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摘要：双相钢是指金属金相组织中铁素体和奥氏体各占50%的不锈钢，所以它兼备奥氏体不锈钢的优良韧性和良好的焊接性与铁素体不锈钢较高的强度和耐氯化物腐蚀的性能。近年来，双相钢应用范围不断扩大。
关键词：双相钢；热影响区；线能量
由于社会经济的不断发展，双相钢开始逐渐扩大应用范围，逐渐被运用到如石油、化工、天然气、造纸等领域，也会被运用到能源交通和民用工程中。双相钢是一种具有一半奥氏体和一半铁素体的金属金相组织，具有铁素体和奥氏体的双重特点，并且韧性高、温度低，同时也具有焊接性能良好、热膨胀系数小及导热系数高等优势。
一、双相钢简介
双相钢（dual-phase，简称DP钢），又称复相钢。由马氏体、奥氏体或贝氏体与铁素体基体两相组织构成的钢。一般将铁素体与奥氏体相组织组成的钢称为双相不锈钢，将铁素体与马氏体相组织组成的钢称为双相钢。双相钢是低碳钢或低合金高强度钢经临界区热处理或控制轧制后而获得。典型的双相钢屈服强度σs为310MPa，拉伸强度σb为655MPa。双相钢用于制造冷冲、深拉成型的复杂构件，也可用作管线钢、链条、冷拔钢丝、预应力钢筋等。同时，这类钢具有高强度和高延性的良好配合，已成为一种强度高、成形性好的新型冲压用钢。
二、双相不锈钢的焊接特点
由于双相不锈钢特殊的合金成分和相结构，其焊接性兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的优点，并克服了二者的不足，双相不锈钢的主要焊接特点为：
1、双相组织的形成，阻止了奥氏体晶粒的长大，打乱了柱状晶的方向性，增加了晶界面积。同时铁素体相可降低相间的界面能，使残余的低熔点液相接触角增大，阻碍其润湿展开，并且可溶解较多的S和P。因此，对热裂纹的敏感性要比奥氏体不锈钢小得多。
2、对冷裂纹的敏感性比一般的低合金高强钢也小得多。
3、双相不锈钢焊接的主要问题不在焊缝，而是在热影响区，热影响区的组织主要取决于合金成分及焊接热循环。
4、双相不锈钢含有较多的合金元素，焊接过程易产生金属间相、碳氮化合物，这些相或化合物的产生均会影响焊接接头的力学和耐腐蚀性能，其中脆性相是最危险的一种。
5、双相不锈钢含有近50%的铁素体，保持了铁素体不锈钢475℃脆性及导热系数高等特点，但不如铁素体不锈钢那样明显。
6、双相不锈钢焊接的关键是要在接头中保持理想的双相比例，尤其是要保持热影响区的相比例。对焊缝金属区，使奥氏体的含量占优是双相不锈钢焊接发展的趋势。
7、双相不锈钢的焊接，一般焊前不需要预热，焊后不需要热处理。
三、焊接性能与工艺研究
1、双相不锈钢焊接机理。焊接是一个冶金过程，双相不锈钢的焊接质量，决定于其焊缝和热影响区的铁素体和奥氏体含量的平衡和两相组织的均匀性。在焊接过程中，金属从熔融到冷却，从凝固点到1200℃为铁素体组织；1200～800℃奥氏体从铁素体中析出；800～475℃将可能有中间相（σ相、碳化物、氮化物）析出。因此，焊接线能量的输入大小，直接影响着焊缝和热影响区中铁素体的含量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆线能量太小，不利于奥氏体析出；线能量太大，会引起合金元素Cr、Ni、Mo的烧损，导致材料的耐腐蚀性能下降、机械性能劣化，不能得到良好的相组织，更容易析出中间相。
焊接热循环的最高温度和快速冷却可促使双相不锈钢组织铁素体化，由于δ铁素体含量的增加导致了冲击韧性和耐蚀性降低。因此，选择合适的焊接工艺参数十分重要。
