雙相不銹鋼具有良好的焊接性能，與鐵素體不銹鋼及奧氏體不銹鋼相比，它既不像鐵素體不銹鋼的焊接熱影響區(qū)，由于晶粒嚴(yán)重粗化而使塑韌性大幅降低，也不像奧氏體不銹鋼那樣，對(duì)焊接熱裂紋比較敏感。

雙相不銹鋼由于其特殊的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油化工設(shè)備、海水與廢水處理設(shè)備、輸油輸氣管線、造紙機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域，近些年來(lái)也被研究用于橋梁承重結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具有很好的發(fā)展前景。

節(jié)約型雙相鋼"經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的焊接性能問題。而焊接標(biāo)準(zhǔn)雙相鋼并不是一個(gè)問題，而且不論采用何種工藝，都有適合這些應(yīng)用的焊材。從金相的角度來(lái)看，焊接2101（1.4162）根本就沒有問題，實(shí)際上它甚至要比標(biāo)準(zhǔn)級(jí)的雙相鋼更加容易焊接，因?yàn)檫@種材料事實(shí)上可以采用乙炔焊工藝來(lái)進(jìn)行焊接，而對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)雙相鋼材料而言，始終必須避免使用這種工藝。焊接2101所面臨的實(shí)際問題是熔池的粘度不同，因此可濕性差了一點(diǎn)。這迫使操作人員在焊接的過(guò)程中更加多地使用電弧焊，而這正是問題的所在。盡管可以通過(guò)選擇超合金化焊材加以彌補(bǔ)，但是我們經(jīng)常希望選擇匹配的焊材。

在2101中，也存在低溫?zé)嵊绊憛^(qū)和高溫?zé)嵊绊憛^(qū)中的顯微結(jié)構(gòu)之間的熱影響區(qū)相互作用，比2304、2205或2507更加有利。在以2101進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由于鎳含量較低，因此產(chǎn)生了含有較多氮與錳的不同類型的"回火色"，而這影響了腐蝕性能。在電弧和熔池中發(fā)生的這一成分損失是由于氮與錳的蒸發(fā)與熔敷，這對(duì)于雙相鋼等級(jí)的材料來(lái)說(shuō)是一個(gè)新問題，因此在這次講課中將作了較多描述。

焊接特點(diǎn)

雙相不銹鋼其焊接特點(diǎn)如下：

雙相不銹鋼在正常固溶處理(1020℃～1100℃加熱并水冷)后,鋼中含有大約50%～60%奧氏體和50%～40%鐵素體組織。隨著加熱溫度的提高，兩相比例變化并不明顯。

雙相不銹鋼具有良好的低溫沖擊韌性，如20mm厚的板材橫向試樣在-80℃時(shí)沖擊吸收功可達(dá)100J以上。在大多數(shù)介質(zhì)中其耐均勻腐蝕性能和耐點(diǎn)腐蝕性能均較好，但要注意，該類鋼在低于950℃熱處理時(shí)，由于σ相的析出，其耐應(yīng)力腐蝕性能將顯著變壞。由于該鋼Cr當(dāng)量與Ni當(dāng)量比值適當(dāng)，在高溫加熱后仍保留有較大量的一次奧氏體組織,又可使二次奧氏體在冷卻過(guò)程中生成,結(jié)果鋼中奧氏體相總量不低于30%～40%因而使鋼具有良好的耐晶間腐蝕性能。

另外，如前所述，在焊接這種鋼時(shí)裂紋傾向很低，不須預(yù)熱和焊后熱處理。由于母材中含有較高的N，焊接近縫區(qū)不會(huì)形成單相鐵素體區(qū)，奧氏體含量一般不低于30%。適用的焊接方法有鎢極氬弧焊和焊條電弧焊等，一般為了防止近縫區(qū)晶粒粗化，施焊時(shí)，應(yīng)盡量使用低的線能量焊接。

