热处理对2205双相不锈钢氩电联焊焊接接头组织及性能的影响

【摘要】：双相不锈钢由于兼具铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点,在石油化工、航海船舶等领域应用广泛,而焊接是其应用过程中必不可少的材料加工手段。氩电联焊(GTAW+SMAW)结合了钨极氩弧焊(GTAW)和手工电弧焊(SMAW)两种焊接方法的优点,近年来在某些钢种的压力容器和管道上的应用较多,但在双相不锈钢领域的研究和应用相对很少。同时,焊接接头是构件发生腐蚀、断裂等失效行为的薄弱区域,容易造成工程应用上的失效隐患,在选择适宜的焊接工艺基础上通过合理的热处理工艺来提高接头的综合性能是一种较为可行的工艺措施。因此,通过2205双相不锈钢GTAW+SMAW的焊接性能和焊后热处理研究,对此类焊接方法在双相不锈钢领域的应用及发展具有重要意义。本文首先采用GTAW+SMAW焊接方法对10 mm厚的2205双相不锈钢进行焊接,探究2205双相不锈钢GTAW+SMAW的焊接性能。其次,根据2205双相不锈钢等温转变曲线对焊接接头制定合理的固溶处理和低温退火工艺,研究了两种热处理工艺对GTAW+SMAW焊接接头的微观组织、力学性能以及耐腐蚀性能的影响。主要结论如下:(1)2205双相不锈钢GTAW+SMAW焊接接头的焊缝区和热影响区组织均由铁素体和奥氏体两相组成,接头中无二次相析出。打底层和填充层由于二次焊接热循环的作用奥氏体分布相对均匀,而盖面层中奥氏体较为粗大且分布不均,焊缝各焊层的奥氏体含量在55%～65%之间;接头热影响区中,盖面层所属的热影响区奥氏体含量偏低,其它区域奥氏体含量在34%～38%之间。接头各区域的硬度也存在差异,焊缝区和热影响区硬度均高于母材,其中热影响区硬度最高,焊缝区次之。同时,焊缝填充层和打底层的硬度较为接近,且均大于盖面层硬度。此外,接头抗拉强度较高,达720MPa。焊缝区和热影响区冲击功分别为73.5 J和102.3 J,且接头弯曲试验后无裂纹出现。此外,接头的耐腐蚀性能也较好,点腐蚀率仅为3.01 mdd。(2)在950℃～1150℃对2205双相不锈钢GTAW+SMAW焊接接头进行1 h的固溶处理,当固溶温度为950℃和1000℃时,σ相析出严重,致使接头的力学性能和耐腐蚀性能降低。固溶温度在1050℃～1150℃时,焊缝和热影响区的组织均匀性较未处理时明显提高,且无二次相析出,同时接头能保持良好的力学性能和耐腐蚀性能。随着固溶温度的升高,焊缝和热影响区奥氏体含量均呈现先升高后降低的趋势。当固溶温度为1050℃时,焊缝各焊层奥氏体含量均接近于60%左右,热影响区奥氏体含量整体上也提高到45%左右。此外,接头各区域的硬度差异减小,硬度均在270 HV～280 HV。焊缝和热影响区的冲击功比未固溶时提高了10.9 J和12.2 J,接头的韧性明显提高。综合各固溶温度下的微观组织、力学性能以及耐腐蚀性能对比,2205双相不锈钢GTAW+SMAW焊接接头的最佳固溶处理工艺为:固溶温度1050℃,保温时间1 h,并快速水冷。(3)在280℃～480℃对2205双相不锈钢GTAW+SMAW焊接接头进行退火,结果显示:随着退火温度的升高,接头的抗拉强度略有提高,但韧性显著降低,特别是在400℃退火后,冲击断口已呈现脆性断裂特征。同时,退火温度的升高,接头的耐腐蚀性能也明显降低。综合分析,2205双相不锈钢GTAW+SMAW焊接接头的退火或服役温度不宜超过340℃,保温时间应低于6h。