雙相不銹鋼問世以來,其焊接問題始終是一個重要課題。早期開發(fā)的雙相不銹鋼 06Cr25Ni5Mo1.5等,有較高的碳含量(0.08%~0.10%)和較高的鐵素體含量(約70%),焊接熱影響區(qū)(HAZ)幾乎是單相鐵素體組織,必然使其力學(xué)性能和耐腐蝕性能變差,從而限制了雙相不銹鋼作為焊接結(jié)構(gòu)件的使用。之后發(fā)展了超低碳、含氮的一些雙相不銹鋼022Cr22Ni5Mo3N、022Cr25Ni7Mo4WCuN等,具有a相、γ相各占一半最佳兩相比例,并提高了填充材料的鎳含量,使焊縫和焊接HAZ保持有足夠的奧氏體含量,改善了焊接接頭的塑性和耐蝕性,使焊接結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用有了很大的發(fā)展。
超級雙相不銹鋼與普通雙相不銹鋼的區(qū)別在于含有較低的碳、較高的鉬和氮。兩類鋼焊接HAZ組織轉(zhuǎn)變的主要差別為:
(1)根據(jù)圖9.84中幾種雙相不銹鋼所處的位置可以看出,超級雙相不銹鋼SAF 2507的α溶解度曲線與凝固線的距離較普通雙相不銹鋼SAF 2205窄,超級雙相不銹鋼單相α區(qū)的HTHAZ也要比普通雙相不銹鋼窄,產(chǎn)生單相α區(qū)的峰值溫度也要高。在熱循環(huán)加熱階段的數(shù)秒時間內(nèi),高溫區(qū)的y相仍可完全溶入α相中。但在冷卻階段,高溫區(qū)α→γ轉(zhuǎn)變卻是不平衡的,γ相大幅減少。
(2)由于超級雙相不銹鋼的α相溶解度曲線的溫度比普通雙相不銹鋼高,在較高溫度即發(fā)生a→γ轉(zhuǎn)變,冷卻速率對其相平衡影響遠(yuǎn)小于對普通雙相不銹鋼的影響。
(3)超級雙相不銹鋼HTHAZ的y相減少是不可避免的,但仍會析出一部分γ相。如果γ相的量能布滿α相晶界,消除了α/α晶界,而形成a/y相界時,這種組織的焊接接頭性能是良好的。相比例達(dá)到50/50的雙相不銹鋼的HTHAZ的組織中雖然發(fā)生y相含量的下降,但仍有15%~30%的y相析出,其兩相組織是“健全”的,不出現(xiàn)a/α晶界。一些含氮雙相不銹鋼和超級雙相不銹鋼都具備了這樣的條件。
(4)在線能量相同時,超級雙相不銹鋼比普通雙相不銹鋼的晶粒長大傾向小。在常用的冷卻速率下,超級雙相不銹鋼一般不會有金屬間化合物析出(圖9.80)。