SAF2507超级双相不锈钢焊接接头的冲击韧性分析

  浙江至德钢业有限公司参照GB/T2650-2008标准对公司生产的SAF2507超级双相不锈钢焊接接头进行冲击试验，本文开V型缺口槽，由于LBW和LMHW焊接接头热影响区窄，精准开槽有难度，所以本文开槽缺口位于焊缝中心。为了避免试验偶然性带来的误差，每种焊接接头重复试验三次，取平均值。冲击试验结果如表所示。由试验结果可知，SAF2507超级双相不锈钢母材的平均冲击韧性可达到1038.75kJ/cm 2，经过焊接之后，不论何种焊接方式，都不同程度的造成冲击韧性的下降。这是由于焊接过程种大量的热输会造成元素烧损，合金元素的含量略低于母材，导致整体焊缝冲击韧性的下降。从焊接方式来看，LBW焊接接头焊缝的冲击韧性最差，只有465.58kJ/cm2，不到母材的一半，LMHW焊接接头焊缝的冲击韧性为730.85kJ/cm2，GTAW焊接接头最高，达到848.27kJ/cm2。冲击韧性的大小取决于焊缝微观组织及微量元素的含量，一般来说，奥氏体组织的冲击韧性高于铁素体组织，在三种焊接接头及母材试样中，LBW焊接接头的铁素体含量最高，奥氏体含量最低，而焊缝整体微量元素含量的差别与其他三种焊接接头区别不大，所以它的焊缝冲击韧性最低。对于GTAW焊接接头，较慢的焊接速度导致其有更多的时间使得铁素体向奥氏体组织转变，铁素体与奥氏体的两相比最接近1:1，奥氏体的含量高于其他两种焊接接头，所以它的冲击韧性最高。对于LMHW焊接接头，它与LBW焊接接头不同的是在激光自熔焊接的同时增加了MIG焊，使得焊缝的上半部分受到激光和电弧的共同作用，但是下半部分焊缝与LBW焊接接头是相似的。从焊缝冲击韧性来看，LMHW接头焊缝的冲击韧性要远高于LBW接头焊缝，说明LMHW接头上半部分焊缝对提高焊缝冲击韧性起到了至关重要的作用，Er2594焊丝的加入，一方面提高了接头焊缝合金元素的含量，尤其是镍元素的增加，促进奥氏体的形成，提高了焊缝奥氏体的含量，改善了焊缝冲击性能。另一方面，填丝的加入，电弧带来了额外的热输入，改变了焊缝的宏观形貌，深宽比变小，熔池变大，中心焊缝的冷却速度降低，更多的铁素体组织转变成奥氏体组织，进一步提高焊缝韧性，因此LMHW焊接确实能够改善LBW焊接的一些不足。

  经过固溶处理之后，SAF2507超级双相不锈钢母材的冲击韧性与为固溶处理之前相当，没有太大变化，因为在固溶处理前后，母材组织的双相比均接近1:1，并没有更多奥氏体组织析出，因此冲击韧性没有太大变化。对LBW焊接接头，固溶处理之后冲击韧性达到了807.81kJ/cm2，增加了接近340kJ/cm2，这得益于经过固溶处理之后，焊缝组织等到了大大的改善，奥氏体的含量从30.7%增加到48.7%，并且没有其他有害相的析出，奥氏体组织含量的增加引起焊缝冲击韧性的增加，所以，LBW焊接接头经过1050℃固溶处理1小时可以大幅提高焊接接头的冲击韧性。对于GTAW焊接接头，接头焊缝的冲击韧性只有54.20kJ/cm2，经过固溶处理后，焊接接头由韧性断裂变为脆性断裂，根据金相组织图片可知，在1050℃固溶处理的条件下，GTAW焊接接头焊缝区域出现了大量的σ相，σ相是硬而脆的相，他的出现会危害焊缝的整体塑韧性，极大的降低冲击韧性，大量出现时，会使焊缝由韧性断裂转变为脆性断裂。对于LMHW焊接接头，固溶处理之后略微提高了焊缝的冲击韧性，但冲击韧性要低于LBW焊接接头。前一章节已经提到，SAF2507超级双相不锈钢经过1050℃固溶处理，有填丝的上半部分焊缝出现了众多σ相，σ相的出现降低焊缝的冲击韧性，但由于下半部分焊缝只受到纯激光的影响，没有出现σ相，一定程度上增加了焊缝的冲击韧性。对比LBW和LMHW接头焊缝，未固溶处理前，LMHW上半部分焊缝是增加冲击韧性的主要部分，使得冲击韧性高于LBW焊接接头，经过1050℃固溶处理后，依旧是上半部分焊缝使得冲击韧性低于LBW焊接接头。尽管如此，固溶处理仍然是改善焊接接头组织和性能不均匀的重要方法，若将固溶处理温度稍微提高到1080℃，σ相完全消除，LMHW和GTAW焊接接头的冲击韧性将会大幅提高。

   SAF2507超级双相不锈钢母材及焊接接头的冲击断口微观图片如图所示，固溶之前，三种焊接接头的冲击断口主要由韧窝组成，断口有很深的沟壑，呈现撕裂状，表征出断裂方式是韧性断裂。固溶处理之后，LBW接头冲击断口也是都由韧窝组成，说明LBW接头仍然具有较好的冲击韧性。LMHW焊接接头的微观断口中，韧窝与解理面同时出现，由于上半部分焊缝σ相的析出，使LMHW接头的断裂方式发生了改变，有韧性断裂转变为混合型的断裂方式。GTAW接头的冲击微观断口出现大量的解理面、解理台阶和撕裂棱，这些是解理断裂的特征，说明GTAW接头由于σ相的析出，断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂，在微观断口上，出现了大量的白色物质，EDS扫描结果显示，该物质的Cr含量达到36.3%，远高于母材，复合σ相的元素特征，说明σ相对焊接接头冲击韧性有致命的危害性。