合金型，一般含 25%Cr，還含有鉬和氮，有的還含有銅和鎢 ,這類鋼的耐蝕性能高于 22 %Cr 的雙相不銹鋼。含高鉻（ 25%）的雙相不銹鋼熱加工比奧氏體不銹鋼略顯困難，可生產(chǎn)板、管和絲等產(chǎn)品。 (2) 具有優(yōu)異的耐應(yīng)力腐蝕破裂的能力，即使是含合金量最低的雙相不銹鋼也有比奧氏體不銹鋼更高的耐應(yīng)力腐蝕破裂的能力，尤其在含氯 離子的環(huán)境中。 (3) 存在中溫脆性區(qū)，需要嚴(yán)格控制熱處理和焊接的工藝制度，以避免有害相的出現(xiàn)，損害性能。 雙相不銹鋼的應(yīng)用 雙相不銹鋼在工業(yè)上的應(yīng)用及范圍 (1) 煉油工業(yè)（氯化物及硫化氫） A. 原油脫鹽裝置中熱交換器和管道。 D. 羰 基合成醇管道式環(huán)形反應(yīng)器。 CO2壓縮機冷卻器管線。大多用來制造反應(yīng)容器，各種工業(yè)設(shè)備和輸送管道等。 (2) 化學(xué)和石化加工工 業(yè) 這一領(lǐng)域涉及的范圍很寬，工況情況復(fù)雜，介質(zhì)多種多樣，也是使用雙相不銹鋼較早和較多的領(lǐng)域。國內(nèi)中小化肥廠的甲按泵泵體基本上采用 18－ 5Mo 鋼制造，有數(shù)十家采用的是高鉻含鉛雙相不銹鋼。 (5) 造紙和制鹽輕工業(yè) 由于雙相不銹鋼在中性氯化物溶液中有較好的耐孔蝕和縫隙腐蝕的能力，利用這一特點，國內(nèi)開發(fā)了該鋼在真空制鹽和鹽硝聯(lián)產(chǎn)裝置上的應(yīng)用， 20 萬 ~30萬噸制鹽廠的大型鹽水和芒硝蒸發(fā)罐采用了雙相不銹鋼的襯里和復(fù)合板，解決了設(shè)備結(jié)鹽垢和腐蝕問題，最長的已有 10 年的使用歷史。雙相不銹鋼 2205合金是由 22%鉻， %鉬及%鎳氮合金構(gòu)成的典 型的含 N、超低碳、雙相鐵素體一奧氏體復(fù)式不銹鋼。 2205 雙相不銹鋼各項性能特點 (1) 均勻腐蝕性 由于鉻含量（ 22%），鉬（ 3%）及氮含量（ %）， 2205 的抗腐蝕特性在大多數(shù)環(huán)境下優(yōu)于 316L 和 317L。 2205 合金特別適用于 50176。低于 1700176。 (8) 熱處理 2205 合金應(yīng)在最低為 1900176。 2205 的焊接難度不大，但需設(shè)計其焊接程序以便焊接后，可以保持良好的相位平衡狀SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 態(tài)，避免有害的金屬相位或非金屬相位的析出。使其在以下領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。 4 2205 雙相不銹鋼的焊接性能與工藝研究 2205 雙相不銹鋼焊接機理 焊接是一個冶金過程， 2205 雙相不銹鋼的焊接質(zhì)量 ,決定于其焊縫和熱影響區(qū)的鐵素體和奧氏體含量的平衡和兩相組織的均勻性。雙相不銹鋼的焊接接頭形式應(yīng)預(yù)先經(jīng)過充分地準(zhǔn)備，如采用熱加工方法切割坡口 ,應(yīng)將坡口表面打磨至露出金屬光澤，并對坡口表面進(jìn)行滲透檢測 ,焊接坡口最好采用機械 加工。焊接工藝評定的試板尺寸會影響冷卻速度和層間溫度，要注意焊接工藝評定確定的層間溫度應(yīng)比實際焊接時低。選用適合的焊接材料不會發(fā)生焊接熱裂紋和冷裂紋，如選用焊條型號 E309MoL16焊條牌號 A042氬弧焊焊絲 H00Cr18Ni14Mo2。 (2) 焊接工藝參數(shù)的選擇 焊接線能量太大或太小都不好。 (4) 定位焊縫 定位焊縫焊接時，如果長度過短，焊接未建立起平衡過程即結(jié)束，焊縫冷卻會很快，可能導(dǎo)致鐵素體含量過高、低韌性并因氮化物析出而降低耐腐蝕性能。