核電用S32101雙相不銹鋼的焊接性研究

修延飛++王朋飛++董永志++朱躍德

摘 要：雙相不銹鋼S32101廣泛應用于AP1000三代核電樓板結構模塊抗腐蝕內壁板，本文對雙相鋼焊接性進行了研究，分析了不同線能量條件下接頭性能的變化，尤其是沖擊韌性的變化。

關鍵詞：三代核電；雙相不銹鋼；焊接性；金相組織

中圖分類號：G0T46 文獻標識碼：B

雙相不銹鋼S32101廣泛應用于核電站結構模塊抗腐蝕內壁板。 S32101雙相不銹鋼主要的合金元素是Cr、Ni、Mo、N、Cu，該材料以固溶狀態交貨，交貨狀態下其顯微組織為大約50%的鐵素體和大約50%的奧氏體的雙相組織。通過合理的焊接工藝，可以獲得鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼同樣的優良的性能，且抗腐蝕性能優于傳統奧氏體不銹鋼，沖擊韌性優于傳統鐵素體不銹鋼。2101在核電、石油化工、輸油輸氣管線及海水與廢水處理等領域獲得越來越廣泛的應用。研究雙相鋼焊接工藝對于生產有重要的指導作用。

1 雙相鋼焊接性及特點

1.1金相和力學理論分析

雙相不銹鋼是基于Fe-Cr-Ni系的雙相合金，這種材料微觀金相組織包含等量的α相鐵素體（體心立方bcc）和γ相奧氏體（面心立方fcc）。實驗證明，當鐵素體和奧氏體相的比例達到50：50時，雙相不銹鋼焊接接頭具有最大的耐腐蝕性能和力學性能。然而，由于化學成分、焊接工藝、鋼的熱處理工藝的影響變素很多，要達到50：50的相平衡狀態是非常困難的。根據實驗經驗，當鐵素體含量在35-60%之間時，雙相鋼能獲得比較理想的耐腐蝕性能和力學性能。通過焊接參數控制焊接線能量，從本質上就是控制鐵素體與奧氏體的兩相平衡。

在鐵素體含量小于60%時，其沖擊性能處于較高的水平，當鐵素體含量超過60%沖擊性能開始明顯的下降。

1.2 熱輸入HI對雙相鋼焊接性能的影響

熱輸入顯著影響冷卻速度，而冷卻速度直接影響最終的金屬微觀組織。低線能量會導致金相組織產生更多的鐵素體，通常低的預熱（<75℃（167℉））和低的熱輸入產生比較理想的二相平衡，而且沒有過多的鐵素體產生。相反，高的熱輸入導致低的冷卻速度，增加生成焊縫和熱影響區內晶間化合物或晶間沉淀的風險。

2 試驗方法

本試驗采用厚度為12.7mm雙相不銹鋼板材，其碳含量控制得非常低，這是易于與含金元素相結合而合金碳化物影響鋼材耐腐蝕性能。焊材選用ER2209。試驗采用GMAW氣體保護焊接方法，對三個典型線能量范圍下的接頭沖擊性能進行試驗，見表1.

根據相關資料，雙相不銹鋼對焊接線能量較為敏感，線能量高影響韌性，線能量低影響其腐蝕性。本研究中采用幾種線能量對接頭性能進行研究，以找出線能量對其機械性能的影響，以更好地指導生產實踐。

3試驗結果與分析

從表2可以看出，隨線能量的增加，焊縫的鐵素體含量有增加的趨勢，晶間腐蝕性能下降的趨勢，隨著鐵素體含量的增加，焊縫組織的沖擊韌性有下降的趨勢，同時，隨線能量的增加，焊縫晶粒有長大的趨勢。

4結論

通過上述試驗及相關分析，可以得出以下結論：

4.1 S32101雙相鋼焊接性良好，焊前一般不需預熱，焊后不需熱處理，就能得到優質滿意的接頭。

4.2 焊接線能量對接頭有重要影響，隨著線能量的增加，焊縫沖擊韌性有降低的趨勢，線能量的增加造成了晶粒長大，斷口的擴展區由韌窩斷裂過渡為韌窩+準解理斷裂。

4.3 焊接過程中應嚴格控制線能量，從而得到具有良好的沖擊韌性的接頭。

參考文獻

[1]Barry Messer， Vasile Operea， Andrew Wright Duplex stainless welding： best practice[J]Stainless Steel World 2007，53-63.

[2]方偉秉.鐵素體-奧氏體型雙相不銹鋼的焊接性[J]化工裝備技術，1997，18（3）：9-43.

