双相不锈钢不同焊接位置对接头焊缝区微观组织影响

浙江至德钢业有限公司通过分析双相不锈钢焊缝和热影响区微观组织，可以发现在不同焊接工艺下得到的接头晶粒大小会发生明显变化，这与晶粒生长机制有关。焊接过程中受到热作用时，晶粒尺寸随之变化。晶粒尺寸变化的驱动力是晶粒尺寸变化前后的总界面能差。颗粒细小的晶粒晶界多，其界面能高；反之颗粒粗大的晶粒晶界少，晶界能也低。所以当颗粒细小的晶粒长大成为颗粒粗大的晶粒，界面能会降低，在金属中界面能下降属自发过程。在微观情况下晶粒尺寸长大的过程需要通过晶界迁移来实现，所以只要能够影响晶界迁移则都会影响晶粒尺寸变化，这些影响因素主要有：

 1. 温度的影响

    所有能够发生晶界迁移的过程都是基于原子扩散的基础，而原子扩散主要由温度决定，所以相关区域受到热循环的最高温度越高，合金元素的原子扩散越剧烈，则晶粒长大速度就会越快。通常在某一临界温度以下，晶粒尺寸会随着温度的升高而不断增加直至长大到临界温度以下的最大尺寸值，之后便不再长大，但当温度超过临界温度时，随着温度的升高，晶粒尺寸又会继续长大；

 2. 合金元素及杂质的影响

   合金元素颗粒和杂质溶入基体组织后会造成钉扎作用，钉扎会阻碍晶界运动，特别是强烈铁素体化或奥氏体化合金元素会随着加热冷却过程迁移偏聚在晶内晶界，这种合金元素偏聚是钉扎的主要成因。通常认为偏聚在晶界的合金元素原子会降低晶界的界面能，从而降低了界面移动的驱动力，使晶界不易移动；

 3. 第二相粒子的影响

   在基体组织弥散强化的第二相粒子也会阻碍晶界移动。大量实验研究表明，第二相粒子在基体中的体积含量及半径对晶粒长大速度有影响。

  浙江至德钢业有限公司通过观察双相不锈钢焊接接头金相组织，对接头进行了微观组织分析、XRD分析以及接头各区域能谱测试，根据测试结果讨论了焊条合金元素、焊接位置以及热输入对接头微观组织的影响，得到了以下结论：

  a. 两种焊条得到的接头焊缝区以及热影响区都由奥氏体和铁素体两相组成，经XRD测试接头焊缝没有发现其他有害次生相，尤其危害最大的γ相；

  b. 所有接头都表现为焊缝区奥氏体含量最高，热影响区含量最低，母材含量居中，且母材奥氏体含量与铁素体含量接近，达到最佳的两相比；

  c. 在焊材相同的情况下，随着热输入的增加接头奥氏体含量整体呈上升趋势。由于焊条309MoL中镍元素含量远远高于母材和焊条E2209-16，使得焊条309MoL焊接得到的接头焊缝区奥氏体含量更多，但这种焊条焊接时随着热输入的增大，接头奥氏体含量变化并不明显。立焊位置的热输入较平焊位置的大，接头奥氏体含量更多；

  d. 由于采用三层三道焊，每层焊道的奥氏体组织形态各异。冷却时在铁素体晶界优先析出奥氏体，这些从铁素体晶界析出的奥氏体在重复热输入的作用下不断顺着晶界长大，最后连成网状，在铁素体晶内也不断析出大量短棒状细小奥氏体；

  e. 不同位置的热影响区由于受到热循环的次数不同，组织形态以及奥氏体含量也存在差异，靠近焊缝表面的热影响区组织粗大，奥氏体含量较少，而靠近双相不锈钢焊缝底部的热影响区中，优先析出粗大的晶界奥氏体联生长成网状，且网状内含有大量后续析出的短棒状的奥氏体。