影響因素

影響雙相不銹鋼焊接質(zhì)量的因素主要體現(xiàn)在以下幾方面：

含N量影響

Gómez de Salazar JM等人研究了保護(hù)氣體中 N2的不同含量對(duì)雙相不銹鋼性能的影響。結(jié)果表明，隨著混合氣體中 N2分壓 PN2的增加，焊縫中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω(N)開始迅速增加，然后變化很小，焊縫中的鐵素體相含量φ(α)隨ω(N)增加呈線性下降，但φ(α)對(duì)抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響與ω(N)的影響剛好相反。同樣的鐵素體相含量φ(α)，母材的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率均高于焊縫。這是由于顯微組織的不同所造成的。雙相不銹鋼焊縫金屬中含 N 量提高后可以改善接頭的沖擊韌性，這是由于增加了焊縫金屬中的γ相含量，以及減少了Cr2N 的析出。

熱輸入影響

與焊縫區(qū)不同，焊接時(shí)熱影響區(qū)的ω(N)是不會(huì)發(fā)生變化的，它就是母材的ω(N)，所以此時(shí)影響組織和性能的主要因素是焊接時(shí)的熱輸入。根據(jù)文獻(xiàn) ，焊接時(shí)應(yīng)選擇合適的線能量。焊接時(shí)如果熱輸入太大，焊縫熱影響區(qū)范圍增大，金相組織也趨于晶粒粗大、紊亂，造成脆化，主要表現(xiàn)為焊接接頭的塑性指標(biāo)下降。如焊接熱輸入太小，造成淬硬組織并易產(chǎn)生裂紋，對(duì)HAZ的沖擊韌性同樣不利。此外，凡影響冷卻速度的因素都會(huì)影響到 HAZ 的沖擊韌性，如板厚、接頭形式等。

σ相脆化

國(guó)外文獻(xiàn)介紹了再熱引起的雙相不銹鋼及其焊縫金屬的σ相脆化問題。母材和焊縫金屬的再熱過(guò)程中，先由α相形成細(xì)小的二次奧氏體γ*，然后析出σ相。結(jié)果表明，脆性開裂都發(fā)生于σ相以及基體與σ相的界面處，對(duì)母材斷口觀察表明，在σ相周圍區(qū)域內(nèi)都為韌窩，由于α相區(qū)寬，大量生成的σ相才會(huì)使韌性降低，然而在焊縫中α相區(qū)是細(xì)小的，斷口仍表現(xiàn)為脆性斷裂，只要少量的σ相生成就足以引起焊縫金屬韌性的降低，因此，焊縫金屬中的σ相脆化傾向比母材要大得多。

氫致裂紋

雙相不銹鋼焊接接頭的氫脆通常發(fā)生于α相，且氫脆的敏感性隨焊接時(shí)峰值溫度的升高而增加。其微觀組織的變化為：峰值溫度增加，γ相含量減少，α相含量增加，同時(shí)由α相邊界和內(nèi)部析出的Cr2N 量增加，故極易發(fā)生氫脆。

應(yīng)力腐蝕開裂

母材和焊縫金屬中的裂紋都起始于α/γ界面的α相一側(cè)，并在α相內(nèi)擴(kuò)展。奧氏體（γ）由于其固有的低氫脆敏感性，因此，可起到阻擋裂紋擴(kuò)展的作用。由于DSS 中含有一定量的奧氏體，所以其應(yīng)力腐蝕開裂傾向性較小。

點(diǎn)蝕問題

耐點(diǎn)蝕是雙相不銹鋼的一個(gè)重要特性，與其化學(xué)成分和微觀組織有著密切關(guān)系。點(diǎn)蝕一般產(chǎn)生于α/γ界面，因此被認(rèn)為是產(chǎn)生于γ相和α相之間的γ*相。這意味著γ*相中的含Cr量低于γ相。γ*相與γ相的成分不同，是由于γ* 相中 的Cr 和Mo含量低于初始γ相中的Cr、Mo含量。進(jìn)一步研究表明，含N量較低的鋼，其點(diǎn)蝕電位對(duì)冷卻速度較為敏感。因此，在焊接含 N 量較低的雙相不銹鋼時(shí)，對(duì)冷卻速度的控制要求更加嚴(yán)格。在雙相不銹鋼焊接過(guò)程中，合理控制焊接線能量是獲得高質(zhì)量雙相不銹鋼接頭的關(guān)鍵。線能量過(guò)小，焊縫金屬及熱影響區(qū)的冷卻速度過(guò)快，奧氏體來(lái)不及析出，從而使組織中的鐵素體相含量增多；如線能量過(guò)大，盡管組織中能形成足量的奧氏體，但也會(huì)引起熱影響區(qū)內(nèi)的鐵素體晶粒長(zhǎng)大以及σ相等有害相的析出。一般情況下，焊條電弧焊（Shieded Metal Arc Welding，SMAW）、鎢極氬弧焊（Gas Tungsten Arc Welding，GTAW）、藥芯焊絲電弧焊（Flux-Cored WireArc Welding，F(xiàn)CAW）和等離子弧焊（Plasma Arc Welding，PAW）等焊接方法均可用于雙相不銹鋼的焊接，且在焊前一般不需要采取預(yù)熱措施，焊后也不需進(jìn)行熱處理。