因此，在焊縫組對時，應(yīng)嚴(yán)格控制組對質(zhì)量，如果強力組對，焊接完成后很難矯形，既使能夠矯形，也會產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力，使力學(xué)性能劣化，抗腐蝕性能下降。 實驗材料和焊接工藝 試驗材料及焊條 本次試驗所用原材料來自于瑞典山特維克公司，牌號為 SAF2205 (ASTM 240—00， UNS 31803)，焊接試樣加工尺寸為 150mm80mm6mm，焊條為ER2209(φ=)，試驗板材及焊絲化學(xué)成分見表 41和表 42。 SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 焊接位置： 對接焊縫位置： 平焊 焊接方向：（向上、向下） 焊接溫度： 25℃ (室溫 ) ,層間溫度小于 150℃ 角焊縫位置： 焊接方向：（向上、向下） 焊縫金屬寬度（范圍）： 8～ 12 mm 縫金屬厚度（范圍）： 2～ 4 mm 焊后熱處理： 溫度范圍：（ ℃ ） —— 保溫時間：（ h） —— 焊接設(shè)備 : 電焊機型號：松下直流脈沖 TIG/手工弧焊機 SA300TP3 型 電焊機各項技術(shù)參數(shù) : ： 380v 數(shù)：單相 率： 50/60 Hz ： KVA (A) DC 起弧電流 氬弧焊： 5～ 300 手工焊接： 5～ 300 焊接電流 ： 5～ 300 收弧電流： 5～ 300 ： 10～ 300 手工焊接： 10～ 300 焊接電流： 10～ 300 收弧電流： 10～ 300 (V) DC 氬弧焊： ～ 手工焊接： 20～ 32 SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 AC： ～ 空載電壓 (V)： DC 100 ：周期 10 分鐘 ：可控硅單相全波整流方式 ：定電流特性 ： ～ 15Hz ： 15～ 85% ： ～ 連續(xù)調(diào)節(jié) 減時間： ～ 連續(xù)調(diào)節(jié) ： 在 PCB 內(nèi)調(diào)節(jié) ： 2～ 20sec 連續(xù)調(diào)節(jié) ： ～ 5sec 連續(xù)調(diào)節(jié) (WxDxH) ： 415x625x853(mm) ： 193Kg 電特性 : 電流種類： 直流 極 性： 反接 焊接電流范圍： (A) 6580 引弧電壓 (V)： 150220 焊接工藝參數(shù) ： 焊道 /焊層 焊接 方法 填充材料 焊接電源 電弧 電壓 焊接 速度 (cm/min) 線能量 (kJ/cm) 牌號 厚度 極性 電流（ A） 1 焊條電弧焊 A042 反接 70 30 45 12 2 焊條電弧焊 A042 反接 70 30 45 12 SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 焊接要求 : ，板材切割后，采用砂輪機打磨出坡口，坡口角度為單邊 30176。 ，應(yīng)根據(jù)焊接工藝評定編制焊接作業(yè)指導(dǎo)書，焊工應(yīng)按指定的焊接作業(yè)指導(dǎo)書施焊。為 了避免由于定位焊點導(dǎo)致根部焊道出現(xiàn)裂紋，焊工應(yīng)在定位焊點前中斷根部焊，在完全打磨掉該定位焊點后，繼續(xù)根部焊。試驗所用設(shè)備及材料：⑴金相顯微鏡；⑵砂輪機；⑶拋光機；⑷吹風(fēng)機；⑸試樣；⑹不同型號的砂紙；⑺玻璃板；⑻拋光 粉懸浮液；⑼酒精；⑽ 由 1 體積濃硝酸與3 體積濃鹽酸混合而成 的王水溶液；⑾棉花；⑿夾子。后者為半透明或透明，抗酸、堿等腐蝕性能好，但較軟。為拋光做準(zhǔn)備。甚至造成試樣從拋光機上飛出傷人。