双相不锈钢的焊接热影响区组织和性能热模拟研究

作者:王振华;蒋世应;沈涛;张强 刊名:铸造技术 上传者:陈勇

【摘要】通过Gleeble-3800焊接热模拟试验机,对S32750双相不锈钢焊接热影响区(HAZ)进行了热模拟试验,并对试样显微组织进行观察,对硬度、冲击等力学性能进行检测,研究峰值温度对HAZ组织和性能的影响规律。结果表明,热影响区主要组织为奥氏体+铁素体,峰值温度在850~1 000℃范围内时,HAZ组织中出现了σ相;随着峰值温度升高,奥氏体含量逐渐降低,铁素体含量先略有下降然后逐渐升高,σ相含量则是先略有增加后逐渐下降,当峰值温度达到1 050℃以上时几乎完全消失;HAZ硬度先略有升高,峰值温度为900℃时最高390 HV,随后硬度逐渐降低;冲击功则先略有下降,900℃时达到最低值60 J,随后冲击功又逐渐升高,1 100℃时冲击功大幅提高至102 J。

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双相不锈钢(Duplex Stainless Steel,DSS)是一种组织为铁素体和奥氏体的不锈钢,组织中两相几乎各占一半[1]。与传统奥氏体不锈钢相比,双相钢强度大大提高,具有更强的抗氯化物腐蚀能力,较高的导热性和较低的热膨胀系数,同时它还有比铁素体不锈钢更好的韧塑性以及优良的焊接性能,可应用于石油天然气、化工、电力等领域压力管道和容器的制造[2]。SAF2507(ASME S32750)是一种节镍型超级双相不锈钢,焊接性能较单纯的奥氏体或铁素体钢要好,但如果能量和冷却速度控制不当很容易析出有害的σ相,导致接头性能恶化[3]。此外,热影响区(HAZ)在焊接过程中经历了不同的热循环,接头组织中奥氏体和铁素体含量失衡,从而导致接头韧性、塑性及强度等性能下降,如果焊接工艺不当很可能造成热影响区性能严重恶化,影响钢材的使用,因此对SAF2507钢在焊接过程中热影响区组织性能的变化规律进行研究很有必要[4,5]。然而热影响区宽度一般都只有几毫米,要想充分了解这一细小区域的组织性能通过传统的焊接试验是很难实现的,焊接热模拟技术把实际的焊接热影响区进行放大可以很好的解决这一问题,通过对钢材HAZ经历的焊接热循环进行模拟,可以方便对HAZ的组织和性能进行研究[6,7]。本研究基于Gleeble-3800焊接热模拟试验机,对SAF2507双相不锈钢进行了热模拟试图3不同峰值温度的热影响区显微组织片Fig.3 The microstructure of the HAZ under different peak temperature验,研究了峰值温度对HAZ组织和性能的影响规律,为SAF2507钢焊接工艺的制订提供依据。1试验材料及方法试验母材为宝钢生产的SAF2507双相不锈钢板,规格为10 mm,供货状态为热轧,化学成分及力学性能分别如表1、表2所示,金相组织如图1所示,主要为奥氏体+铁素体。如图2所示,热模拟用试样尺寸为80 mm×11 mm×11 mm,采用Gleeble3800热模拟机对HAZ进行热模拟,模拟的峰值温度分别设置为850、900、950、1 000、1 050、1 100℃共6个温度,首先将热模拟试样以100℃/s的速度加热至峰值温度,保温3 s后再冷却至室温,保持相同的冷却速度,t8/5固定为20 s。根据GBT229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》将试样加工成标准冲击试样,采用JB-300C摆锤冲击试验机检测冲击韧性,冲击试验温度为0℃,并采用JSM-63I0LV扫描电镜对冲击试样断口进行观察;将热模拟试样磨平、抛光后用40%Na OH溶液进行电化学腐蚀,腐蚀时间40 s左右,采用OLYMPUS光学显微镜观察金相组织,用HXS-1000A显微硬度计测试试样的显微硬度,载荷为100 g,保持时间为10 s。2试验结果及分析2.1接头金相组织分析图3为不同热循环的热影响区显微组织图。可以看出,图中亮白色的为奥氏体相(γ相),灰色的为铁素体相(α相),当峰值温度为850~900°C时,HAZ中主要以奥氏体为主,呈块状分布,铁素体含量较少,在奥氏体边界还有少量的σ相析出,含量大约在13%~15%左右;当峰值温度为950~1 000°C时,图1试验钢金相组织Fig.1 The metallographic microstructure of the test steel图2冲击试样图Fig.2 The dimension of the impact sample表1试验材料化学成分w(%)Tab.1 The chemical comp

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