固溶处理对S双相不锈钢焊缝组织和性能的影响

1、固溶处理对S双相不锈钢焊缝组织和性能的影响 作者： 日期：2 个人收集整理 勿做商业用途固溶处理对S32750双相不锈钢焊缝组织和性能的影响宋建新1、朱秋华1、谢飞2、徐奇1、袁胜11) 江苏武进不锈股份有限公司，江苏 常州 2131112) 常州大学，江苏 常州 213164摘要：采用金相显微观察、X射线衍射、极化曲线测试、机械性能测试等试验方法研究固溶热处理对S32750双相不锈钢焊接钢管焊缝性能、组织和相结构的影响规律.结果表明：固溶处理显著改善焊缝的低温冲击韧性与耐腐蚀能力；焊缝各区域处理前后的相结构类型一样，但铁素体、奥氏体相对含量有差异,这种差异对焊缝各区域本身耐蚀性影响不大。关键

2、词：双相不锈钢, 焊缝, 相结构， 机械性能, 耐腐蚀性能， 固溶处理前言S32750超级双相不锈钢相当于中国新国标牌号022Cr25Ni7Mo4N，欧标牌号X2CrNiMoN2574，1.4410等，因其高Cr、高Mo及含氮的成分特点，具有比普通双相钢更高的强度、抗点蚀、抗缝隙腐蚀和抗应力腐蚀开裂能力，且有比奥氏体不锈钢更低的热膨胀系数和更高的热导率,被应用于化工、石化、海水处理设备等。工程中使用的大口径双相不锈钢管大多是以焊接方式生产,焊缝质量的优劣是影响双相不锈钢焊管质量的重要因素。本文研究和评估固溶处理对S32750双相不锈钢焊接钢管焊缝组织和性能的影响规律,期望能为相关设计、生产提供

3、参考。1. 试验材料与方法1.1 试验材料的成分和性能试验材料采用进口的经过固溶处理的S32750钢板,其耐点蚀当量（PREN）为41.3，厚度12mm，化学成分及常规性能见表1和表2。表1 S32750钢板的化学成分(质量分数，%）Table 1 Chemical composition of S32750（mass fraction,)CMnPSSiNiCrMoNCu0。0110.8130。0270.0010.4756。5125.063.6720。260.162表2 S32750钢板的常规性能Table 2 Properties of S32750抗拉强度RmMPa屈服强度Rp0.2MPa

4、延伸率A腐蚀失重1)mdd低温冲击韧性Akv（46)J832655411.0432901）按照按照ASTMA923的C法,试验温度为40±1。1。2 焊接工艺S32750钢板焊缝制备工艺：以等离子焊打底焊接，再采用2.4mm的ER2594焊丝以氩弧焊的方法焊接2道，焊丝成分见表3，焊接示意图见图1。图1 焊接示意图表3 ER2594焊丝的化学成分（质量分数,%）Table 3 Chemical composition of ER2594(mass fraction，%）CMnPSSiNiCrMoNCuNb+TaW0。0110。880。0230.0010。329。7725。463.67

5、20。2360.610。010.491.3 试验方法焊接后的试板分为两组,一组直接进入后续试验，另一组进行固溶+水冷处理，固溶温度为1080。采用CHT4万能试验机进行室温拉伸试验；在JB-300B型冲击试验机上进行46低温冲击试验，试验按照ASTM A370标准执行，试验尺寸为10×10×55mm，V型缺口。采用金相显微镜观察焊缝热处理前后的组织，以X射线衍射仪分析焊缝三个区域的相结构特性（Cu靶，Ka，100mA靶电流)。按ASTMA923的C法的化学浸泡法和电化学方法测定焊缝试板（含焊缝及部分基体）固溶前后的耐孔蚀性能；测试焊缝不同部位（图2中1、2、3位置）分别在2

6、种腐蚀溶液（1。0mol/L的NaCl、0.2mol/L的H2SO4）中的极化曲线，扫描速率：1mV/s。图2 焊缝取样的三个部位2 试验结果及分析2.1组织图3给出了焊缝不同区域固溶处理前后的显微组织。固溶处理前，焊缝不同区域奥氏体相对量较低，也较细小,在有的区域甚至以非常细小的颗粒状存在。这主要是因为焊缝凝固后由高温快速冷却，使得高温铁素体难以向奥氏体转变.因为奥氏体向铁素体相的转变属于扩散控制的转变过程，焊接后的快速冷却无法使相变达到平衡状态。【1】固溶处理后奥氏体相对量显著增加，但在形态、大小及分布上与母材的存在较大差异，有的为针状或羽毛状（见图3b、3d、3f、3h）。较之母材（见图

