摘要
SAF2205双相不锈钢具有较好的力学性能、耐腐蚀性能以及焊接性能，因此广泛应用于船舶、石油管道、建筑等行业。但由于焊接过程中的快速加热冷却行为，易造成两相比例失调，双相不锈钢中的铁素体相与奥氏相比例远离 1∶1，并伴随金属间化合物出现，从而使双相不锈钢的塑性和韧性降低，耐腐蚀性能恶化。因此，为了解决焊缝两相不平衡和析出相等问题，提高焊缝耐腐蚀性，解决实际工程应用中的问题，本文对 8 mm厚的SAF2205双相不锈钢利用TIG/PAW复合焊接方式进行连接，采用合适的热处理工艺调节焊缝两相比例，消除金属间化合物。对焊缝进行力学性能测试、焊缝整体耐腐蚀性、局部耐腐蚀测试，进而分析各层组织演变规律，并建立工艺参数与耐腐蚀性、力学性能间的内在联系。 结果表明：采用复合焊接方法对 SAF2205 双相不锈钢焊接，获得了表面成形良好的焊缝，焊缝由大量的柱状晶和少量等轴晶组成。TIG+ER 层中奥氏体含量为 29.5%，奥氏体平均晶粒面积达到 177 μm2，母材中奥氏体平均晶粒面积为 142 μm2，表明焊接过程焊缝组织出现一定的粗化；PAW层奥氏体含量为34.6%，后续焊接对焊缝有加热作用，导致该层中铁素体含量减少；在底层TIG焊缝中，由于该层具有较大的热输入，导致奥氏体形核位置减少，奥氏体份数为3.96%，同时铁素体晶粒发生粗化，平均晶粒面积为8147 μm2，母材中铁素体平均晶粒面积为 264 μm2。由于奥氏体与铁素体变形机制和层错能的不同，三个焊缝中铁素体相中亚晶粒份数大于奥氏体，而再结晶晶粒与高角度晶界份数少于奥氏体。在焊缝中铁素体相以亚晶粒为主，奥氏体相以变形晶粒和再结晶晶粒为主。焊缝中奥氏体高角度晶界大于铁素体，其中小角度晶界在晶界分布中占主导地位，并且焊缝中奥氏体取向混乱。在拉伸过程中断裂均在母材，表明焊缝抗拉强度大于846 MPa，力学性能均满足 ASTM A240 生产标准，母材有着较好的塑性，延伸率能达到44.4%。焊缝冲击功为 144 J，小于母材，TIG 焊缝为脆性断裂、其它层焊缝均为韧性断裂，焊缝整体表现为复合断裂。 对双相不锈钢焊缝分别进行 1000℃、1050℃、1100℃焊后固溶处理，保温 15 min、30 min、60 min。研究发现焊缝进行固溶处理后随着固溶时间的延长两相比例接近 1∶1，焊缝中板条状魏氏体组织逐渐转变为晶间奥氏体，晶间奥氏体也逐渐长大，分布在铁素体相中。奥氏体相和铁素体相在固溶 60 min 时趋于均匀化。在固溶 15 min 时奥氏体变化最快。在固溶处理后焊缝中均没有发现析出相。随后对焊缝整体进行耐腐蚀性测试，发现固溶处理后，焊缝的耐氯化物腐蚀性能都优于焊态焊缝，并且随着固溶时间的延长耐腐蚀性能增强，在整个实验中并未发现点蚀现象。因此我们更进一步探索焊态复合焊缝每一层的耐腐蚀性，对每一层焊缝分别进行耐腐蚀性测试。研究发现，TIG焊缝的耐腐蚀性能最强，表面未出现明显的稳态点蚀坑，只有一些亚稳态的点蚀坑，并且在铁素相和铁素体相与奥氏体相边界的亚稳态点蚀坑比奥氏体相中的深。因为TIG焊缝中有着细化的奥氏体晶粒使表面形成致密的并且稳定的钝化膜。TIG+ER焊缝耐腐蚀性能最差，最大腐蚀坑直径为156.2 μm，深度为 51.82 μm，远大于其它两个焊缝。点蚀坑的出现与合金元素在两相中的分布有关。三个焊缝中均出现较多的亚稳态点蚀坑，并且起始点都位于铁素体相，这是由于焊缝快速冷却导致Cr、Mo等合金元素扩散不充分，未在铁素体内形成有效富集造成。母材中的耐腐蚀性能优于焊缝，只发现一个稳态的点蚀坑，其它亚稳态点蚀坑较少，点蚀坑起源于奥氏体相中。
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