引言

 

双向不锈钢是指具有铁素体和奥氏体双相组织的金相组织的不锈钢。铁素体和奥氏体在固溶组织中的比例约为50%，少相含量一般在30%以上。金相组织决定了铁素体-奥氏体双相不锈钢的性能介于铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢之间。它具有两种不锈钢的优点。它不仅具有良好的塑性、韧性、耐腐蚀性和焊接性，而且比其他类型的不锈钢具有更强的抗晶间腐蚀能力，因此广泛应用于能源、化工、制药、造纸、海水淡化等领域。

 

1双相不锈钢的焊接性

 

S32205双相不锈钢的主要合金元素约为Cr22%、5%的Ni、3%钼和0.15%N。为了保证性能，一般采用固溶处理作为交货状态。在正常交货状态下，其显微组织约为50%的铁素体和50%的奥氏体，因此冷裂纹往往较小。双相不锈钢S32205焊接时，最薄弱的区域是热影响区。与母材和焊缝区相比，热影响区含有较多的铁素体，降低了耐腐蚀性，增加了氢裂纹的可能性。双相不锈钢S3205含有50%的铁素体，因此在铁素体中也存在475℃的脆性和沉淀σ脆化的可能性，但与铁素体不锈钢相比，可能性大大降低。

 

双相不锈钢焊接要点分析

 

1)焊接时，为了获得更好的焊接质量，在保证焊接接头良好熔合的前提下，尽量选择较小的焊接电流和焊接电压，焊接速度更快，焊接部位可以快速冷却，快速跳过450-850℃的范围。2)为防止晶粒过度生长，尽量采用多层多通道焊接的操作方法，同时采用直线运线的方法，尽量不要横向摆动，层间用温度计监测，不超过100℃。3)与奥氏体不锈钢不同，与腐蚀介质接触的焊缝应先焊接，最后与腐蚀接触介质不接触。其目的是利用后焊缝的热量对先焊缝进行热处理，从而提高与腐蚀介质接触的焊缝的性能。

 

2.S32205焊接工艺

 

根据工程施工需要，根据ASMEIX和ASMEB31.3的要求，制定了S32205双相不锈钢焊接工艺。

 

（1）母材

 

双相不锈钢在C含量较低的情况下，Cr含量为18%~28%，Ni含量为3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素，本文介绍的工艺采用UNSS3205钢管，厚度3.91mm，管径2in(1in=25.4mm）。根据ASTMA790的规定，其化学成分和力学性能如表11所示、如表2所示。S32205双相不锈钢含碳量低于0.03%，属于超低碳不锈钢。超低碳含量可以提高材料的焊接性能，降低碳化物在晶界沉淀的倾向，提高晶间的耐腐蚀性。氮的加入可以提高焊接后金属的耐腐蚀性，提高焊缝的力学性能，促进双相组织的形成，平衡两相的比例。高含量的铬和钼可以提高钢的耐腐蚀性。

 

(2)焊材的选择

 

选择合适的焊接材料可以控制焊后组织铁素体和奥氏体的比例，使两相比例合理，获得力学性能大于等于母材的焊接接头。对比焊接材料采用BOHLER公司ER2594焊丝，直径为1.6〜2.4mm。选择的主要原因是ER2594焊丝化学成分中镍含量相对高于母材，可促进焊后快速冷却过程中奥氏体的形成，稳定两相比例。如果只选择与母材成分相同的焊接材料，焊缝中铁素体的含量较高。

 

(3)预热、热输入和层间温度

 

双相不锈钢依靠合理的双相比例来发挥性能。焊接后，铁素体和奥氏体应保持合理的比例。焊接一般采用小热输入和快速焊接的方法，容易使焊缝冷却速度过快。如果高温铁素体向奥氏体转化时间过短，焊缝和热影响区会产生过多的铁素体组织，而奥氏体组织不足会降低双相不锈钢的耐腐蚀性和焊接接头的韧性。因此，母材的预热温度应≥10℃，室温可在沙特吉赞项目常年高温环境下进行。如果选择较大的热输入量，冷却速度过慢会使铁素体晶粒粗大，产生金属间相，也会降低接头的韧性和耐腐蚀性。多次焊接时，应控制层间温度。层间温度过大会导致热量积累、加热区域增大、热影响区域变宽，导致晶粒粗大，降低强度和韧性。焊道层间温度应控制在58℃以下。

 

(4)焊接工艺

 

气体保护钨极氩弧焊（GTAW），保护气体采用98%Ar和2%N2的混合气体，纯氩气保护焊丝熔化产生熔池中的氮气，形成氮气逸出。上述氮气可以增加奥氏体相含量，平衡铁素体和奥氏体的比例，加入1%~5%氮气的混合保护气体具有良好的工艺性，尤其是根焊，氮气保护尤为重要。当混合气体中氮气含量超过5%时，钨容易烧伤，导致电弧不稳定。因此，98%的选择Ar+2%N2混合保护气体钨极氩弧焊。

 

焊接时保持背部充满保护气体，背部充满保护气体后氧气含量应低于0.05%。焊接电流为70~110A，电弧电压为10~16V，焊接速度为40~95mm/min，层间温度＜焊接工艺为58℃。焊接头根部焊道采用焊接头根部焊道。ϕ2.4mm焊丝打底，填充及盖面层焊道使用ϕ1.6〜ϕ2.4mm的焊丝打底。热输入量应小，不得超过工艺规程中热输入量的要求，填充和盖面时的热输入量不得高于打底时的热输入量。

 

(5)焊缝组织和力学性能

 

在S32205不锈钢焊后凝固过程中，铁素体组织先凝固，然后随着温度的降低，一些铁素体开始在晶界转化为奥氏体，并在铁素体晶体中生长。焊后腐蚀试验组织如图3所示。试验结果表明，铁素体的比例为42.5%±7%，组织比例符合要求。焊缝和热影响区的机械性能试验结果显示，最小抗拉强度为858MPa，弯曲试验结果合格，最大硬度为265.2HBW，在-20℃下焊缝处的KV=35~45J，热影响区KV=48~55J，机械性能优于母材，符合标准。

 

结束语

 

铁素体-奥氏体双相不锈钢是目前广泛使用的不锈钢材料之一。S32025双相不锈钢不仅具有结构强度高、抗疲劳强度高的特点，而且具有良好的低温韧性、耐孔蚀性和对应力腐蚀裂纹不敏感的特点。对此，详细介绍了双相不锈钢焊接工艺及相关注意事项。