對2507超級雙相不銹鋼焊接及熱處理工藝的相關探究

邵麗輝

（甘肅金陽高科技材料有限公司，甘肅 蘭州 730100）

在對雙相不銹鋼進行研究時可以發現，此種工藝從初始到今已經歷時三代了，由于其本身的不銹鋼材質，使得其具有較高的防腐蝕性能，但是，由于其自身碳含量比較高，在焊接后使用性能無法得到有效的滿足，因而在具體的使用中仍然具有一定的局限性。雙相不銹鋼在經過三代的發展，通過腐蝕性能測試、力學及金相的測試等，對焊接及熱處理工藝產生了一定的影響，也為相關工藝的發展與研究提供好了非常有力的技術支持。

1 焊接工藝

（1）坡口及焊道。在對這兩個方面進行研究時，其形狀及分布情況如圖1所示。從圖中可以明確地看出，坡口呈現出的形狀時Y形狀，單變坡口的角度在37.5°。而在下圖中（b）1位置，采取的是不填絲的打的焊接方式，直接穿透坡口的鈍邊，這樣單面與雙面都可以進行定型。之后在2～5的位置采取氬弧焊的填絲焊接方式，重點是對焊縫和蓋面進行焊接。

圖1

（2）準備工作及工作要求。首先，前期準備。采取的是機械加工的方式，可對焊接縫隙的坡口進行填充。其次，在焊接前進行清理工作。在清理過程中，可以采取不銹鋼的鋼絲對坡口及其兩側大約0.3cm的范圍內進行油污和鐵銹的處理，還需要對氧化皮等物質進行清理。再次，做好設備的檢驗工作。在模擬焊槍的行走過程中，要對焊接設備的送水與送氣裝置進行檢驗，可以保證設備的正常運轉，之后，對焊絲的規格、材料以及牌號等的匹配情況進行檢驗。最后，試板組對。采取的是手工TIG不填絲的焊接方式實現對試板的點焊和組隊，保證焊接之間不能留有縫隙。

（3）關于焊接工藝方面的要求。首先，對于雙相不銹鋼來說，焊接線的能量與大小對于焊縫合金元素的質量分數是有一定影響的，而且對焊金屬中的兩相比例也有影響，致使焊縫的性能與預期不吻合。因此，在焊接工藝的選擇上，應該選擇較小線能量的焊接方式，并實現多層和多道次的焊接。其次，關于焊接的控制層之間的問題，應該控制在不高于100℃。最后，焊道層間要做好清理工作，可以采用角向砂輪機對焊道的表面和兩側出現的氧化皮或者油污等進行清理，確保焊道表面可以呈現出銀白色，這就可以確保焊接的質量了。

（4）焊接工藝方案及參數設置。在焊接工藝上，可以選擇TIG和PAW焊接工藝，在具體的實施中，采取焊接中心氣和保護氣兩種方式。

（5）焊縫的檢驗。在實施了試板焊接后，要對焊縫進行觀察或者進行X射線的檢驗，在檢驗過程中，需要保證的是不能夠出現氣孔或者未融合和裂紋等情況，保證要達到相關標準。

2 熱處理工藝

（1）2507鋼連續冷卻轉變的過程。關于2507鋼連續冷卻轉變是有一定過程的，在轉變過程中，要保證熱處理的溫度不能在1050℃以下，而在溫度達到900℃后，相析出的速率會出現逐漸增長的情況。但是，在溫度升高后，相析出的速率就會逐漸地變小，而在溫度在升高到1050℃后，就會出現不再相析出的情況。

（2）關于熱處理工藝的實施方案。主要分為兩種實施方案，一種是當熱處理的溫度達到了1050℃后，溫度截至14min左右時，采取淬水冷水的方法。而在溫度上升到在1100℃后，對其進行保溫，保溫時間為50min，不可以超過55min，之后，采取淬水的方式進行冷卻。