[3]中國機械工程學會焊接學會編.焊接手冊.材料的焊接[M]北京：機械工業出版社，2001.endprint

摘 要：雙相不銹鋼S32101廣泛應用于AP1000三代核電樓板結構模塊抗腐蝕內壁板，本文對雙相鋼焊接性進行了研究，分析了不同線能量條件下接頭性能的變化，尤其是沖擊韌性的變化。

關鍵詞：三代核電；雙相不銹鋼；焊接性；金相組織

中圖分類號：G0T46 文獻標識碼：B

雙相不銹鋼S32101廣泛應用于核電站結構模塊抗腐蝕內壁板。 S32101雙相不銹鋼主要的合金元素是Cr、Ni、Mo、N、Cu，該材料以固溶狀態交貨，交貨狀態下其顯微組織為大約50%的鐵素體和大約50%的奧氏體的雙相組織。通過合理的焊接工藝，可以獲得鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼同樣的優良的性能，且抗腐蝕性能優于傳統奧氏體不銹鋼，沖擊韌性優于傳統鐵素體不銹鋼。2101在核電、石油化工、輸油輸氣管線及海水與廢水處理等領域獲得越來越廣泛的應用。研究雙相鋼焊接工藝對于生產有重要的指導作用。

1 雙相鋼焊接性及特點

1.1金相和力學理論分析

雙相不銹鋼是基于Fe-Cr-Ni系的雙相合金，這種材料微觀金相組織包含等量的α相鐵素體（體心立方bcc）和γ相奧氏體（面心立方fcc）。實驗證明，當鐵素體和奧氏體相的比例達到50：50時，雙相不銹鋼焊接接頭具有最大的耐腐蝕性能和力學性能。然而，由于化學成分、焊接工藝、鋼的熱處理工藝的影響變素很多，要達到50：50的相平衡狀態是非常困難的。根據實驗經驗，當鐵素體含量在35-60%之間時，雙相鋼能獲得比較理想的耐腐蝕性能和力學性能。通過焊接參數控制焊接線能量，從本質上就是控制鐵素體與奧氏體的兩相平衡。

在鐵素體含量小于60%時，其沖擊性能處于較高的水平，當鐵素體含量超過60%沖擊性能開始明顯的下降。

1.2 熱輸入HI對雙相鋼焊接性能的影響

熱輸入顯著影響冷卻速度，而冷卻速度直接影響最終的金屬微觀組織。低線能量會導致金相組織產生更多的鐵素體，通常低的預熱（<75℃（167℉））和低的熱輸入產生比較理想的二相平衡，而且沒有過多的鐵素體產生。相反，高的熱輸入導致低的冷卻速度，增加生成焊縫和熱影響區內晶間化合物或晶間沉淀的風險。

2 試驗方法

本試驗采用厚度為12.7mm雙相不銹鋼板材，其碳含量控制得非常低，這是易于與含金元素相結合而合金碳化物影響鋼材耐腐蝕性能。焊材選用ER2209。試驗采用GMAW氣體保護焊接方法，對三個典型線能量范圍下的接頭沖擊性能進行試驗，見表1.

根據相關資料，雙相不銹鋼對焊接線能量較為敏感，線能量高影響韌性，線能量低影響其腐蝕性。本研究中采用幾種線能量對接頭性能進行研究，以找出線能量對其機械性能的影響，以更好地指導生產實踐。

3試驗結果與分析

從表2可以看出，隨線能量的增加，焊縫的鐵素體含量有增加的趨勢，晶間腐蝕性能下降的趨勢，隨著鐵素體含量的增加，焊縫組織的沖擊韌性有下降的趨勢，同時，隨線能量的增加，焊縫晶粒有長大的趨勢。

4結論

通過上述試驗及相關分析，可以得出以下結論：

4.1 S32101雙相鋼焊接性良好，焊前一般不需預熱，焊后不需熱處理，就能得到優質滿意的接頭。

4.2 焊接線能量對接頭有重要影響，隨著線能量的增加，焊縫沖擊韌性有降低的趨勢，線能量的增加造成了晶粒長大，斷口的擴展區由韌窩斷裂過渡為韌窩+準解理斷裂。

4.3 焊接過程中應嚴格控制線能量，從而得到具有良好的沖擊韌性的接頭。

參考文獻

[1]Barry Messer， Vasile Operea， Andrew Wright Duplex stainless welding： best practice[J]Stainless Steel World 2007，53-63.

[2]方偉秉.鐵素體-奧氏體型雙相不銹鋼的焊接性[J]化工裝備技術，1997，18（3）：9-43.

