【導讀】雙相不銹鋼發(fā)展應用開始于20世紀30年代，至今已發(fā)展了三代雙相不銹鋼。腐蝕性能好，但含碳量較高（C≤%），焊接后其接頭耐腐蝕性和韌性都較差，使鋼在應用上受到限制，只適用于鑄鍛件。60年代中期，瑞典開發(fā)了著名的3RE60鋼，特點是超低碳，含Cr量為18%。焊接及成型性能良好，使之成為第一代雙相不銹鋼的代表鋼種。而后在第一代雙相鋼的基礎上開發(fā)了含氮的超低碳型雙相不銹鋼。種是瑞典開發(fā)的SAF2205鋼，使雙相鋼應用范圍很廣。含Mo、N量高；鋼中鐵素體含量達到40~45%；具有優(yōu)良的抗點蝕能力，其PRE值大于40。等相關(guān)的設備中。雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼相比，在抗晶間腐蝕、腐蝕、點蝕、間隙腐蝕，特別是抗氯化物導致的應力腐蝕開裂方面具有絕對的優(yōu)勢。如表1-1所示為部分雙相不銹鋼的牌號與化學成分[1]。種，而且此二相組織要獨立存在，且含量較大。板的國標正在修訂，Cr22和Cr25型的雙相不銹鋼將考慮納標。

　　

【正文】 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。這一點上維氏硬度要優(yōu)于 布氏硬度 。 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。正四棱錐兩對面的夾角為 136176。，底面為正方形，如圖 53所示。 維氏硬度試驗基本原理是將兩相對面夾角為 136176。（兩相對棱夾角為 148176。6＇ 42＂）的金剛石正四棱錐壓頭，在一定的試驗力作用下壓入試樣表面，保持一定的時間后，卸除試驗力，測量壓痕對角線長度，如圖 54所示，以試驗力除以壓痕錐形表面積所得的商表示維氏硬度值。 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。由于其硬度極高，金剛石壓頭可以用于壓入幾乎所有材料，而且棱錐 的形狀使得壓痕和壓頭本身的大小無關(guān)。將壓頭用一定的負荷（試驗力）壓入被測材料表面。保持負荷一定時間后，卸除負荷，測量材料表面的方形壓痕之對角線長度。對相互垂直的二對角線長度（ l1和 l2）取其 算術(shù)平均值 。 SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 圖 55 左為壓痕在材料表面的投影， l1 和 l2 為壓痕對角線長； 右為金剛石壓頭的側(cè)面觀，其相對面夾角為 136176。 （ a） （ b） 圖 56 維氏硬度測量時棱錐形壓痕 維氏硬度值的計算公式為： dFSFHV22s i ????? ( 51 ) F = 負荷 (牛頓力 ) S = 壓痕表面積 (平方毫米 ) α = 壓頭相對面夾角 =136176。 d = 平均壓痕對角線長度 (毫米 ) 實驗操作步驟 (1)根據(jù)材料的性質(zhì)選擇試驗力進行試驗 ； (2)根據(jù)選用的試驗力，選擇相適應的標準塊進行校驗 ； (3)調(diào)節(jié)試樣高度，使試樣表面在目鏡中獲得清晰成像 ； SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 (4)轉(zhuǎn)動目鏡，使 壓頭位于成像的正上方 ； (5)壓下加載開關(guān)，在試驗力的作用下，金剛石頭對試樣表面進行加載 ； (6)保持一定時間后卸載 ； (7)轉(zhuǎn)動目鏡觀察到清晰的對角線，并在目鏡上讀出對角線長 ； (8)根據(jù)壓痕對角線平均值 L 和 A 選定的試驗力查 GB/ 表讀出對應的維氏 硬度值 ， 并作好記錄。實驗結(jié)果如表 52 和圖 57 所示。 表 52 試驗板材固溶處理前后維氏硬度值 測試序數(shù) 母材硬度（ HV） 焊縫邊緣區(qū)硬度（ HV） 焊縫區(qū)硬度（ HV） 熱處理前 熱處理后 熱處理前 熱處理后 熱處理前 熱處理后 1 130 121 140 121 160 143 2 137 113 135 143 159 147 3 135 106 133 122 168 156 4 129 127 141 126 163 142 5 132 122 138 106 155 157 圖 57 試驗板材固溶處理前后維氏硬度值變化曲線 → 母 材區(qū) ← → 焊縫邊緣區(qū) ← → 焊縫區(qū) ← SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 由表 52 和 圖 57 所示可以看出，與固溶處理前相比，在 1050℃ 固溶處理后，試驗板材的焊縫區(qū)及焊接邊緣區(qū)硬度均有明顯下降。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力，從而材料的硬度值趨于下降。通過分析試驗中測得的試樣板材各部分的維氏硬度值可以看出，焊縫邊緣區(qū)域的硬度值較焊縫區(qū)域硬度值較低一些。