工藝提升

1 合金元素和冷卻速度

實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算表明：臨界區(qū)加熱后獲得雙相組織所需的臨界冷卻速率與鋼中錳含量具有一定關(guān)系。其根鋼中存在的合金元素，就可估算獲得雙相組織所需要的臨界冷卻速率，為熱處理雙相鋼生產(chǎn)時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)睦鋮s方法提供依據(jù)。

當(dāng)鋼的化學(xué)成分一定時(shí)，應(yīng)在保證獲得雙相組織的前提下，盡可能采用較低的冷卻速度，使鐵素體中的碳有充分的時(shí)間擴(kuò)散到奧氏體中，從而降低雙相鋼的屈服強(qiáng)度，提高雙相鋼的延性。如果鋼中合金元素含量較4，臨界冷卻速度過(guò)高，冷卻后鐵素體中含有較高的固溶碳，不利于獲得優(yōu)良性能的雙相鋼，這時(shí)應(yīng)改變鋼的化學(xué)成分，增加鋼中的合金元素含量，從而降低臨界冷卻速度，或者在雙相鋼的生產(chǎn)工藝中，加入補(bǔ)充回火工序，降低鐵素體中的固溶碳，改善雙相鋼的性能。如果鋼中含有強(qiáng)的碳化物形成元素，當(dāng)估算臨界冷卻速率時(shí)，應(yīng)考慮到這些元素對(duì)臨界區(qū)加熱時(shí)所形的奧氏體淬透性和有利影響，V和Ti的碳化物粒子可以通過(guò)相界面的釘扎作用提高奧氏體的淬透性，降低臨界冷卻速度.

2.兩階段冷卻工藝

當(dāng)鋼中合金元素含量較低時(shí)，冷卻速度較慢會(huì)得到鐵素體加珠光體組織；冷卻速度較快時(shí)，則鐵素體中保留固溶碳較高，不利于降低屈服強(qiáng)度和提高延性。采用兩階段冷卻可以改善雙相鋼的性能，即從臨界區(qū)加熱溫度緩冷到某一溫度，然后快冷。緩冷可以使鐵素體中的碳向未轉(zhuǎn)變的奧氏體富聚。而快冷則可以避免未轉(zhuǎn)變的奧氏體等溫分解，保證獲得所需的雙相組織和性能。例如0.08%C-1.4%Mn鋼，從800℃;加熱到水冷的力學(xué)性能為：σ0.2=365PMa，σb=700MPa，σ0.2/σb=0.52，eu=18%，et=21%。如采用兩階段冷卻工藝，即在800℃;加熱后，空冷到600℃;，然后水冷，其性能為：σ0.2=280MPa，σb=600MPa，σ0.2/σb=0.47，eu=21%，et=29%。兩階段冷卻使雙相鋼的屈服強(qiáng)度降低，延性提高。

3.雙相鋼板熱軋后盤卷溫度的影響

對(duì)于一個(gè)給定成分的鋼，臨界區(qū)加熱時(shí)奧氏體的淬透性可以通過(guò)鋼板熱軋后高溫卷來(lái)修正。高溫盤卷可使碳、錳等合金元素在第二組（珠光體或貝氏體）中明顯富集。有利提高隨后臨界區(qū)處理時(shí)雙相鋼的綜合性能。以0.049%C-1.99%Mn-0.028%Al-0.0019%N鋼的試驗(yàn)結(jié)果為例，采用兩種工藝過(guò)程：一種為普通扎制工藝，終軋溫度900℃;→油冷到600℃;盤卷→吹風(fēng)冷到室溫→冷軋70%→連續(xù)退火。兩種盤卷工藝的碳和錳分布的分析結(jié)果可見高溫盤卷可使碳和錳在第二相中明顯富集，而普通的軋制工藝錳基本無(wú)富集趨勢(shì)。

