核电用S32101双相不锈钢的焊接性研究

核电用S32101双相不锈钢的焊接性研究

作者：修延飞 王朋飞 董永志 朱跃德 来源：《中国新技术新产品》2014年第14期

摘 要：双相不锈钢S32101广泛应用于AP1000三代核电楼板结构模块抗腐蚀内壁板，本文对双相钢焊接性进行了研究，分析了不同线能量条件下接头性能的变化，尤其是冲击韧性的变化。

关键词：三代核电；双相不锈钢；焊接性；金相组织 中图分类号：G0T46 文献标识码：B

双相不锈钢S32101广泛应用于核电站结构模块抗腐蚀内壁板。 S32101双相不锈钢主要的合金元素是Cr、Ni、Mo、N、Cu，该材料以固溶状态交货，交货状态下其显微组织为大约50%的铁素体和大约50%的奥氏体的双相组织。通过合理的焊接工艺，可以获得铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢同样的优良的性能，且抗腐蚀性能优于传统奥氏体不锈钢，冲击韧性优于传统铁素体不锈钢。2101在核电、石油化工、输油输气管线及海水与废水处理等领域获得越来越广泛的应用。研究双相钢焊接工艺对于生产有重要的指导作用。 1 双相钢焊接性及特点 1.1金相和力学理论分析

双相不锈钢是基于Fe-Cr-Ni系的双相合金，这种材料微观金相组织包含等量的α相铁素体（体心立方bcc）和γ相奥氏体（面心立方fcc）。实验证明，当铁素体和奥氏体相的比例达到50：50时，双相不锈钢焊接接头具有最大的耐腐蚀性能和力学性能。然而，由于化学成分、焊接工艺、钢的热处理工艺的影响变素很多，要达到50：50的相平衡状态是非常困难的。根据实验经验，当铁素体含量在35-60%之间时，双相钢能获得比较理想的耐腐蚀性能和力学性能。通过焊接参数控制焊接线能量，从本质上就是控制铁素体与奥氏体的两相平衡。 在铁素体含量小于60%时，其冲击性能处于较高的水平，当铁素体含量超过60%冲击性能开始明显的下降。

1.2 热输入HI对双相钢焊接性能的影响

热输入显著影响冷却速度，而冷却速度直接影响最终的金属微观组织。低线能量会导致金相组织产生更多的铁素体，通常低的预热（ 2 试验方法

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

本试验采用厚度为12.7mm双相不锈钢板材，其碳含量控制得非常低，这是易于与含金元素相结合而合金碳化物影响钢材耐腐蚀性能。焊材选用ER2209。试验采用GMAW气体保护焊接方法，对三个典型线能量范围下的接头冲击性能进行试验，见表1.

根据相关资料，双相不锈钢对焊接线能量较为敏感，线能量高影响韧性，线能量低影响其腐蚀性。本研究中采用几种线能量对接头性能进行研究，以找出线能量对其机械性能的影响，以更好地指导生产实践。 3试验结果与分析

从表2可以看出，随线能量的增加，焊缝的铁素体含量有增加的趋势，晶间腐蚀性能下降的趋势，随着铁素体含量的增加，焊缝组织的冲击韧性有下降的趋势，同时，随线能量的增加，焊缝晶粒有长大的趋势。 4结论

通过上述试验及相关分析，可以得出以下结论：

4.1 S32101双相钢焊接性良好，焊前一般不需预热，焊后不需热处理，就能得到优质满意的接头。

4.2 焊接线能量对接头有重要影响，随着线能量的增加，焊缝冲击韧性有降低的趋势，线能量的增加造成了晶粒长大，断口的扩展区由韧窝断裂过渡为韧窝+准解理断裂。 4.3 焊接过程中应严格控制线能量，从而得到具有良好的冲击韧性的接头。 参考文献

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

[2]方伟秉.铁素体-奥氏体型双相不锈钢的焊接性[J]化工装备技术，1997，18（3）：9-43. [3]中国机械工程学会焊接学会编.焊接手册.材料的焊接[M]北京：机械工业出版社，2001.