磨制過程中應(yīng)使磨面受壓均勻，而且壓力適中保證試樣表面不發(fā)熱不出生過深滑痕。 ① 機械拋光 試樣的機械拋光是在專用拋光機上進(jìn)行的。操作時將試樣磨面均勻地壓在旋轉(zhuǎn)地拋光盤上（可先輕后重）并沿盤地邊緣 到中心不斷作徑向往復(fù)移動，拋光時間一般約 3～ 5 分鐘，拋光后的試樣表面應(yīng)看不出任何磨痕而呈光亮的鏡面。 對于兩相以上的合金組織來說，則浸蝕主要是一個電化學(xué)腐蝕過程，由于各組成相的成分不同，各自具有不同的電極電位，當(dāng)試樣浸入具有電解液作用的浸蝕劑中，就在兩相之間形成無數(shù)對“微電池”，具有負(fù)電位的一相成為陰極，在正常電化學(xué)作用下不會受浸蝕而保持原有的光滑表面。在 QantLab金相分析系統(tǒng)上進(jìn)行組織觀察和定量分析。溫度低時， Cr、 M o的擴散系數(shù)減小，但由于晶界的擴散高于晶內(nèi)的擴散系數(shù)，而且 δ/γ相界面的 C r、 Mo比率有利于 σ相的形成，所以此時主要為相界析 出，形成片狀組織。 (b) 750℃ 保溫 4h。 650℃ 、 750℃與 850℃ 時效處理與 1050℃ 固溶處理后材料的拉伸性能比較如表 51所示。只要被測材料質(zhì)地均勻，維氏硬度試驗可以用低負(fù)荷和小壓痕得到可靠SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 的硬度值，這樣能減少材料破壞，或用于薄小的試驗材料。 圖 53 維氏金剛石棱錐壓頭 圖 54 維氏硬度試驗基本原理圖 測量方法 維氏硬度試驗使用 正四棱錐 形的 金剛石 壓頭，其相對面夾角為 136176。實驗結(jié)果如表 52 和圖 57 所示。 SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 結(jié)束語 本文以 SAF2205 雙相不銹鋼為例，對雙相不銹鋼及 SAF2205 雙相不銹鋼板材的焊接性能、接 頭力學(xué)性能、熱處理工藝、顯微組織結(jié)構(gòu)、硬度等進(jìn)行了細(xì)致的理論分析和試驗研究。溫度低時， Cr、 M o的擴散系數(shù)減小，但由于晶界的擴散高于晶內(nèi)的擴散系數(shù)，而且 δ/γ相界面的 C r、 Mo比率有利于 σ相的形成，所以此時主要為相界析出，形成片狀組織。綜合實驗測量數(shù)據(jù)和金相圖片可以解釋以上焊接和熱處理缺陷。 δ 相脆化主要與母材中的 Cr 含量有關(guān)，當(dāng) Cr 含量高時，容易產(chǎn)生。隨著雙相不銹鋼的發(fā)展和應(yīng)用， 新型雙相不銹鋼的開發(fā)，我們相信雙相不銹鋼的價值會越來越凸顯出來，也必將為工業(yè)生產(chǎn)提供強有力的保障。Zhang Y。為了減輕 δ 相脆化現(xiàn)象，在不銹鋼原料生產(chǎn)過程中應(yīng)盡力避免在脆化溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理操作，或縮短該溫度范圍內(nèi)的熱處理時間。這些裂紋可以通過焊后不同的熱處理以消除殘余應(yīng)力得到很好解決。時效時間一定時，材料的強度隨著時效溫度的升高而降低，伸長率 (δ)、斷面收縮率 (ψ) 也隨之下降；當(dāng)時效溫度一定時，隨著時效時間的延長，材料的強度明顯升高，但塑性明顯降低。試樣焊接前后，一定要嚴(yán)格遵循雙相不銹鋼的焊接要求，焊接前要擬定清晰的焊接工藝說明書。固溶處理 使合金中各種相充分溶解，強化了固溶體，提高了板材的韌性，有效的消除了板材的焊接應(yīng)力，從而材料的硬度值趨于下降。將壓頭用一定的負(fù)荷（試驗力）壓入被測材料表面。 維氏硬度試驗原理基本上和布氏硬度相同，所不同的是壓頭用金剛石正四棱錐壓頭。 表