[3]中國機械工程學會焊接學會編.焊接手冊.材料的焊接[M]北京：機械工業出版社，2001.endprint

摘 要：雙相不銹鋼S32101廣泛應用于AP1000三代核電樓板結構模塊抗腐蝕內壁板，本文對雙相鋼焊接性進行了研究，分析了不同線能量條件下接頭性能的變化，尤其是沖擊韌性的變化。

關鍵詞：三代核電；雙相不銹鋼；焊接性；金相組織

中圖分類號：G0T46 文獻標識碼：B

雙相不銹鋼S32101廣泛應用于核電站結構模塊抗腐蝕內壁板。 S32101雙相不銹鋼主要的合金元素是Cr、Ni、Mo、N、Cu，該材料以固溶狀態交貨，交貨狀態下其顯微組織為大約50%的鐵素體和大約50%的奧氏體的雙相組織。通過合理的焊接工藝，可以獲得鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼同樣的優良的性能，且抗腐蝕性能優于傳統奧氏體不銹鋼，沖擊韌性優于傳統鐵素體不銹鋼。2101在核電、石油化工、輸油輸氣管線及海水與廢水處理等領域獲得越來越廣泛的應用。研究雙相鋼焊接工藝對于生產有重要的指導作用。

1 雙相鋼焊接性及特點

1.1金相和力學理論分析

雙相不銹鋼是基于Fe-Cr-Ni系的雙相合金，這種材料微觀金相組織包含等量的α相鐵素體（體心立方bcc）和γ相奧氏體（面心立方fcc）。實驗證明，當鐵素體和奧氏體相的比例達到50：50時，雙相不銹鋼焊接接頭具有最大的耐腐蝕性能和力學性能。然而，由于化學成分、焊接工藝、鋼的熱處理工藝的影響變素很多，要達到50：50的相平衡狀態是非常困難的。根據實驗經驗，當鐵素體含量在35-60%之間時，雙相鋼能獲得比較理想的耐腐蝕性能和力學性能。通過焊接參數控制焊接線能量，從本質上就是控制鐵素體與奧氏體的兩相平衡。

在鐵素體含量小于60%時，其沖擊性能處于較高的水平，當鐵素體含量超過60%沖擊性能開始明顯的下降。

1.2 熱輸入HI對雙相鋼焊接性能的影響

熱輸入顯著影響冷卻速度，而冷卻速度直接影響最終的金屬微觀組織。低線能量會導致金相組織產生更多的鐵素體，通常低的預熱（<75℃（167℉））和低的熱輸入產生比較理想的二相平衡，而且沒有過多的鐵素體產生。相反，高的熱輸入導致低的冷卻速度，增加生成焊縫和熱影響區內晶間化合物或晶間沉淀的風險。

2 試驗方法

本試驗采用厚度為12.7mm雙相不銹鋼板材，其碳含量控制得非常低，這是易于與含金元素相結合而合金碳化物影響鋼材耐腐蝕性能。焊材選用ER2209。試驗采用GMAW氣體保護焊接方法，對三個典型線能量范圍下的接頭沖擊性能進行試驗，見表1.

根據相關資料，雙相不銹鋼對焊接線能量較為敏感，線能量高影響韌性，線能量低影響其腐蝕性。本研究中采用幾種線能量對接頭性能進行研究，以找出線能量對其機械性能的影響，以更好地指導生產實踐。

3試驗結果與分析

從表2可以看出，隨線能量的增加，焊縫的鐵素體含量有增加的趨勢，晶間腐蝕性能下降的趨勢，隨著鐵素體含量的增加，焊縫組織的沖擊韌性有下降的趨勢，同時，隨線能量的增加，焊縫晶粒有長大的趨勢。

4結論

通過上述試驗及相關分析，可以得出以下結論：

4.1 S32101雙相鋼焊接性良好，焊前一般不需預熱，焊后不需熱處理，就能得到優質滿意的接頭。

4.2 焊接線能量對接頭有重要影響，隨著線能量的增加，焊縫沖擊韌性有降低的趨勢，線能量的增加造成了晶粒長大，斷口的擴展區由韌窩斷裂過渡為韌窩+準解理斷裂。

4.3 焊接過程中應嚴格控制線能量，從而得到具有良好的沖擊韌性的接頭。

參考文獻

[1]Barry Messer， Vasile Operea， Andrew Wright Duplex stainless welding： best practice[J]Stainless Steel World 2007，53-63.

[2]方偉秉.鐵素體-奧氏體型雙相不銹鋼的焊接性[J]化工裝備技術，1997，18（3）：9-43.

[3]中國機械工程學會焊接學會編.焊接手冊.材料的焊接[M]北京：機械工業出版社，2001.endprint