用高溫盤卷以修正合金含量較低的鋼在隨后臨界區(qū)處理時(shí)的淬透性，并降低熱處理雙相鋼的屈服強(qiáng)度，提高其延性的技術(shù)，已在有關(guān)工廠用于熱處理雙相鋼的生產(chǎn)，所得到的熱處理雙相鋼板綜合性能良好，板材各部位的性能均勻，縱向、橫向性能一致。例如對(duì)0.09%C-0.44Si-1.54%Mn-0.023%Al鋼。

限制要求

1.需要對(duì)相比例進(jìn)行控制，最合適的比例是鐵素體相和奧氏體相約各占一半，其中某一相的數(shù)量最多不能超過(guò)65%，這樣才能保證有最佳的綜合性能。如果兩相比例失調(diào)，例如鐵素體相數(shù)量過(guò)多，很容易在焊接HAZ形成單相鐵素體，在某些介質(zhì)中對(duì)應(yīng)力腐蝕破裂敏感。

2.需要掌握雙相不銹鋼的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律，熟悉每一個(gè)鋼種的TTT和CCT轉(zhuǎn)變曲線，這是正確指導(dǎo)制定雙相不銹鋼熱處理，熱成型等工藝的關(guān)鍵，雙相不銹鋼脆性相的析出要比奧氏體不銹鋼敏感的多。

3.雙相不銹鋼的連續(xù)使用溫度范圍為-50～250℃，下限取決于鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，上限受到475℃脆性的限制，上限溫度不能超過(guò)300℃。

4.雙相不銹鋼固溶處理后需要快冷，緩慢冷卻會(huì)引起脆性相的析出，從而導(dǎo)致鋼的韌性，特別是耐局部腐蝕性能的下降。

5.高鉻鉬雙相不銹鋼的熱加工與熱成型的下限溫度不能低于950℃，超級(jí)雙相不銹鋼不能低于980℃低鉻鉬雙相不銹鋼不能低于900℃，避免因脆性相的析出在加工過(guò)程造成表面裂紋

6.不能使用奧氏體不銹鋼常用的650-800℃的消除應(yīng)力處理，一般采用固溶退火處理。對(duì)于在低合金鋼的表面堆焊雙相不銹鋼后，需要進(jìn)行600-650℃整體消應(yīng)處理時(shí)，必須考慮到因脆性相的析出所帶來(lái)的韌性和耐腐蝕性，尤其是耐局部腐蝕性能的下降問題，盡可能縮短在這一溫度范圍內(nèi)的加熱時(shí)間。低合金鋼和雙相不銹鋼復(fù)合板的熱處理問題也要同此考慮。

7.需要熟悉了解雙相不銹鋼的焊接規(guī)律，不能全部套用奧氏體不銹鋼的焊接，雙相不銹鋼的設(shè)備能否安全使用與正確掌握鋼的焊接工藝有很大關(guān)系，一些設(shè)備的失效往往與焊接有關(guān)。關(guān)鍵在于線能量和層間溫度的控制，正確選擇焊接材料也很重要。焊接接頭（焊縫金屬和焊接HAZ）的兩相比例，尤其是焊接HAZ維持必要的奧氏體數(shù)量，這對(duì)保證焊接接頭具有與母材同等的性能很重要。

8.在不同的腐蝕環(huán)境中選用雙相不銹鋼時(shí)，要注意鋼的耐腐蝕性總是相對(duì)的，盡管雙相不銹鋼有較好的耐局部腐蝕性能，就某一個(gè)雙相不銹鋼而言，他也是有一個(gè)適用的介質(zhì)條件范圍，包括溫度、壓力、介質(zhì)濃度、pH值等，需要慎重加以選擇。從文獻(xiàn)和手冊(cè)中獲取的數(shù)據(jù)很多是實(shí)驗(yàn)室的腐蝕試驗(yàn)結(jié)果，往往與工程的實(shí)際條件有差距，因此在選材時(shí)需要注意，必要時(shí)需要進(jìn)行在實(shí)際介質(zhì)中的腐蝕試驗(yàn)或是現(xiàn)場(chǎng)條件下的掛片試驗(yàn)，甚至模擬裝置的試驗(yàn)。