SAF2205双相不锈钢的焊接

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摘要：结合多年的生产经验，指出了saf2205双相不锈钢焊接的关键是平衡焊缝金属中的F/A比，分析了焊接各因素对F/A比的影响、SAF2205双相不锈钢的脆化等，给出相应的控制措施。

关键词：SAF2205 双相不锈钢

中图分类号：TF764文献标识码： A

1引言

SAF2205钢是超低碳的奥氏体―铁素体不锈钢，也就是双相不锈钢，在金属金相组织中铁素体F与奥氏体A的含量各占约50％，在其固溶组织中一般较少相的含量也要达到30％。该类钢的焊接性能与奥氏体不锈钢相比，焊缝的热裂倾向低，与铁素体不锈钢相比，焊接接头焊后状态脆化程度低，而且比HAZ中单相铁素体相的粗化程度也较低。所以，它兼备了奥氏体和铁素体不锈钢两者的优点：①具有奥氏体不锈钢的良好的韧性、强度和焊接性，其中屈服强度可达普通不锈钢的2倍；②具有铁素体不锈钢较高的强度和耐氯化物腐蚀的性能。优良的耐中性氯化物应力腐蚀性能远远超过18―8型不锈钢，并具有良好的抗孔蚀和焊缝腐蚀能力；③该类钢中的含镍量约为4～6％，仅为18―8钢的一半。如果能大量使用，可以节约镍资源。因而，双相不锈钢在石油化工、海水与废水处理、输油输气管道等领域获得越来越广泛的应用。

2焊接因素的影响

双相不锈钢中的主要成分为Cr、Ni、Mo和N。其中Cr和Mo是铁素体形成元素，而Ni和N是稳定奥氏体元素，合金成分保证了它的F十A双相组织，在焊接过程中，随着温度的升高，奥氏体逐步转化成铁素体，至金属熔化后结晶所生成的金相组织的体积分数为100％的铁素体，随后的冷却过程中，铁素体又会转化成奥氏体，但由于焊接热循环的快速性和短暂性，往往来不及发生奥氏体的析出，加上合金元素N的损失作用，导致焊缝金属中铁素体占绝对优势，这样的焊缝金属不仅耐腐蚀性能低下，而且塑性也不良。因此，双相不锈钢焊接的关键是平衡焊缝金属中的F／A比。以此作为焊接时的指导思想，本着适用、经济、高效的原则去确定了焊接工艺。

2.1 焊接材料

焊接过程中，焊接热循环非常快，从热动力学角度来看，焊缝金属达不到平衡状态，用与母材化学成分相同的填充材料焊接就会获得A过高的焊缝金属。因此应该选择比母材具有更高F形成元素的填充材料，通常是增加焊材中Ni和N的含量，来提高焊缝金属中F相的比例。而为了保证焊缝具有与母材相当的耐蚀性，填充材料中的主要耐蚀元素含量应与母材相当。因此，对比SAF2205双相不锈钢的化学成分，推荐使用瑞典阿维斯塔公司生产的焊材：焊条E2205,焊丝：E2209。

2.2 焊接热输入冷却速度

焊接双相不锈钢时，热输入和冷却速度是两个主要参数。焊接热输入对焊接效率、焊缝成形及焊接接头的质量有很大影响，对焊接接头质量的影响表现在：小的热输入造成冷却速度快，使焊缝金属的F相含量增加；过大的热输入造成焊缝过热，导致大晶粒铁素体形成，这样就很难保持和恢复双相不锈钢的优良性能。对热影响区的质量的影响表现在：焊接时的高温热循环虽然只有数秒，但其中的奥氏体已能够完全转换为铁素体，在随后快速的不平衡冷却过程中，铁素体向奥氏体的转变必然也是不平衡的。如果采用高的热输入，则可以降低冷却速度，促进铁素体向奥氏体的转变，从而增加热影响区的奥氏体含量，增加焊接接头的性能。当然如果热输入太高，会析出金属相化合物――σ相，产生脆化．

冷却速度快，不仅会增加焊缝金属中的F相含量，当速度极快时，由于氮的溶解度迅速下降，这样便会形成氮化铬，造成贫铬，使焊缝的耐蚀性下降，因此必须避免采用过低的焊接热输入焊接大厚件结构．

因此，在焊接过程中，除选用合适的热输入，还要控制以下几点：① 层间温度控制在80～200℃。焊接时，尽量采用多层多道焊。②焊接时尽量选用较小的热输入量，即在保证焊接质量的前提下采用小的焊接电流和较快的焊接速度；③接触介质的焊缝要先焊，使最后一道焊缝移至非接触介质面。这样利用后道焊缝对先焊焊缝进行一次热处理，使焊缝和热影响区的单相铁素体组织部分转为奥氏体组织。

2.3σ相脆化和475℃脆化

SAF2205钢的σ相脆化是在550～650℃区间保温时出现的片状Fe3CrMo2Si2金属相的沿品间脆性断裂；在800～900℃区间保温时在奥氏体与铁素体相界和铁素体内出现的σ相造成的脆化。

SAF2205钢在400～500℃区间长期工作时，也会出现强度升高，韧性下降的现象。因此，在使用时应尽量避免在此温度范围内长期工作。

焊接时为了减少σ相脆化和475℃脆化，应进行980℃固熔处理，获得奥氏体―铁素体双相组织的不锈钢。

2.4 GTAW焊接时的保护气体

SAF2205双相不锈钢是N合金化的，在GTAW通常的纯Ar作为电弧保护气体焊接下，焊缝表面N损失是不可避免的，为防止N损失，可在Ar中加入1％～2％的N2，保护气体中的N导致焊缝熔敷金属的吸N，能使A的比例增加并使其稳定。但过高的N2添加，会改变气体的性质而造成钨极的烧损，并容易产生焊缝气孔。推荐采用Ar十2％N2作为电弧保护气体，气体性质为惰性，且可提高电弧刚度，利于熔透。

为了获得纯净的焊缝，焊接双相不锈钢一定要采用根部气体保护。纯Ar作为根部保护气体焊接时，根部焊道和距熔合线1mm以内的母材表面会损失N，使该区域耐蚀性性下降，考虑到N是极好的奥氏体稳定剂，纯N2对于GTAW无影响且极具经济性，推荐采用100％N2作为根部保护气体。

3 结论

(1)双相不锈钢焊接的关键是平衡焊缝金属中的F／A比，焊缝合金成分和对焊接热输入及层间温度的控制是焊接双相不锈钢的基本的要点。

（2） 通常采用增加焊材中Ni和N的含量，来提高焊缝金属中F相的比例。

（3） 优先采用多层多道焊；优先采用较小的热输入，但要控制冷却速度，层间温度控制在80～200℃。

（4）避免在产生脆化相的温度区间内长期使用。如出现脆化相，可采用980℃固熔处理。

（5） GTAW焊接时，电弧的保护气推荐采用Ar十2％N2，根部保护气体推荐采用100％N2。

参考文献

1SANDVIK双相不锈钢焊接技术资料．

2任家烈，吴爱萍．先进材料的连接．北京：机械工业出版社，2000

3张其枢，堵田庭．不锈钢焊接．北京：机械工业出版社，2000