双相不锈钢S31803埋弧焊焊接接头组织和性能测试分析

  浙江至德钢业有限公司对双相不锈钢S31803埋弧焊焊接接头组织和性能进行了测试分析。结果表明该钢对热裂纹、冷裂的敏感性小，量突出的问题是保证其焊接接头的相比饲，藏少金曩同相的产生；埋弧焊时，采用合适的焊接线能量，并控恻层置，焊缝组织状态为奥氏体+44%～46%铁素体+少量第三相．热影响区组织为奥氏体+46%～47%铁素体+少量第三相，保证了焊接接头的力学性能和耐蚀性。    

  双相不锈钢即钢材的金相组织为奥氏体+铁素体，两项组织约各占50%左右，在其固溶组织中，一般较少组织相的含量也要达到30%。正是因为双相不锈钢具有两相组织的特点，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离子腐蚀的能力，还具有良好耐点蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀和晶间腐蚀的能力，因此，双相不锈钢在海洋工程，造纸、化学等行业具有广泛的应用前景,所以，研究双相不锈钢的焊接工艺，特别是一种高效率、高质量的埋弧焊焊接工艺，对双相不锈钢的应用具有很重要的意义。

一、双相不锈钢S31803的焊接性分析

    双相不锈钢S31803含镍量不高，易形成低熔点的共晶体的杂质极少，不易形成低熔点液膜，同时，双相不锈钢保留了铁素体不锈钢导热系数高，膨胀系数小的性能，所以，双相不锈钢S31803对热裂纹的敏感性比奥氏体不锈钢小。另外，由于具有50%左右的奥氏体组织，所以，双相不锈钢S31803的韧性高，产生冷裂的倾向也比较小。

    双相不锈钢焊接接头的力学性能和耐蚀性能取决于焊接接头的相比例，因此，双相不锈钢焊接最突出的问题应该是如何保证焊接接头的相比例(一般铁素体含量不少于30%)，减少金属间相的产生。而相比例除了受合金元素的影响外，焊接时的热循环对相比例及金属间相的产生影响非常大。因此，在正确选择焊材的前提下，选择合理的焊接参数，控制层间温度、冷却速度等显得尤为重要p41。

   双相不锈钢焊接时，焊接线能量太大或太小都不合适，一般控制在0.5～2.5 kj/cm。线能量太小．冷却速度过快，焊缝及热影响区会产生过多的铁素体和氯化物，从而降低焊接接头的耐腐蚀抗力和韧性；线能量太大，工件的冷却速度过慢，焊缝及热影响区会产生过多的奥氏体组织，另外由于高温停留时间长，会析出金属间相，降低焊接接头的耐腐蚀性和韧性,此外，焊接时，线能量和层间温度要根据焊件的壁厚和环境温度做出适当的调整。

    双相不锈钢S31803对锈，油等杂物比奥氏体不锈钢敏感，焊接时要特别注意防止铁离子污染。

二、焊接材料

    本次实验采用的板材和焊材分别由山西太钢不锈钢有限公司和ESAB提供。

    板材和埋弧焊丝的化学成分如表所示，力学性能如表所示。试板的尺寸为500mm x250mm×16mm．焊丝的规格为3.2 mm。

三、焊接工艺及参数

  1. 焊前准备

   焊接之前对坡口两侧30mm范围进行严格的除油、除锈。装配及坡口如图所示。

  2. 工艺要点及焊接参数

    严格控制层间温度在120℃以下，温度的测量点应在距焊缝边缘20mm处。每焊一层都要进行铁素体的测量。采用多层多道焊，减少高温停留时间，从而减少金属间相的析出。正面焊接完成后，反面采用碳弧气刨清根，然后再采用打磨方式清除至少3mm金属，以保证完全清除渗碳层。具体的焊接参数见表。

四、试板测试方法及结果

  1. 外观及射线检查

    经检验，试板表面无咬边、气孔、裂纹等缺陷，射线检查为I级合格。

  2. 拉伸试验

    拉伸试样尺寸按照JB4708-2000执行，拉伸试验结果见表。

  3. 弯曲试验

    弯曲试验采用侧弯，试验尺寸按照JB4708-2000执行，弯曲角度为180°，支轨间距为63mm，弯心直径为40mm弯曲后试样表面无裂纹。

  4. 冲击试验

    试样尺寸为10mmx10mmx 55mm，试验温度为-40℃，冲击试验结果见表。

  5. 金相检验

    金相试验按照ASTM A923-A执行，金相照片如图所示。

  6. 点蚀试验

    点蚀试验按照ASTM A923-C执行。采用6%氯化铁溶液，温度保持在22±1℃，浸泡24小时。浸泡后观察试样表面未出现腐蚀点，腐蚀率为0.008mg/(cm2d)。

五、实验结果分析

    从上述实验结果看，焊接接头的抗拉强度略高于母材，满足强度需求。弯曲试样的表面无裂纹产生，说明接头的完整性和延塑性良好。焊缝和热影响区在-40℃下的夏比冲击值远远高于ASTM A923标准中焊缝冲击功≥34J．热影响区冲击功≥54J的要求。因此焊接接头是满足力学性能要求的。

    另外，通过金相组织分析及组织测定，焊缝组织为奥氏体 4%～46%铁素体+少量第三相；热影响区组织为奥氏体+46%～47%铁紊体+少量第三相；母材组织为奥氏体+40%～42%铁素体。铁素体基本上都在45%左右，是双相不锈钢比较理想的一个组织状态嘲。这一点也通过点蚀试验得到了进一步的验证，点蚀试验的腐蚀宰满足ASTM A923-C中最大腐蚀率0.1 mg/(cmzd)的要求。

    1. 双相不锈钢S31803组织为奥氏体+40%~42%铁素体．对热裂纹的敏感性比奥氏体不锈钢小，冷裂的倾向较小，最突出的问题是保证焊接接头的相比例，减少金属间相的产生。

    2. 双相不锈钢S31803埋弧焊时，采用合适的焊接线能量，并控制层温，使焊接接头具有理想的组织状态，保证了接头的力学性能和耐蚀性能。

    3. 双相不锈钢对铁离子很敏感，一定要防护铁离子污染。