在理論上，焊接后板材的各項力學性能應不低于焊接前的水平，這樣才能保障焊接工藝的有效性。試驗中的觀測數(shù)據(jù)很好的證明了這一點，焊接區(qū)域的硬度值略大于焊縫邊緣區(qū)域，說明試驗板材焊接工藝的有 效性和焊接過程的可靠性。 ER2209 型不銹鋼焊條很好地滿足了 2205 雙相不銹鋼的焊接要求，試驗的焊接工藝能夠在工業(yè)焊接領域得以有效應用。 實驗環(huán)境要求 (1)實驗一般在 10℃ ～ 35℃ 室溫下進行，對于溫度要求嚴格的實驗室為 23℃ ； (2)在穩(wěn)固的基礎上水平安裝維氏硬度計； (3)整個環(huán)境無振動，無腐蝕介質(zhì)，相對濕度 65%。 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 頭力學性能、熱處理工藝、顯微組織結(jié)構(gòu)、硬度等進行了細致的理論分析和試驗研究。從試驗研究過程中可以看出雙相不銹鋼板材的焊接工藝極為重要，良好的焊接工藝往往是保障接頭力學性能的關(guān)鍵因素。試樣焊接前后，一定要嚴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。 材料熱處理前后硬度的變化與固溶和人工時效時金相的變化有關(guān)。在時效過程中鐵素體會發(fā)生 δ→γ+σ 相變。時效溫度高時 σ相在 δ/γ相界和 δ相內(nèi)同時形核、生長；溫度低時則偏聚在 δ/γ相界生核，然后向 δ相內(nèi)生長。并且 σ相的形態(tài)會隨著溫度的不同而有所差別。溫 度高時， σ相易形成塊狀，此時材料硬度提高；溫度低時， σ相易形成片狀組織，此時材料硬度下降。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。 與 1050℃ 固溶處理相比，時效處理后材料的強度有明顯提高，但韌性降低。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。說明時效處理對材 料產(chǎn)生一定的強化作用。同時在1050℃ 固溶處理后，試樣材料的硬度也趨于下降。說明固溶處理過程很好地消除了焊接時的熱應力影響，固溶處理 強化了固溶體，提高了板材的韌性。 這些對雙相不銹鋼在工業(yè)生產(chǎn)的不同領域的應用提供了良好的指導作用。 在試驗過程中通過對試樣板材的研究分析發(fā)現(xiàn)部分試樣板材也存在著以下問題：焊接出現(xiàn)熱裂紋和冷裂紋、應力腐蝕、點蝕，固溶熱處理后出現(xiàn) δ 相脆化現(xiàn)象。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。 (1)焊接裂紋的出現(xiàn)是因為焊接母材中 Si、 C、 P 等元素含量偏高，由于這些雜質(zhì)的存在， 焊縫金屬在結(jié)晶后期抗裂紋能力下降，同時在熱變形的拉應力作用SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 下使焊縫金屬在結(jié)晶后期出現(xiàn)開裂。這些裂紋可以通過焊后不同的熱處理以消除殘余應力得到很好解決。 (2) 應力腐蝕、點蝕的出現(xiàn)主要與選擇的焊條有關(guān)。由于不銹鋼焊接時一般要求焊條與母材元素接近，但焊條與母材總存在一定的差異，所以在焊接時由于不同元素的從新分配就會在焊縫邊緣出現(xiàn)一定程度的應力腐蝕和點蝕。合理選擇焊條，盡可能保證焊條與母材元素的一致性可以減輕腐蝕的出現(xiàn)。 (3) δ 相脆化現(xiàn)象在工業(yè)應用中也應極力避免，這往往是危害雙相不銹鋼使用安全的首要因素。雙 相不銹鋼在 400850℃ 長時間受熱時會形成一種 FeCr 金屬間化合物，是一種既脆又硬的相，這會使不銹鋼的強度降低。 δ 相脆化主要與母材中的 Cr 含量有關(guān)，當 Cr 含量高時，容易產(chǎn)生。而雙相不銹鋼的 Cr 含量一般較高所以在 400850℃ 溫度范圍是極易出現(xiàn)脆化現(xiàn)象。為了減輕 δ 相脆化現(xiàn)象，在不銹鋼原料生產(chǎn)過程中應盡力避免在脆化溫度范圍內(nèi)進行熱處理操作，或縮短該溫度范圍內(nèi)的熱處理時間。 雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼相比，在抗晶間腐蝕、點蝕、間隙腐蝕，特別是抗氯化物導致的應力腐蝕開裂方面具有絕對的優(yōu)勢，而且具有良好的力學性能 ，應用前景廣闊。從國內(nèi)外多種研究中可以看出，雙相不銹鋼正在被廣泛的應用于工業(yè)生產(chǎn)的諸多領域。隨著雙相不銹鋼應用的不斷增長，雙相不銹鋼的生產(chǎn)工藝、焊接技術(shù)、熱處理等工藝技術(shù)也在持續(xù)的發(fā)展中。在雙相不銹鋼發(fā)展動向中 值得關(guān)注的是低合金含錳雙相不銹鋼的開發(fā)。