SAF2507超級雙相不銹鋼焊接接頭的沖擊韌性分析

  浙江至德鋼業有限公司參照GB/T2650-2008標準對公司生產的SAF2507超級雙相不銹鋼焊接接頭進行沖擊試驗，本文開V型缺口槽，由于LBW和LMHW焊接接頭熱影響區窄，精準開槽有難度，所以本文開槽缺口位于焊縫中心。為了避免試驗偶然性帶來的誤差，每種焊接接頭重復試驗三次，取平均值。沖擊試驗結果如表所示。由試驗結果可知，SAF2507超級雙相不銹鋼母材的平均沖擊韌性可達到1038.75kJ/cm 2，經過焊接之后，不論何種焊接方式，都不同程度的造成沖擊韌性的下降。這是由于焊接過程種大量的熱輸會造成元素燒損，合金元素的含量略低于母材，導致整體焊縫沖擊韌性的下降。從焊接方式來看，LBW焊接接頭焊縫的沖擊韌性最差，只有465.58kJ/cm2，不到母材的一半，LMHW焊接接頭焊縫的沖擊韌性為730.85kJ/cm2，GTAW焊接接頭最高，達到848.27kJ/cm2。沖擊韌性的大小取決于焊縫微觀組織及微量元素的含量，一般來說，奧氏體組織的沖擊韌性高于鐵素體組織，在三種焊接接頭及母材試樣中，LBW焊接接頭的鐵素體含量最高，奧氏體含量最低，而焊縫整體微量元素含量的差別與其他三種焊接接頭區別不大，所以它的焊縫沖擊韌性最低。對于GTAW焊接接頭，較慢的焊接速度導致其有更多的時間使得鐵素體向奧氏體組織轉變，鐵素體與奧氏體的兩相比最接近1:1，奧氏體的含量高于其他兩種焊接接頭，所以它的沖擊韌性最高。對于LMHW焊接接頭，它與LBW焊接接頭不同的是在激光自熔焊接的同時增加了MIG焊，使得焊縫的上半部分受到激光和電弧的共同作用，但是下半部分焊縫與LBW焊接接頭是相似的。從焊縫沖擊韌性來看，LMHW接頭焊縫的沖擊韌性要遠高于LBW接頭焊縫，說明LMHW接頭上半部分焊縫對提高焊縫沖擊韌性起到了至關重要的作用，Er2594焊絲的加入，一方面提高了接頭焊縫合金元素的含量，尤其是鎳元素的增加，促進奧氏體的形成，提高了焊縫奧氏體的含量，改善了焊縫沖擊性能。另一方面，填絲的加入，電弧帶來了額外的熱輸入，改變了焊縫的宏觀形貌，深寬比變小，熔池變大，中心焊縫的冷卻速度降低，更多的鐵素體組織轉變成奧氏體組織，進一步提高焊縫韌性，因此LMHW焊接確實能夠改善LBW焊接的一些不足。

  經過固溶處理之后，SAF2507超級雙相不銹鋼母材的沖擊韌性與為固溶處理之前相當，沒有太大變化，因為在固溶處理前后，母材組織的雙相比均接近1:1，并沒有更多奧氏體組織析出，因此沖擊韌性沒有太大變化。對LBW焊接接頭，固溶處理之后沖擊韌性達到了807.81kJ/cm2，增加了接近340kJ/cm2，這得益于經過固溶處理之后，焊縫組織等到了大大的改善，奧氏體的含量從30.7%增加到48.7%，并且沒有其他有害相的析出，奧氏體組織含量的增加引起焊縫沖擊韌性的增加，所以，LBW焊接接頭經過1050℃固溶處理1小時可以大幅提高焊接接頭的沖擊韌性。對于GTAW焊接接頭，接頭焊縫的沖擊韌性只有54.20kJ/cm2，經過固溶處理后，焊接接頭由韌性斷裂變為脆性斷裂，根據金相組織圖片可知，在1050℃固溶處理的條件下，GTAW焊接接頭焊縫區域出現了大量的σ相，σ相是硬而脆的相，他的出現會危害焊縫的整體塑韌性，極大的降低沖擊韌性，大量出現時，會使焊縫由韌性斷裂轉變為脆性斷裂。對于LMHW焊接接頭，固溶處理之后略微提高了焊縫的沖擊韌性，但沖擊韌性要低于LBW焊接接頭。前一章節已經提到，SAF2507超級雙相不銹鋼經過1050℃固溶處理，有填絲的上半部分焊縫出現了眾多σ相，σ相的出現降低焊縫的沖擊韌性，但由于下半部分焊縫只受到純激光的影響，沒有出現σ相，一定程度上增加了焊縫的沖擊韌性。對比LBW和LMHW接頭焊縫，未固溶處理前，LMHW上半部分焊縫是增加沖擊韌性的主要部分，使得沖擊韌性高于LBW焊接接頭，經過1050℃固溶處理后，依舊是上半部分焊縫使得沖擊韌性低于LBW焊接接頭。盡管如此，固溶處理仍然是改善焊接接頭組織和性能不均勻的重要方法，若將固溶處理溫度稍微提高到1080℃，σ相完全消除，LMHW和GTAW焊接接頭的沖擊韌性將會大幅提高。

   SAF2507超級雙相不銹鋼母材及焊接接頭的沖擊斷口微觀圖片如圖所示，固溶之前，三種焊接接頭的沖擊斷口主要由韌窩組成，斷口有很深的溝壑，呈現撕裂狀，表征出斷裂方式是韌性斷裂。固溶處理之后，LBW接頭沖擊斷口也是都由韌窩組成，說明LBW接頭仍然具有較好的沖擊韌性。LMHW焊接接頭的微觀斷口中，韌窩與解理面同時出現，由于上半部分焊縫σ相的析出，使LMHW接頭的斷裂方式發生了改變，有韌性斷裂轉變為混合型的斷裂方式。GTAW接頭的沖擊微觀斷口出現大量的解理面、解理臺階和撕裂棱，這些是解理斷裂的特征，說明GTAW接頭由于σ相的析出，斷裂方式由韌性斷裂轉變為脆性斷裂，在微觀斷口上，出現了大量的白色物質，EDS掃描結果顯示，該物質的Cr含量達到36.3%，遠高于母材，復合σ相的元素特征，說明σ相對焊接接頭沖擊韌性有致命的危害性。