7、4a和4b)，焊缝组织整体较粗大。图3c氩弧焊和图3g等离子两种焊接工艺未固溶处理的焊接热影响区(HAZ）大小有显著的区别。氩弧焊相对于等离子焊接工艺有相对较小的热输入，因此氩弧焊的热影响区比等离子焊的小。此外，HAZ的相比例与焊接热输入有密切关系，采用高热输入焊接时，HAZ在高温停留的时间较长，有利于FA转变。【2】同样，图3a氩弧焊和图3e等离子焊接工艺未固溶处理的焊缝，由于热输入的不同，其A含量显著不同，而在固溶处理后这种差别变小，见图3b和图3f,但是奥氏体相尺寸有所不同。双相不锈钢的焊接主要是控制焊后热影响区具有合适的相比例，防止融合线和热影响区出现单相铁素体组织或出现有害相析出而导

8、致双相不锈钢性能的下降和优良性能的丧失。3焊后固溶处理可以有效地调整焊缝和HAZ的相比例及相组成.图3与母材固溶处理前后的显微组织(见图4）存在很大差异。母材固溶处理前后组织基本无区别（见图4),是由于焊接板材焊接前经过固溶处理。 (3a)氩弧焊焊缝固溶前 （3b）氩弧焊焊缝固溶后 （3c）氩弧焊热影响区固溶前 （3d）氩弧焊热影响区固溶后 （3e）等离子焊焊缝固溶前 （3f)等离子焊焊缝固溶后 （3g）等离子焊焊缝热影响区固溶前 （3h)等离子焊焊缝热影响区固溶后图3 焊缝不同区域固溶处理前后的显微组织 （4a）母材固溶前显微组织 （4b)母材固溶后显微组织2.2相结构图5给出了焊缝不同位置

9、固溶处理前后的X射线衍射结果。由图可见，虽然焊缝三区域固溶前的相结构类型与固溶后的一样，均为铁素体+奥氏体，没有发现s相，但由衍射峰相对强度可知，固溶前后两相的相对含量不同，固溶处理后，焊缝三区域铁素体含量降低。在焊缝1区表现尤为突出（图5a），这是由于焊缝2区和3区的组织都接受了二次循环加热，促使奥氏体相的进一步形成，而焊缝1区没有经过二次热循环加热，在焊后冷却过程中奥氏体相未能充分析出长大。固溶处理之后，三个区域的铁素体、奥氏体相对含量差异大大减小，与基体（参见图6）的铁素体、奥氏体相对含量差异同样降低。衍射结果与金相观察结果一致。 (5a）焊缝1区固溶前 （5b）焊缝1区固溶后（5c)焊

10、缝2区固溶前 （5d）焊缝2区固溶后(5e)焊缝3区固溶前 （5f）焊缝3区固溶后图5 焊缝三区域固溶前后的XRD结果图6基体的XRD结果2。3力学性能表4 固溶前后的力学性能状态抗拉强度RmMPa屈服强度Rp0。2MPa延伸率A低温冲击Akv（-46)J母材焊缝HAZ未固溶88588572570530301802001801008692160120140固溶8758706856703435170180234142134142140146143请在备注中给出HAZ冲击缺口位置，距离焊缝熔合线的距离 S32750焊接常温试样拉伸试验及低温冲击试验结果如表4所示。固溶前试样的屈服强度、抗拉强度略高

11、于固溶后的数值，延伸率则略低于固溶后的数值。固溶处理较提高焊缝的低温冲击韧性,但对母材和焊缝热影响区低温冲击功影响不大。2.4 耐蚀性图7、8分别给出了焊缝的1、2、3三个区域固溶前后在1。0 mol/L NaCl溶液和0。2 mol/L H2SO4 溶液两种腐蚀介质中的极化曲线。由图可见在同样腐蚀液中，固溶前后焊缝三区域本身的极化曲线差别甚微,这表明当焊接工艺控制得当,焊缝中无s相析出时，固溶对焊缝本身的耐蚀性影响较小。按照按照ASTMA923的C法，试验温度为40±1，对包含母材、热影响区(HAZ）和焊缝的焊接试样，未固溶处理时在FeCl3溶液中的腐蚀失重为20.20mdd，经过

12、固溶处理后，其腐蚀失重为0.344mdd，未固溶的焊缝试样的腐蚀量约是固溶后60倍.（一）、1。0 mol/L NaCl溶液图7 NaCl溶液焊缝1、2、3区（二)0.2 mol/L H2SO4溶液图8 H2SO4溶液焊缝1、2、3区 3 结论 1） 采用本文焊接工艺制备的焊缝，其各区域固溶前后的相结构类型相同,其相含量存在差异，未发现相析出；固溶处理可使铁素体与奥氏体含量趋于平衡态，并改善各相形态与分布。 2） 固溶处理可以较大程度提高焊缝的低温冲击韧性.3) 在1.0 mol/LNaCl溶液和0。2 mol/LH2SO4溶液测试焊缝的极化曲线,通过采用电化学方法考察其耐腐蚀性能，结果表明，固溶处理对焊缝各区域的耐蚀性影响不大,但可以显著提高包含母材、热影