固溶处理对S32750双相不锈钢焊缝组织和性能的影响(武进).doc

固溶处理对S32750双相不锈钢焊缝组织和性能的影响 宋建新1、朱秋华1、谢飞2、徐奇1、袁胜1 江苏武进不锈股份有限公司，江苏 常州 213111 常州大学，江苏 常州 213164 摘要：采用金相显微观察、X射线衍射、极化曲线测试、机械性能测试等试验方法研究固溶热处理对S32750双相不锈钢焊接钢管焊缝性能、组织和相结构的影响规律。结果表明：固溶处理显著改善焊缝的低温冲击韧性与耐腐蚀能力；焊缝各区域处理前后的相结构类型一样，但铁素体、奥氏体相对含量有差异，这种差异对焊缝各区域本身耐蚀性影响不大。 关键词：双相不锈钢, 焊缝, 相结构, 机械性能, 耐腐蚀性能, 固溶处理 前言 S32750超级双相不锈钢相当于中国新国标牌号022Cr25Ni7Mo4N，欧标牌号X2CrNiMoN25-7-4，1.4410等，因其高Cr、高Mo及含氮的成分特点，具有比普通双相钢更高的强度、抗点蚀、抗缝隙腐蚀和抗应力腐蚀开裂能力，且有比奥氏体不锈钢更低的热膨胀系数和更高的热导率，被应用于化工、石化、海水处理设备等。工程中使用的大口径双相不锈钢管大多是以焊接方式生产，焊缝质量的优劣是影响双相不锈钢焊管质量的重要因素。 本文研究和评估固溶处理对S32750双相不锈钢焊接钢管焊缝组织和性能的影响规律，期望能为相关设计、生产提供参考。 试验材料与方法 1.1 试验材料的成分和性能 试验材料采用进口的经过固溶处理的S32750钢板，其耐点蚀当量（PREN）为41.3，厚度12mm，化学成分及常规性能见表1和表2。 表1 S32750钢板的化学成分（质量分数，%） Table 1 Chemical composition of S32750(mass fraction,%) C Mn P S Si Ni Cr Mo N Cu 0.011 0.813 0.027 0.001 0.475 6.51 25.06 3.672 0.26 0.162 表2 S32750钢板的常规性能 Table 2 Properties of S32750 抗拉强度 MPa 屈服强度 MPa 延伸率 % 腐蚀失重mdd 低温冲击韧性 Akv（-46℃） J 832 655 41 1.043 ＞290 1）按照按照ASTMA923的C法，试验温度为40℃±1℃。 1.2 焊接工艺 S32750钢板焊缝制备工艺：以等离子焊打底焊接，再采用Φ2.4mm的ER2594焊丝以氩弧焊的方法焊接2道，焊丝成分见表3，焊接示意图见图1。 图1 焊接示意图 表3 ER2594焊丝的化学成分（质量分数，%） Table 3 Chemical composition of ER2594(mass fraction,%) C Mn P S Si Ni Cr Mo N Cu Nb+Ta W 0.011 0.88 0.023 0.001 0.32 9.77 25.46 3.672 0.236 0.61 0.01 0.49 1.3 试验方法 焊接后的试板分为两组，一组直接进入后续试验，另一组进行固溶+水冷处理，固溶温度为1080℃。采用CHT4万能试验机进行室温拉伸试验；在JB-300B型冲击试验机上进行-46℃低温冲击试验，试验按照ASTM A370标准执行，试验尺寸为10×10×55mm，V型缺口。采用金相显微镜观察焊缝热处理前后的组织，以X射线衍射仪分析焊缝三个区域的相结构特性（Cu靶，K(，100mA靶电流）。按ASTMA923的C法的化学浸泡法和电化学方法测定焊缝试板（含焊缝及部分基体）固溶前后的耐孔蚀性能；测试焊缝不同部位（图2中1、2、3位置）分别在2种腐蚀溶液（1.0mol/L的NaCl、0.2mol/L的H2SO4）中的极化曲线，扫描速率：1mV/s。 图2 焊缝取样的三个部位 2 试验结果及分析 2.1组织 图3给出了焊缝不同区域固溶处理前后的显微组织。固溶处理前，焊缝不同区域奥氏体相对量较低，也较细小，在有的区域甚至以非常细小的颗粒状存在。这主要是因为焊缝凝固后由高温快速冷却，使得高温铁素体难以向奥氏体转变。因为奥氏体向铁素体相的转变属于扩散控制的转变过程，焊接后的快速冷却无法使相变达到平衡状态。【1】固溶处理后奥氏体相对量显著增加，但在形态、大小及分布上与母材的存在较大差异,有的为针状或羽毛状（见图3b、3d、3f、3h）。较之母材（见图4a和4b），焊缝组织整体较粗大。 图3c氩弧焊和图3g等离子两种焊接工艺未固溶处理的焊接热影响区（HAZ）大小有显著的区别。氩弧焊相对于等离子焊接工艺有相对较小的热输入，因此氩弧焊的热影响区比等离子焊的小。此外，HAZ的相比例与焊接热输入有密切关系，采用高热输入焊接时，HAZ在高温停留的时间较长，有利于F→A转变。【2】同样，图3a