3 實驗的結果及分析

混合氣的焊接及熱處理在溫度達到1050℃以后，采取相應的工藝處理方案，在方案上要采取一試樣。純氬焊接，熱處理工藝在溫度達到1100℃后采取方案二。

（1）焊縫拉伸的實驗結果。在本次實驗中，利用專業的拉伸壓縮機，對焊縫實施橫向的拉伸試驗。在試驗中把試樣的寬度確定在平均20mm，標距20mm，保證試驗執行可以達到相關的標準。在試驗過程中，混合氣焊接與熱處理的溫度都達到1050℃以上，按照工藝方案一實施，抗拉的強度值可以在瞬時間內達到900MPa左右，這樣試樣可以瞬間出現斷裂的情況，延伸率概率為0，而且在焊接的位置上很容易出現斷裂的情況。一般純氬弧焊和熱處理在溫度達到1100℃以上實施工藝方案二，抗拉強度相比母材的強度要大一些，延伸率大約在20%左右，并且要求各性能都要滿足相關標準的要求，并且要求試樣斷裂位置要比焊縫的母材處遠。

（2）焊接彎曲的試樣結果。從試驗的結果中可以看出，試樣彎曲的角度幾乎沒有，可以說是0，試樣是沿著焊縫的融合線進行邊緣開裂的，在彎曲度達到180°以上，對試樣進行10倍放大，觀察其表面內外有無裂紋的出現，更好地滿足試樣試驗的要求。在混合氣體下，焊態的焊縫面彎試驗是在靠近焊縫中心位置處出現裂紋的，而裂紋的長度大概會達到70%以上，焊接中心位置處的晶粒相對來說比較粗糙，所以呈現出了不斷開裂的趨勢。這種情況也正說明了在混合氣體下，焊接能夠使2507鋼焊接的力學性能逐漸降低。

（3）沖擊性試驗的結果。在室溫情況下，按照相關標準進行沖擊性試驗，從試驗中可以看出，從上到下的三組試樣是母材、熱影響區域和焊縫區域。在試樣試驗過程中，在沖擊值超過了3J后會出現斷裂的問題，而且斷口是很整齊的，試驗的數值則比標準規定的數值要小。而在另一個試樣試驗中，熱影響區域、母材和焊縫的沖擊平均值要比所規定的平均值大。可以看出，采取純氬焊接和熱處理工藝時，當溫度達到了1100℃以上方案二更能夠滿足對沖擊韌性的要求。

（4）HAZ金相組織分析。從試驗分析中可以看出，第三相析出情況相對嚴重，而且呈現出了黑色小塊狀物的狀況，主要分布在奧氏體和鐵素題晶界處，在該組織結構中，鐵素體的體積分數大概在35%左右，兩相比例的差異性比較大，這也是造成強度過高、焊接脆性不斷加大的重要因素，這種情況也會導致沖擊功率下降、延伸率受影響的問題。而在試驗中進行觀察可以看出，靠近左側的木材區域，島狀的奧氏體在鐵元素的基體上進行了分布，而母材熱軋帶組織比較明顯。右側位置與焊縫區域比較靠近，奧氏體會以針狀的方式呈現，生長方向也相對明確，晶粒生長整體與焊接組織之間會呈現相似性的特征，這時，組織中的鐵素體就會占整個體積分數的一半以上。

（5）焊縫晶之間的腐蝕試驗。對于晶間的腐蝕試驗是嚴格地按照制定標準中的方法實施的，試驗中采取的是化學浸蝕的方法，采取的是硫酸和硫酸銅溶液。在對該溶液進行配比時，可以將純硫酸銅100g融入700ml的去氯離子水中，然后再加入100ml的等級較優的硫酸銅，之后再用去氯離子水將其稀釋到1000ml，配置成腐蝕溶液。將試樣在溶液中煮沸，時間大概為16個小時，再將試樣彎曲到180°，在彎曲后對其進行放大，觀察試樣的表面沒有裂紋，且檢驗后符合相關標準。

4 結語

綜上所述，在對2507超級雙相不銹鋼焊接及熱處理技術進行分析后，對于試板要求采取焊接中心氣體為Ar和H2的混合氣時，而保護性氣體則為純Ar的焊接性工藝，在焊接的溫度達到1050℃后，保溫時間為14min左右時再進行熱處理，對焊接試驗的焊縫位置進行分析，可以看出第三相析出比較嚴重，而且之間的相差比例比較大，這樣很容易導致焊縫的脆性變大，導致試樣無法滿足相關的執行標準。而采取純氬氣焊接，利用較小線能量的多層和多道次焊接工藝后，當焊接后的溫度達到1100℃以上，保溫的時間達到50～55min時采取熱處理的方式，焊接試樣的焊縫位置比例可以出現均勻的情況，這樣可以保證焊接試樣的各項性能的完好，更好地滿足相關執行標準的要求。