近十年來有關(guān)國家如美國、南非等研究以錳代鎳雙相不銹鋼的開發(fā)，近年瑞典開發(fā)的低錳低鎳雙相不銹鋼則比較成熟，目標明確，為了節(jié)鎳以取代用途很廣的 304，甚至能代替價格與 304 相當，但使用并不廣的 2304 雙相不銹鋼，有實際推廣的價值 [12]。隨著雙相不銹鋼的發(fā)展和應用， 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。 SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 致 謝 參考文獻 [1] 高娃，羅建民，楊建君，等．雙相不銹鋼的研究進展及其應用 [J]．兵器材料科學與工程，2020(03)： 14 [2] 康利梅．雙相不銹鋼的發(fā)展及應用綜述 [J]．科技廣場， 2020(08) ： 1518 [3] 英若采．熔焊原理及金屬材料焊接 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2020(03) ： 102111 [4] 劉政軍 ， 徐德昆 等．不銹 鋼焊接及質(zhì)量控制 [M].北京：化學工業(yè)出版社， 2020(05)： 2539 [5] 張文華．不銹鋼及其熱處理 [M].遼寧：遼寧科學技術(shù)出版社， 2020（ 05）： 1218 [6] 王先逵 ．材料及其熱處理 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2020（ 06）： 3350 [7] 遲澤浩一朗 著 王昆 譯 . 不銹鋼 耐蝕鋼的發(fā)展 [M].北京： 冶金工業(yè)出版社 ， 2020（ 04）：21 [8] 嚴彪 等．不銹鋼手冊 [M]. 北京： 化學工業(yè)出版社 ， 2020（ 10）： 2130 [9] 中國二十冶集團有限公司 編． 寶鋼股份 不銹鋼事業(yè)部冷 Ⅳ 標工程施工技術(shù) [M] .上海：同濟大學出版社 ， 2020（ 02）： 2536 [10] 姜越．馬氏體時效處理極其性能 [M]．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社 2020（ 05）： 318 [11] 李維鉞 ．中外不銹鋼和耐熱鋼速查手冊 [M]．北京：機械工業(yè)版社， 2020（ 04）： 1425 [12] 曼德里 著， 李晶 ，黃運華譯．高氮鋼和不銹鋼 ——生產(chǎn)、性能與應用 [M].北京：化學工SAF2205 雙相不銹鋼焊接、熱處理、金相分析 _畢業(yè)論文 業(yè)出版社， 2020（ 01）： 1215 [13] 施平．機械工程專業(yè)英語 [M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社， 2020（ 07）： 5567 [14] Feerenc Fures of Hydraulic power Transmission[c] .NewYork [15] 雒設計 .王榮熱處理工藝對 22Cr 雙相不銹鋼拉伸性能的影響 [J]機械工程材料 2020(10):3560 [16] Henrik, Sieurin, Rolf Sand strom. S igm a phase precip itat ion in dup lex sta in less steel 2205 [ J] . Materials scien ce and engineerin [17] Miao L D。Zhang Y。Wang Z Y Electrochemical extraction and the analysis of intermetallic phases and nitrides in tempered duplex stainless steels 2020(02) [18] Michalska J。Sozanska M Qualtative and quantitative analysis of α and χ phases in 2205 duplex stainless steel 2020 [ 19] Henrik, Sieurin, Rolf Sand strom. Sigm a phase precip itat ion in dup lex sta in less steel 2205 [ J] . Materials science and engin eering 2020,( A444) : 271 276. [ 20 ] LwengK, ChenH R, Yang J R. The low tem peratu re ageing embritt lem en t in 2205 dup lex stain less steel[ J] . M aterials science and engineering, 2020, ( 379) : 119 132.