与奥氏体不锈钢的焊接相比，双相不锈钢的焊接对污染更敏感，特别是对湿气和水分。任何类型的油污、油脂和水分等污染物都会影响材料的抗腐蚀性及力学性能，因此在焊接前要对材料严格清理。双相不锈钢的焊接接头形式应预先经过充分地准备，如采用热加工方法切割坡口，应将坡口表面打磨至露出金属光泽，并对坡口表面进行渗透检测，焊接坡口最好采用机械加工。通常，双相不锈钢的焊接不采用预热，因预热会降低焊接热影响区的冷却速度。当然，预热对降低钢材表面的湿气是有益的，当采用预热的方法降低湿气时，首先必须清理焊接表面，然后均匀地加热到95℃。如果焊缝的冷却速度太快，使焊接热影响区的铁素体含量增加太大时，采用预热是有意义的。例如，将薄板焊接到厚板上和容器上焊接衬垫等情况下冷却速度较快，可考虑预热。
与奥氏体钢相比，双相不锈钢具有导热性好和热膨胀系数低的特点，因此不会产生很大的残余应力，具有更高的抵抗热裂纹的能力，故双相不锈钢可采用较大线能量焊接，最大的层间温度为150℃。在实际焊接中，必须保证层间温度不高于工艺试验设定的层间温度。当焊接量很大时，应合理安排焊接顺序以保证焊缝层间有足够的冷却时间，这样既能保证层间温度，又能提高劳动生产率。焊接工艺评定的试板尺寸会影响冷却速度和层间温度，要注意焊接工艺评定确定的层间温度应比实际焊接时低。因此，工艺评定不能预测由于在实际中采用较高的层间温度而导致冷却速度降低的程度。
焊后不必热处理，双相不锈钢在300～1000℃对温度很敏感；在300～700℃进行消除应力处理会导致σ相析出而产生475℃脆化现象，引起韧性和抗腐蚀性降低；在700～1000℃进行应力消除处理，会导致金属间化合物的析出，也会引起韧性和抗腐蚀性的降低。
2、焊接工艺参数。试板材料：SAF2205。焊接材料：2205-PW。
焊接试板尺寸为400mm×125m m×6mm对接焊缝，坡口V形，焊接位置：平焊，焊接温度23℃（室温），层间温度小于150℃。
焊接设备为ZX5-400硅整流焊机，直流反接。
2205试样化学成分为：C为0.029％，S为0.001％，P为0.021％，Si为0.56％，Mn为1.02％，Cr为22.8％，Ni为5.37％，Mo为3.01％，N为0.13％。
2205试样力学性能为：屈服强度660MPa，抗拉强度815MPa，断后延伸率33.0％。
焊接完成后进行外观检查，不存在咬边、气孔、裂纹和夹渣等缺陷。焊缝余高0.8mm，按JB4730标准无损检测，照相质量AB级，Ⅱ级合格。
3、焊接接头的力学性能。根据JB47078《压力容器焊接工艺评定》标准加工试样，进行力学性能试验。拉伸试样2件，面弯、背弯各2件，焊缝和热影响区冲击试样各3件。
4、焊缝和热影响区的金相组织。研究结果表明，双相不锈钢焊缝中铁素体和奥氏体含量的平衡，对焊缝的力学性能和抗蚀性能有着重要的影响。因此，为了评估结构的工作性能，需测定焊缝的两相含量。采用铁素体检测仪检测焊缝、母材、热影响区的铁素体含量。
采用PME3金相显微镜，对焊接接头的焊缝区、热影响区和母材取样进行金相分析。对试样进行机械抛光，采用5%三氯化铁盐酸水溶液浸蚀。其显微组织分别如图1～3。
参考文献：
[1]张建勋.2205双相不锈钢的焊接性研究综述[J].焊管，2015，28（05）：6-10，89.
[2]刘靖涛.2205双相不锈钢的焊接[J].焊接技术，2014，30（06）：17-18.
论文作者:王超
论文发表刊物:《防护工程》2019年15期
论文发表时间:2019/12/3
标签：奥氏体论文; 不锈钢论文; 金相论文; 组织论文; 试样论文; 温度论文; 含量论文; 《防护工程》2019年15期论文;